El Mundo De La Electronica Vol. 5

8/14/2019 El Mundo De La Electronica Vol. 5

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M ICROPROCESADORESM ICROPROCESADORES

EDICION ARGENTINA

LOS COMPONENTES

EN CORRIENTE ALTERNA

TIRISTORES

LOS COMPONENTES

EN CORRIENTE ALTERNA

TIRISTORES


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Encic lopediaEncic lopedia

VV isua lisua ld e l ad e l a

ElectrnicaElectrnicaINDICE DEL

CAPITULO 5

MAGNETISMO E INDUCTANCIA

MAGNETICA

El efecto magntico......................................67

Camp o elctric o y ca mp o m ag ntic o ......67

Prop ied ades ma gn tic as de la ma teria ....69

C lculos c on fue rzas magnticas...............69Dispositivos elec trom agnticos....................70

Electroimanes y solenoides...........................70

Rels y Reed-rels..........................................70

Los ga lvanmetros.........................................71

Los inductores ................................................71

LOS COMPONENTES DE CORRIENTE ALTERNACorriente c ont inua y corriente a lterna .......72

Rep resenta c in g r fic a de la

c orriente alterna ............................................75

Reac ta nc ia .....................................................75

Reactancia capacitiva.................................76

Fase en el circuito capacitivo......................77

Reac ta nc ia ind uc tiva ...................................77

Fase en el c irc uito induc tivo ........................78

Qu es una sea l?.......................................78

TIRISTORES Y OTROS DISPOSITIVOS DE DISPARO

Los tiristores......................................................78

Rec tific ador c ontrolad o de silicio................78

Inte rrup to r c ontrolad o de silic io ...................79Foto SCR...........................................................79

Diodo de cuatro capas................................79

SUS, TRIAC, DIAC, SBS, SIDAC, UJT................80


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EL EFECTO MAGN TICO

Un profesor dinamarqus de laescuela secundaria l lamado HansChistian Oersted observ que colo-cando una aguja imantada cercade un alambre conductor, cuandose e stab lec a la c orriente en e l con-ductor, la aguja se desplazaba ha-cia una posicin perpendicular alalambre, como se muestra en la fi-

gura 1. Como seguramente sabrnlos lectores, las agujas imantadasprocuran adoptar una posicin de-terminad a segn el cam po ma gnti-co terrestre, dando origen a la brju-la (figura 2).

El movimiento de la aguja iman-tad a slo revelab a que las corrienteselctr icas producen campos mag-nticos y tamb in fa c ilitab a el esta-blecimiento exacto de la orienta-cin de este c am po, o sea su mod ode accin. Como en el caso de loscampos elctricos, podemos repre-senta r los c a mp os ma gn tic os po r l-nea s d e fue rza. En un im n, co mo semuestra en la figu ra 3, esas lnea s sa -len d el polo norte (N) y lleg an a l po-lo sur (S).

Para la corriente elctrica quefluye en el conductor, verificamosqu e las lnea s de fuerza lo rod ea n, talcomo muestra la figura 4. Represen-

tando con una flecha la corr ienteque fluye d el positivo ha c ia el nega -tivo, tenem os una regla q ue p ermite

determinar cmo se manifiesta elca mp o. Con la f lec ha entrand o enla hoja (corriente entrando) las l-nea s son c onc ntric as, c on orienta -cin en el sentido horario (sentidode las agujas del reloj). Para la co-

rriente sa lien te , las lnea s se orienta nen el sentido antihorario (figura 5).El hecho importante es que dispo-

niendo conductores recorri-dos por corrientes de formasdeterminadas, podemos ob-tener campos magnt i cosmuy fuertes, tiles en la cons-truccin de diversos dispositi-vos.

CAMPO EL CT RI CO Y

CAMPO MAGN TICO

Si tenemos una cargaelctrica, alrededor de estaca rga existe un ca mp o elc-

trico cuyas lneas de fuerza se orien-tan como muestra la figura 6. Unacarga elctrica en reposo (deteni-da ) po see slo c am po elctric o. Sinembargo, si se pone en movimientouna carga elctr ica, lo que tendre-mos ser una manifestacin de fuer-zas de naturaleza diferente: tendre-mos la a pa ricin de un cam po m ag -

ntico. Este c am po tend r lnea s defuerza que envuelven la trayectoriade la carga, como muestra la figura7. El ca mp o elctr ico pued e a ctua rsobre cualquier tipo de objeto, pro-vocar atraccin o repulsin segn

Captulo 5

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Captulo 5

Magnetismo e Inductancia Magntica

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Fig. 4


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su nat uraleza. El ca mp o m ag nticoslo acta atrayendo o repeliendo,sobre materiales de determinadanaturaleza d e forma m s em inente.Teniendo en c uenta el orige n d elcampo magntico podemos expl i -c ar fc ilme nte p or qu c iertos c uer-pos son imanes y por qu una co-rr iente puede actuarsobre una aguja mag-netizada.

En un cuerpo co-mn los electrones que

se mueven alrededorde los to mo s lo ha c ende ma nera d esordena -da , de modo que e lcampo producido noaparece.

Sin emb argo, po de -mos orientar estos mo-vimientos de modo deconcentrar e lefecto de una ma-nera d eterminad a,

c om o m uestra la fi-gura 8.

O b t e n e m o s ,entonces, "imaneselementales", cu-yos efectos suma-

dos dotan al material depropiedades magnt i -c as. Tenem os as, c ue r-pos denominados ima-nes permanentes. Unimn permanente t ienedos polos, denominadosNO RTE (N) y SUR (S), c u-

yas propiedades son se-me jantes a las de la s c a r-ga s elc tric a s.

Podemos decir que

polos de nombres dife-

rentes se atraen (Norte

atrae a Sur y vicerversa).

Polos del mismo

nombre se repelen (Norte

repele a Norte y Sur repe-

le a Sur).

Los imanes perma-nentes puede n ser natu-rales o artificiales. Entrelos naturales destaca-mos la magnetita, unaforma d e mineral de hie-rro que ya se ob tiene enlos yacimientos con las

propiedades que caracterizan unimn.

Entre los artificiales destacamosel Alnic o, que es una a lea c in (m ez-cla) de aluminio, nquel y cobalto,que no t iene magnetismo naturalhasta q ue es estab lec ido po r proc e-sos que verem os po steriorme nte. Los

materiales que podemos convertiren imanes son llamados materialesmagnticos; podemos magnetizarun material que lo admita orientan-do sus imanes elementales. Para elloexisten diversas tcnicas:

a) Fricci n: de tanto usar una he-rra mienta , una tijera, po r ejem plo, losiman es elem enta les se o rientan y s-ta pasa a atraer pequeos objetosde metal, o sea, se vuelve un imn(figura 9). Frota ndo una ag uja c ontra

un im n, orienta sus ima nes elem en-ta les y retiene el ma gne tismo .

Ad vierta q ue e xisten c uerpos queno retienen el magnetismo, comop or ejemp lo e l hierro.

Si apoyamos un imn contra unhierro, ste se magnetiza, comomuestra la figura 10, pero en cuantolo sep a ra mo s de l im n, el hierro p ier-de la propiedad de atraer peque-os objetos, debido a que sus ima-nes elem enta les se d esorienta n.

b) Mediante un campo intenso:

co loc and o un ob jeto m ag netizab leen presencia de un cam po m ag n-tico fuerte, podemos orientar susimanes elementales y, de esta ma-nera, convertirlos en un imn. El

campo de una bob i -na pue de ser sufic ien-te para esto. Del mis-mo m odo que los ma -teriales pueden rete-

ner magnetismo, tam-bin pueden perderlobajo ciertas condicio-nes.

Si calentamos untrozo de magnetita, osea un imn perma-nente natural, a unatempera tu ra de

585C, el magne-tismo desapare-c e. Esta tem pe -

ratura es conoci-da co n el nomb rede Punto Curie yvara d e a cuerdoa los diferentesmateriales.


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Fig. 5

Fig. 10

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9


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PROPIEDADES MAGN TICAS

DE LA MATERIA

Ima ginem os los po los d e un im npe rmanente , com o mue stra la figura11. Tenem os un c am po uniforme, d a-d o q ue las lnea s d e fue rza son p a ra -lelas (dentro del espacio considera-

d o). Pues bien, c oloc a nd o d iversos ti-po s de ma teria les entre los po los de l

imn, podemos observar lo siguien-te :

a) El material "dispersa" las l neas

de fuerza del campo magn tico, como

muestra la figura 12.

El material en cuestin se llama"diamagntico", tiene una suscepti-bi l idad magntica menor que 1 y

presenta la propieda d de ser lige ra-mente repelido por los imanes (cual-quiera d e los dos po los). Entre los ma -teriales diamagnticos ci tamos elCOBRE, el VIDRIO y el BISMUTO.

b) El material concentra las l neas

de fuerza de un campo magn tico, co-

mo muestra la figura 13.

Si la c onc entracin fuera p eq ue-a (susc ep tibilida d lige ram ente ma -yor que 1), diremos que la sustanciaes paramagnt ica, como por ejem-

plo e l aluminio, el a ire, el platino y e ltungsteno.

Si bien existe una fuerza d e a trac -c in de los iman es po r estos ma teria -les, la misma es muy pequea paraser percibida.

En cambio, si la concentra-c in d e las lnea s d e fue rza fue-ra muy grande (susceptibilidadmuc ho ma yor que 1), entoncesel material se denomina "ferro-magnt i co", siendo atradofuertemente por el imn. Elnombre mismo nos est dicien-

do que el principal material de estegrupo es el hierro.

Los materiales ferromagnticosson usados para la fabricacin deimanes y para la concentracin deefec tos de los c am po s ma gntico s.

Los materiales diamagnticos seutilizan en la construccin de blinda-jes, c ua nd o d esea mos disp ersa r la s l-neas de fuerza de un campo mag-ntico.

CLCULOS CON

FUERZAS MAGN TICAS

Si colocamos una carga elctri-ca bajo la accin de un campoelctrico, la misma queda sujeta auna fuerza; esta fuerza puede serca lcu lada mediante:

F = q . E

donde:F es la intensida d de la fuerza (N).q es el valor de la c a rga (C) y E es

la intensida d del c am po (N/ C).Para el ca so de l ca mp o ma gn-

tico, podemos definir una magnitudequivalente a E (Vector de intensi-dad de Campo), que se denominaVector de Induccin Magntica, elc ual es rep resenta d o p or la B (figura14). La unidad m s c om n pa ra m e-

dir el Vec tor Induc c in Ma gn tic a e sel Tesla (T), pe ro ta mb in enc ontra-mo s el Ga uss (G).

1 T = 104G

El lanza-miento deuna cargaelctr ica enun campoelctr ico o

en un cam-po magnt i -co es la ba-se de dispo-sitivos elec-trnicos muy

imp ortantes. As, po de mo s da r co moejemp lo el ca so d e un tubo d e rayosca tdicos, (tubo d e rayos ca tdicosd e TV, por ejemp lo) en e l q ue la ima -gen est totalmente determinadapor fuerzas de naturaleza elctrica ymagntica que determinan la tra-yectoria de los electrones que inci-de n en una pa ntalla fluoresc ente (fi-gura 15). Es, por lo tanto, necesarioque el tcnico elec trnico sepa ha-cer algunos clculos elementales re-

lativos al co mp ortam iento d e c argasen campos e lctr icos y tambinmagnticos.

a) Fuerza en un campo el ctrico

Suponiendo dos placas parale-las, co mo mue stra la figura 16, som e-tidas a una tensin V (+Ve; -V), entreellas existe un campo elctrico uni-forme c uya intensida d es:

E = V/d

(V = Pote nc ial y d = distancia)Si entre las placas lanzamos una

carga elctrica, un electrn, o unacarga, sta quedar sujeta a unafuerza que depende de dos facto-res: su polaridad y su intensidad. Si lacarga fuera positiva, la fuerza seejerc er en el sentido d e e mp ujarlahacia la placa negativa y, si fueranegativa, al contrario. La intensidad

de la fuerza e star d ad a p or:

F = q . E

Donde:

Captulo 5

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Fig. 11

Fig. 12

Fig. 13

Fig. 14

Fig. 15


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F es la fuerza en New tons.q es la fuerza en C oulom b s.E es la intensidad de campo en

V/m o N/C.En el ca so de un cam po m ag n-

tico , el co mp ortamiento de la c argalanzada es un po c o d iferente.

De hec ho , slo existir la fue rza sila carga estuviera en movimiento.Una c arga esttica no e s influenc ia-da por ca mp os ma gntico s.

b) Fuerza en campos magn ticos

La fuerza a que que da som etidauna carga elctr ica lanzada en uncampo magnt ico es denominadaFuerza de Lorentz y tiene las siguien-tes c arac terstica s:

Direccin perpendicular al Vec-tor B y al vector v (velocidad), la In-tensida d e st d ad a p or la frmula:

F = q . v . B sen

Donde:F = fuerza en Newtonsq = carga en Coulomb sv = veloc ida d en m/ s = ng ulo e ntre V y B

Sentido dado por la regla de lamano izquierda de Fleming, comomue stra la figura 17.

Rep resenta ndo el ca mp o (B) co n

el dedo ndice y la veloc ida d (v) co nel dedo del med io, la fuerza que a c-tuar sobre la carga estar dadap or la p osic in de l pulga r (F).

Si la carga fuera negativa, se in-vierte e l sent ido d e F. Ob serve q ue silanzam os una c a rga p aralela a la s l-neas de fuerza d el cam po ma gnti-c o (B pa ra lelo a v), entonc es, el seno ser nulo. En estas condiciones, nohabr ninguna fuerza que acte so-bre la c arga.

DISPOSITIVOSELECTROMAGN TICOS

Sab emos que c uando una c o-rriente recorre un conductor rectil-neo, el mo vimiento d e las c arga s es

r e s p o n s a b l ede la apar i -c in de unc a m p o m a g -ntico. Esec a m p o m a g -ntico tiene lamisma natura-

leza que e lque se produce conuna barra de imnpermanente y p uedeatraer o repe ler obje-tos de me tal.

En el caso delca mp o p roduc ido por una co rrienteen un c ond ucto r, no slo tenem os elcontrol de su intensidad sino quetambin podemos intervenir en la"ge om etra" de l sistem a , da rle forma s

y disposiciones mediante las que sepuede aumentar, dirigir y difundir laslnea s d e fuerza d el ca mp o seg n sedesee. Hay varias maneras de lograreso, lo que nos lleva a la elabo rac inde distintos disp ositivos de ap lic ac inen electrnica.

ELECTROIMANES YSOLENOIDES

El campo creado por una co-rriente q ue reco rre un c ond uc tor rec -tilneo es muy dbil. Se necesita unac orriente relativam ente intensa, ob -tenida d e p ilas grand es o d e b ate ra,para que se observe el movimientode la ag uja imantad a. Para obtenerun campo magnt ico mucho msinten so q ue ste, c on m eno s c orrien-te y a pa rtir de alamb res co nduc to-res, pueden enrollarse los alambrespa ra forma r una b ob ina o solenoide ,

como muestra la figura 18.Cad a vuelta de alamb re se c om-porta com o un conduc tor sepa rad oy, entonces, el conjunto tiene comoefec to la suma de los efec tos de lascorrientes. De esta manera, en el in-terior d el soleno id e t ene mo s la sumade los efec tos ma gntico s.

En la figura 19 se grafic a la formade obtener el sentido del campomag nt ico generado cuando se c o-noc e la p olarida d de la c orriente. Se

observa que la bobina se comportacomo un imn en forma de barracon los polos en los extremos. Cual-quier material ferroso, en las cerca-nas d e la b ob ina , ser a trad o p or elca mpo mag nt ico que sta genera.

Si en el interior de la bo bina c olo-co un ncleo de hierro, el campomagntico se incrementa, y puedeatraer a otros objetos ferrosos mspesados.

Al conjunto as formado se lo lla-ma electroimn y posee innumera-bles aplicaciones, por ejemplo engras, v lvulas en lav a rropa s, ma q ui-na ria s textiles, et c .

REL S Y REED-REL S

La estructura d e un rel se m ues-tra en la figura 20. Se p ued e a prec iarque en las c erca nas del elec troimnrec in estudiad o se c oloca un jueg ode contactos elctricos. En el caso


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Fig. 17Fig. 16

Fig. 18

Fig. 19

Fig. 20


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de la f igura, cuando no circula co-rriente por el solenoide (bobina), loscontactos permanecen abier tos.Cuando la bobina es energizada, elcampo magnt ico atrae e l conta-dor mvil que se "pega"c on e l fijo, yc ierra, d e e sta ma nera, algn c irc ui-to elctrico.

En la figura 21 se da un ejemplode rel c on 3 c onta c tos; el princ ipiode funcionamiento es el mismo, sloque ahora existe un contacto nor-mal cerrado (bobina sin energa) yotro norma l abierto. Otro tipo d e reles el llamado "reed-rel ", cuyo as-pe c to func iona l se ve en la figura 22.

Se tiene un interrup tor de lmina sencerradas en un tubo de vidrio l le-no de gas inerte. Con el gas inerte,

la s c hispa s qu e se p roduc en d ura nteel cierre y a pe rtura d e los c onta c tosno les causan daos (no se que-man).

Con eso, contactos relativamen-te c hic os pue de n sop ortar corrientesintensas y, adems, la operacin esrelativam ente a lta e n relac in c on la

distanc ia q ue sep ara a los c onta c tosen la posicin "abierto". El "reed-switch", que e s un interrup tor de l mi-nas, se a c c iona , en c ond ic iones nor-ma les, por la ap roxima c in d el im n.Una aplicacin importante de estecomponente est en los sistemas dealarma, en los que la apertura deuna puerta o una ventana hac e q ueun imn abra o cierre los contactosde una reed-switch activando laalarma.

En el ca so d e un reed -rel, el ac -c ionamiento de los contactos loefecta e l ca mpo m agnt ico d e unsolenoide que envuelve la ampolla.Con m ucha s espiras de alam bre ba r-nizado pueden obtenerse rels ultrasensibles, c ap ac es d e c erra r los co n-tactos con corrientes de bobina depocos miliamperes. La corriente decontacto depende exclusivamentedel "reed-switch" que se use, peroson tpicas las del orden de 100 a1.000mA. La ventaja principal de es-te rel, ad em s d e la sensib ilid a d, esla posibil idad de montaje en un es-pa cio muy reduc ido, pues el comp o-nente es de pequeas dimensiones.

LOS GALVAN METROS

El ga lvan me tro d e bo -bina mvil o de D'Arsonval

es un componente elec-trnic o q ue utiliza e l efe c toma gntico de la co rriente.Se usa este d isp ositivo pa ramedir corrientes elctricaspara aprovechar justa-mente e l hecho de que e lcampo magnt ico y, porc onsigu iente , la fuerza queacta con el imn, es pro-porcional a la corr ienteque pa sa p or la b ob ina. En

la figura 23, vemos estecomponente en fo rmasimp lifica d a . Entre los p olosde un im n pe rma nente seco loca una bob ina quepuede moverse respecto

de dos ejes que sirven tambin decontactos elctricos. Resortes espira-lad os limitan e l movimiento de la bo -bina, el que se ha c e m s difc il cua n-do se a c erca al final de l rec orrido .

En la bobina se coloca una agu-ja q ue se d esplaza sob re una esc ala.Cua ndo c irc ula c orriente p or la b ob i-

na se crea un campo magnt icoque in teracta con e l campo delim n pe rmanente , surgiendo , enton-ces, una fuerza que tiende a moverel co njunto. El movimiento ser ta ntoma yor cuanto m s intensa sea la c o-rriente.

Pod em os, as, c a lib rar la esca laen funcin de la intensida d d e la co -rriente. Son c om unes los ga lva nm e-tros que tienen sus escalas calibra-das con valores mximos, llamados

tambin "fondo de escala", entre10A (mic roa mp eres) y 1mA (milia m-pere). Los galvanmetros puedenformar parte de diversos instrumen-tos que m iden c orriente s (milia mp er-me tros o a mp erme tros), que midentensiones (voltmetros, resistenciasohm me tros), o q ue m ide n tod as lasma gn itud es elc tric as (multme tros).

LOS INDUCTORES

Pod em os reforza r en forma c onsi-derable e l camp o ma gnt ico crea-do por una corriente que circula en

Captulo 5

71

Fig. 21

Fig. 22

Fig. 23

Fig. 24


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un conductor, si enrollamos el con-ductor para formar una bobina. Lainductancia de una bobina es tam-bin mucho mayor que la de unc ond uc tor rec tilneo . Tene mo s, en-tonces, componentes l lamados in-ductores (que aparecen en los dia-gramas representados por espirales

con letras "L") que presentan induc-ta nc ias, o sea una inerc ia a las varia -c iones brusc a s d e la c orriente (figura24). Los inductores pueden tener di-versas caractersticas de construc-c in seg n la a plic ac in a la q ue sed estina n. Tenem os, ent onc es, los in-duc tores de p eq uea s induc tanc ias,formados por pocas espiras dealam bre, c on o sin un nc leo d e ma -te ria l fe rroso en su inte rior. La p resen -cia del material ferroso aumenta lainductancia, mul t ip l icada por unfactor que puede ser bastante gran-d e.

La unidad de inductancia es elhenry, H en forma ab reviada .

El mltiplo m s usad o e s:-El milihenre (mH) que vale 0,001

henry, o mil sima parte del Henry.

Los pequeos inductores paraaplicaciones en frecuencias eleva-das tienen inductancias que varan

entre pocos microhenry y milihenry,

mientras que los que se usan parafrecuencias medias y bajas puedentener induc tanc ias hasta d e a lgunoshenrys.

La oposicin o inercia que pre-senta el ind uc tor a las va riac iones d eintensidad de la corriente dependede la cantidad de lneas de fuerza

que c ortan el cond ucto r o espiras dela b obina.

Denominamos flujo magntico,representado por , al nmero de l-neas de fuerza que atraviesan unacierta superficie (S). Calculamos elflujo e n una e spira d e la b ob ina m e-diante la frmula:

= B. S. cos

En la q ue: es la intensidad del flujo mag-

ntico que se mide en weber, cuyosmbolo es Wb.

B es la intensida d de la induc c inma gn tica me dida en Tesla (T).

S es la superficie rodeada por laespira, en metros cuadrados.

Si tuviramos una bobina con nesp iras, b asta mu ltiplic ar e l seg und omiemb ro d e la frmula po r n:

= n.B.S.cos

Si en el interior del solenoide obobina se colocara un ncleo dema terial ferroso, de b em os mu ltiplic a rla permeabil idad del material por elresultado.

Pa rtiendo d e esta f rmula d el flujo se puede, fcilmente, llegar a lafrmula de la inductancia propia-

mente dicha, que ser vlida parasolenoides en los que la longitud nosea muc ho m ayor que el dimetro.

Tene mos, en tonc es:

1,257 . n2 . S . 10-8

L =______________________

I

En la q ue:L es la inductancia en henry (H).

n es el nmero de espiras del so-lenoide.I es la longitud del solenoide en

centmetros.S es la superficie rodeada por

una espira, en centmetros cuadra-dos.

Los valores 1,257 y 10-8 son cons-tantes que dep enden de la permea-bil idad magntica del medio, en es-te c aso d el aire, ad em s de las uni-dades de longitud y superficie que

se u tilice n.


72

Los Componentes en Corriente Alterna

Lla corriente que tomamos de lalnea es a lterna y es muy d iferen-te de la q ue ob tenemos de pi las

o bateras. Pero cul es la diferen-cia y de qu modo influye en el comportamiento de los distintoscomponentes que estudiamos has-ta el mom ento?

Si conectamos un resistor, un ca-ble conduc tor o una lm pa ra a unap ila o ba tera, se esta blec er unacorriente que es un flujo de electro-nes libres. Esos electrones van a diri-girse del polo negativo (que los tie-ne en exceso) al polo positivo (que

los tiene e n de fec to).Suponiendo que la resistencia

del resistor, conductor o lmpara nova re e n el transc ursor de l tiem po , elflujo de electrones ser constantec om o ilustra el grfico d e la figura 1.

Esta es una corriente continuaporque: "Circula siempre en el mis-mo sentido y tiene intensidad cons-

tante". Una corriente continua se re-

presenta en forma abreviada porCC (c orriente c ontinua) o DC (direc tcurrent). Pero existe otro tipo de co-rriente.

Vamos a suponer que se esta-blezca una c orriente en un c onduc -tor, resistor u o tra c lase d e c arga , demanera que su in-tensidad no esconstante sinoque vara cclica-mente, es decir,

siempre de la mis-ma manera. Unacorriente quecambia en formaconstante su senti-do de circulacin

y va ra su intensida d es una c orrien-te alterna.

A nosotros va a interesarnos alp rincipio la c orriente a lterna sinusoi-da l, que explic aremo s enseg uida .

Un conductor que corte las l-neas de fuerza de un campo mag-ntico, manifestar en sus extremosuna fuerza electromo triz que pue decalcularse mediante la expresin:

Fig. 1


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E = B x L x sen

Donde:E es la fuerza elec tromo trizB es el vecto r induc c in m ag nti-

c aL es la long itud de l alamb re es el ngulo e n que el conduc -

tor co rta las lnea s de l ca mp o.Vea que la induc cin de una ten-

sin ser tanto ma yor c uanto ma yorsea el ngulo segn el que el con-ductor corta las lneas de fuerza delcamp o ma gntico .

Partiendo de ese hecho, vamosa supo ner que mo ntam os una espira(una vuelta completa del alambreco nducto r) de ma nera d e girar den-tro del campo magntico uniforme,c om o se ve en la figura 2.

Un campo magntico uniformese caracteriza por tener la misma in-tensida d en tod os sus p untos, lo q uenos lleva a representarlo por lneasde fuerza paralelas. Vamos a repre-sentar esta espira vista desde arribapara comprender con mayor faci l i -dad los fenmenos que se produci-rn cuando la giramos, como mues-tra la figura 3.

Partiendo entonces de la posi-

cin de la figura 3, hacemos que laespira gire 90en el sentido indica d o,de modo que corte las lneas defuerza d el ca mp o ma gntico .

En estas condiciones, a medidaqu e la esp ira "entra" en el ca mp o, elngulo se va ac entuando de m ane-ra q ue a l llega r a 90, el valor va d es-de c ero hasta el m ximo .

En e sta p osic in, la esp ira c orta elca mp o en forma p erpend icular aun-que slo sea por un instante. Como

la tensin induc ida dep ende del n-gulo, vem os que en e ste a rc o d e 90,el valor va de sde 0 hasta el m ximo ,lo q ue p ued e representa rse m ed ian-te el grfic o de la figura 4. Conti-nuando la rotacin de la espira, ve-mo s que entre 90 y 180 tiend e a"sa lir" del ca mp o y se va reduc iendoel ngulo segn el cual corta las l-neas de fuerza del ca mp o m ag nti-c o. La te nsin ind uc ida e n esta s c on-d ic iones c a e ha sta e l mnimo en estearco.

Vea que realmente la tensinc a e a c ero p ues a 180, aunq ue slopor un instante, el movimiento de laespira es pa ralelo a las lneas d e fue r-

za y entonces nohay inducc in.

En la figura 5 setiene la representa-cin grfica de loque ocurre con e lvalor de la tensinen estos arcos de

90(0a 90y 90a180).

R e c o r r i e n d oahora 90 ms, de180 a 270, la espiravuelve a "penetrar"en e l campo mag-ntico en forma m sacentuada pero ensentido opuesto aldel arco inicial. Asocurre la induccinpero la p olarida d d etensin en los extre-mos de la espira seha invertido, e s d ec ir,si tom am os una refe-renc ia inic ial que lle-ve a una representacin positi-va en los 180 g rad os inicia les, apartir de este punto la repre-sentacin ser negativa comomue stra la figura 6.

Igualmente, la tensin as-c iend e, pero ha c ia va lores ne-gativos mximos, hasta llegaren los 270 grados al punto decorte, prcticamente perpen-dicular aunque sea po r un bre-ve insta nte . En los 90 finales de lavuelta completa, de 270 a 360 gra-dos, nuevamente el ngulo en elque la esp ira c orta las lnea s de fuer-za, disminuye y la tensin inducidacae a cero .

El ciclo completo de representa-c in d e la tensin g enerad a se ve e nla figu ra 7.

Si tuviramos un circuito externopara la circulacin de la corriente ysi la resiste nc ia fue ra c onsta nte , la in-tensida d d ep end er exclusivam entede la tensin). La c orriente c irc ulantetend r entonc es las misma s c arac te-rsticas de la tensin, es d ec ir, va ria rsegn la misma curva.

Como la tensin generada est

regida por la funcin seno (sen )que determina el valor segn el n-gulo, ya que B y L son constantes, laforma de la onda recibe el nombrede sinusoide . Se trat a, p or lo ta nto de

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Fig. 3

Fig. 2

Fig. 4

Fig. 5


10/16

una corriente alterna sinusoidal. Paragenerar esta corriente alterna sinu-soidal se establece una tensin tam-bin sinusoidal. Esa tensin, tambinalterna tiene la misma representa-cin g rfica .

Pod em os de c ir entonce s:

"Una tensi n alterna produce unacorriente alterna que es aquella cuya

intensidad var a en forma constante

seg n una funci n peri dica y su

sentido se invierte constantemente."

Vea que una "funcin peridica"es la que se repite continuamentec om o la sinusoide qu e e s la misma ac ad a vuelta de espira (figura 8).

Una corriente alterna s lo puede

ser establecida por una tensi n alter-na.

El tiempo que la espira tarda enda r una vuelta c omp leta d eterminaun valor muy importante de la co-rriente alterna, q ue p od em os medir.Este tiempo de una vuelta es el pe-riodo que se representa con T y semide en seg undo s.

El nmero de vueltas que da laespira en un seg undo de termina otramagnitud importante que es la fre-cuenc ia, representad a por f y med i-da en hertz (Hz).

Numric am ente, la frec uenc ia esla inversa d el pe rod o:

T = 1/ f

Los alternadores de las usinas hi-droelctricas (y atmicas) que en-van energa elctrica a nuestras ca-sas, operan con una frecuencia de50 hertz (50Hz).

Decimos entonc es que la c orrien-te alterna obtenida en las tomas de

energa tiene una frecuencia de 50hertz.

Esto sign ific a q ue e n c a da seg un-do , la c orriente es forzad a a c irc ular50 vec es en un sentido y 50 vec es enel opuesto, pues se es el efecto dela inversin d e la po larida d (vea nue-vam ente la figura 8).

Alimentand o una lm pa ra incan-desce nte com n, en ca da segundoexisten 100 instantes en que la co-rriente se reduc e a c ero, pero la lm -

pa ra no lleg a a ap ag arse p or la iner-cia del fi lamento que se mantienecaliente. La tensin producida pue-de variar y es de 220V. No po de mo shablar de un valor fijo de tensin ode corriente pues el cambio de lapo larida d y de l valor es c onstante .

Qu sign ific a ento nc es 220V?Si tenemos en cuenta la tensin

sinusoidal de la tom a de energa dela red, vemos que lo cierto sera ha-blar de valores instantneos, es de-cir: de la tensin que encontramosen cada instante, que depende delinstante d e c ad a ciclo co nsiderado .Pod em os enc ontrar tanto un m nimonegativo como un mximo positivo,o c ero, seg n el instante da do .

Es claro que a los efectos prcti-cos, eso no tiene mucho sentido. Esas que, para medir tensiones y co-rrientes alternas es preciso estable-cer una manera que nos d una

idea del efecto p romed io o real ob-tenido. Esto puede entenderse de lasiguiente manera:

Si alimentamos una lmpara co-mn con tensin alterna en los ins-tante s en q ue la c orriente c irc ula p orel filam ento, en un sentido o en o tro,se produce el calentamiento y lalm pa ra se e nc iend e. El efecto es elmismo q ue te nd ra mo s si la a lime nt -ramos con una tensin continua dede terminad o va lor.

Cu l sera ese va lor?Si com pa ram os el grfic o q ue re-

presenta la circulacin de corrientec ontinua po r un circ uito y el grfic oque rep resenta la c irc ulac in d e unacorriente alterna, la superficie cu-

bierta en un intervalo se relacionacon la cantidad de energa que te-nemos a disposicin. Entonces nosbasta hacer la pregunta siguientepara tener la respuesta a nuestroproblema:

Cu l deb e ser el valor de la ten-sin continua que nos produce elmismo e fecto q ue determinad a ten-

sin a lterna ?En la figu ra 9 vem os que , si la ten-

sin alterna llega a un valor mximoX, el valor que la tensin continuadebe tener para producir el mismoefecto se consigue dividiendo X porla raz c uad ra d a d e 2, o sea : 1,4142.El valor m ximo alca nzad o e n un c i-c lo (el mnimo tam bin) se l lam a va-lor de pico , mientras que el valor queproduce el mismo efecto, se l lamavalor eficaz o r.m.s. ("root mean squa-

re"). Pa ra la red d e 220V, los 220V re-presentan el valor r.m.s. Existen ins-ta ntes en q ue la ten sin de la red lle-ga a 220V multip lica d os por 1,4142 yas obtenemos que el valor pico es311,12V.

Este valor se logra dividiendo elprome dio d e to do s los valores en c a-d a insta nte d el sem iciclo, o sea la m i-tad de l cic lo c om pleto, pue s si entra-sen en el clculo valores negativos,

el resultad o sera c ero (figura 10). Po-demos entonces resumir los "valores"en la forma siguiente:

VALOR PICO: es el valor mximoque alca nza la tensin o la c orriente


74

Fig. 6

Fig. 7


11/16

en un ciclo, pudiendo ser tanto ne-gativo como positivo. Es un valor ins-

tantneo, es decir, aparece en unbreve instante en c ad a c iclo de c o-rriente o tensin alternada.

VALOR EFICAZ O R.M.S.: es el valorque debera tener la tensin o co-rriente si fuese c ont inua pa ra q ue seobtuvieran los mismos efectos deenerga.

VALOR MEDIO: obtenemos este va-lor dividiendo la suma de los valoresinstantneos de un semiciclo por sucantidad, o sea: sacamos la mediaartimtica de los valores instant-neo s en un sem ic iclo.

No pod emo s hablar de p olarida dpara una tensin alterna, ya quecambia constantemente. Una co-

rriente d e c ualquier carga co necta -da a un generador de corriente al-terna invierte su sentido en formaconstante. En el caso de la red, sa-bemos que uno de los polos "produ-ce shock" y el otro, no. Eso nos llevaa las de nom inac iones de po lo vivo ypo lo neutro.

Qu suce de entonc es?Si tenemos en c uenta que el ge-

nerador de energa de las compa-as tiene uno de los cables conec-tado a tierra, que se usa como con-ductor de energa, resulta fcil en-tend er lo q ue oc urre.

Al estar en co ntac to c on la tierra,cualquier objeto, en cualquier ins-tante , tendr el mismo po tenc ial delpolo generador conectado a t ierraque es entonces la referencia. Estees el polo neutro, que tocado poruna p ersona no c ausa shoc k porque

estando al mismo potencial no hayc irc ulac in d e c orriente.La te nsin va ra a lrede do r d el va-

lor de l polo d e referenc ia seg n la si-nusoide del otro polo. Es as que enrelac in al neutro, el otro p olo, es d e-cir el polo vivo, puede estar positivoo neg ativo, 50 vece s po r seg undo . Al

tocar el polo vivo (figura 11), habruna diferencia de potencial respec-to de tierra (variar 50 veces por se-gundo), pero ella puede causar lacirculacin de una corriente elctri-c a y prod ucir el shoc k elc tric o.

REPRESENTAC I NGR F IC ADE LA CORRIENTEALTERNA

Los lectores deben acostumbrar-se a la representa c in d e fenm enosde naturaleza diversa m ed iante gr-ficos.

Cuando se tiene un fenmenoque ocurre de manera dinmica,una magnitud vara en funcin deotra; por ejemplo, en el caso de lacorriente alterna, la intensidad de la

c orriente o la tensin son las que va -ran c on el tiem po .

Pa ra rep resenta r esas varia c ione shacemos un grfico de tensin ver-sus tiemp o (V x t) c om o m uestra la fi-gura 12. Coloca mo s, entonc es, en eleje vertical (Y) los valores de tensin,graduamos este eje en la formaadecuada y en el eje horizontal (X)colocamos los valores del tiempo (t),graduamos tambin el eje en formaadecuada. Despus definimos cadapunto del grfico como un par devalores (X e Y), dado por el valor dela tensin en un determinado instan-te. Para e l c aso d e la te nsin alterna,si dividimos el tiempo de un ciclo(1/50 de seg und o) en 100 p artes, porejemplo, podemos determinar 100puntos que unidos darn la curvaque representa la forma de o nda deesta tensin.

Es claro que el grfico ideal se

ob tiene c on infinitos pun tos pe ro e sono siempre es posible.Mientras, por distintos procedi-

mientos podemos tener una aproxi-ma cin que hag a c ontinua la c urvay se obtenga as un grfico (curva)idea l. A p artir de esta rep resenta c inpodemos entonces obtener el valorinstantneo de la tensin en cual-quier momento y del mismo modo,da do el valor pod emo s enco ntrar elinstante en q ue se p rod uc e.

REACTANCIA

Los c a pa c itores e induc tores pre-sentarn una p ropieda d denom ina-

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Fig. 8

Fig. 10

Fig. 9

Fig. 11


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d a "reactancia"cuando se los some-te a l pa so d e una c orriente a lterna

Si se conecta un capacitor a ungenerador de corriente continua,co mo una p ila, por ejemp lo, una vezque c ierta c antida d de ca rga s f luyaa sus armaduras y se cargue, desa-parece cualquier movimiento deesas ca rgas y la c orriente e n el c irc ui-to p asa a ser inde finida me nte nula.

En esa s c ond iciones, el c a pa c itorest totalmene c argad o, posee unaresistencia infinita y no deja circularla corriente.

Por otra parte, si conectamos almismo generador un inductor ideal(que no presenta resistencia en elalambre del cual est hecho) unavez q ue la c orriente se ha ya e sta b le-c ido y e l ca mpo mag nt ico adq uie-ra la intensidad mxima, no encon-tramos efecto alguno de inductan-c ia. Las ca rgas p od rn fluir c on la in-tensida d m xima c om o si el induc torno existiera.

La presencia del capacitor y delinductor en un circuito de corrientec ontinua es impo rta nte slo e n el ins-tante en que ocurren variaciones:cuando la corriente se establece o

cuando la corriente se des-

conecta. Ya estudiamos

ampliamente los fen me-

nos que se producen en

esos instanes.

Pero, qu sucedera sise conectara el inductor oel capacitor a un circuito

de corriente alterna en elque la tensin va ra c on ra-pidez, en forma rep etitiva?Qu fenmenos impor-ta ntes se p roduc ira n?

REACTANCIA CAPACITIVA

Vamos a empezar conel capacitor, lo conectamos, porejemplo, a un circuito de corriente

alterna de 50 hertz, de la red . Dura n-te el prime r c uarto de l c ic lo, cua ndola te nsin a umenta de c ero a su va-lor mximo, el capacitor se cargac on la a rmad ura A po sitiva y la B ne-gativa. Eso sucede en un intrvalode 1/200 de seg und o. En el seg und ocua rto, cuand o la tensin c ae a c e-ro d esde el va lor m ximo, se inviertela c orriente en e l ca pa c itor y se d es-c arga . En el terc er cu arto se inviertela polaridad de la red de maneraque la corriente de descarga conti-na e n el mismo sentido p ero c argapositivamente la armadura B. El ca-pa c itor invierte su c arga hasta un va -lor mximo. En el ltimo cuarto,cuando la tensin vuelve a caer ac ero, la c orriente se invierte y la c a r-ga d el ca pac itor ca e a c ero.

En la figura 13 tenemos la repre-senta c in d el proc eso q ue oc urre enun ciclo y que se repite indefinida-

mente en cada c ic lo de a l imenta-cin. Como se tienen 50 ciclos encada segundo, el capacitor se car-ga y descarga positivamente prime-ro y luego negativamente, 50 veces

po r seg undo .Al revs de lo

que oc urre c uan-do la a l imenta-cin es con co-rr iente continua,en la que, una

vez cargado, ce-sa la circulacinde corriente; concorriente alternasta queda enforma p ermanen-

te en circulacin por el capacitor,carga y descarga con la misma fre-cuencia de la red. La intensidad dela co rriente d e c arga y d esca rga vaa d epe nder del valor del ca pa citor ytambin de la frecuencia de la co-rriente a lterna.

Cuanto mayor es la capacidad

del capacitor, mayor ser la intensi-dad de la corriente (la corriente esentonces directamente proporcio-nal a la cap ac idad ) y cuanto mayorsea la frecuencia, mayor ser la in-tensidad de la corriente (la corrientetambin es proporcional a la fre-cuencia). Entonces se verifica que elcapacitor, alimentado con corrientealterna, se comporta como si fueseuna "resistencia"y permite mayor omenor circulacin de corriente en

funcin de los factores explicadosantes.

Com o el trmino "resistencia"noes el adecuado para el caso puesno se trata de un valor fijo, co mo enel caso de los resistores, sino que va-ra con la frecuencia y no es slo in-herente al componente, se prefieredecir que el capacitor presenta una"reactancia" y en el caso especficodel capacitor, una "reactancia ca-pacitiva" (abreviada Xc).

Podemos, entonces, redefinir lareac tanc ia ca pa cit iva as:

"Se denomina reactancia capaciti-

va (Xc) a la oposici n que un capaci-

tor ofrece a la circulaci n de una co-

rriente alterna."

Para calcular la reactancia ca-pacitiva, se tiene la frmula siguien-te :

1XC =________________ (1)

2 . 3,114 . f . C

Donde,Xc es la reactancia medida en

ohm.3,14 es la constante pi ()f es la frec uenc ia de la c orriente

a lterna en he rtz.C es la c apa cidad d el ca pac itor

en farad .El valor "2 . 3,14 . f" pued e repre-

senta rse c on la letra o me ga () y e s-te valor se llama "pulsaci n". La fr-mula de la reactancia capacit iva


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Fig. 12

Fig. 13


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qued a entonce s:1

Xc =______ (2) . C

* La reactancia capacit iva esmenor cuanto ms alta es la fre-cuenc ia, para un cap ac itor de va lorfijo.

Puede decirse que los capacito-res de jan p asar co n m s fac ilida d lassea les de frec uenc ias m s alta s.

* La reactancia capacit iva esmenor en los capacitores de mayorvalor, para una frecuencia constan-te. Puede decirse que los capacito-res mayores ofrecen menos oposi-c in al p asa je de las c orrientes alter-nas.

Fase en un Circuito Capacitivo=Dos seales pueden estar en fa-

ses diferentes o en concordancia defase, conforme sus formas de ondacoincidan por superposicin en un

instante dado y siempre que tenganla misma frecuencia (figura 14).Podemos hablar tambin de la

diferencia de fase entre dos sealesde corriente alterna y entre una co-rriente alterna y una tensin si llega -ran a los punto s de m ximo (o d e m -nimo ) en d istintos insta nte s.

Esta diferencia entre los instantesnos da la diferencia de fase quepue de expresarse c on un ng ulo c o-mo mue stra la figura 14.

Si dos seales estuvieran en con-cordancia de fase, es evidente quela diferencia sera cero. Si la diferen-c ia fuera de 90 grad os, direm os quelas seales estn en cuadratura y sifuera d e 180 grad os, direm os q ue las

sea les est n e n o po sicinde fase.

Cone c tand o un resistoren un c irc uito d e c orrientealterna, es evidente quesiendo la tensin la c ausa yla corriente el efecto, de-ben estar en concordan-

c ia de fase, es de c ir, cua n-do la tensin aumenta, lacorriente debe aumentaren la misma proporcin .Pero si conec tam os un c a-pacitor en un circuito decorriente alterna, las cosasno suced en de e ste mod o.

Si consideramos un ca-pac i to r de capac idad C

conectado a un generador de co-rriente alterna cuya tension est da-

da po r E = Eo sen t, verem os q ue ladiferenc ia d e p otenc ial entre las pla-cas del capacitor vara con el tiem-po .

La corriente estar ADELANTADA

90 grados respecto de la tensi n .

REACTANCIA INDUCTIVA

Cuand o conec tamo s un inducto rde induc tanc ia L a un generad or decorriente alterna, durante el primercuarto del ciclo, la tensin sube acero hasta el valor mximo qe co-rresponde a una variacin a la queel ind uc tor se o p one . En esta s c ond i-ciones, comienza a circular una co-rriente por el inductor que crea elcampo magntico, hasta su mxi-mo . En el seg und o c ua rto, la te nsincae a cero lo que tambin es unavariac in a la q ue el induc tor se op o-

ne. En estas condiciones, comienzaa c irc ular una c orriente po r el induc -tor que crea e l campo magnt ico,hasta su mximo. En el segundoc uarto, la tensin c ae acero lo que tambin esuna variacin a la queel inductor se opone.Pero aun as, el campomagntico se contraehasta desaparecer. Enel tercer cuarto, la ten-

sin invierte su polari-dad y aumenta de va-lor hasta un mximo ne-gativo; variacin a laque el inductor se opo-ne pero lo hace esta-

b lec iendo un campo magnt i coque se expande. Finalmente, en elltimo cuarto, encontramos oposi-c in d el induc tor a la c irc ulac in d ela corriente. Las lneas de fuerza seco ntraen durante e ste c uarto d e c i-clo.

En realidad, segn veremos va a

existir un p eq ueo at raso e n esta re-trac c in d e las lnea s.

Lo importante es observar quemientras en el circuito de corrientecontinua, una vez establecido elcampo, la resistencia (oposicin) de-sapareca y la corriente circulaba li-breme nte, en e ste c aso la o po sic ines permanente.

En la figura 15 se ve la represen-tac in d e este proc eso.

Vea entonces que se establece

un cam po mag nt ico a lterno en e linductor que vara constantementeen intensidad y polarizacin.

La oposicin constante manifes-tad a p or el induc tor a las variac ionesde la tensin va a depender tantode la inductancia como de la fre-cuenc ia de la co rriente.

Cuanto mayor sea la inductan-cia, mayor ser la oposicin a la cir-c ulac in d e la c orriente.

El induc tor tam bin se c om po rtacomo una "resistencia" a la circula-cin de la corriente alterna, pero eltrmino resistencia tampoco cabeen este caso pues no es algo inhe-rente slo al componente sino tam-bin a las caractersticas de la ten-sin a plic ad a.

Nos referimos entonces a reac-tancia inductiva , representada porXL, como la oposicin que un induc-tor presenta a la circulacin de una

corriente alterna. La reactancia in-ductiva se mide en ohms como lareac tancia c apa ci tiva y puede ca l-cularse mediante la siguiente frmu-

Captulo 5

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Fig. 14

Fig. 15


14/16

la :

XL = 2 . 3,14 . f . L (3)Donde:XL es la reactancia inductiva en

ohms3,14 es la constante pi ()

f es la frec uenc ia de la c orrientea lterna en he rtz.

L es la induc tanc ia en henry.Como la expresin "2 . 3,14 . f"

puede expresarse como "" (pulsa-c in), pod em os esc ribir:

XL = . L (4)

Tene mo s fina lmente la s p rop ie-d ad es de los ind uc tores en los c irc ui-tos de c orriente alterna:

* La reac tanc ia induc tiva e s tan-to mayor cuanto mayor sea la fre-

cuencia. Puede decirseque los inductores ofrecenuna oposicin mayor a lascorrientes de frecuenciasm s alta s.

* la reactancia inducti-va es ma yor pa ra los induc -tores de mayor valor para

una frec uencia d etermina-da. Los inductores de ma-yor valor ofrecen una opo-sicin mayor a la circula-c in de c orriente s alterna s.

Fase en el

Circuito Inductivo

Si conectamos un inductor a uncircuito de corriente alterna, la co-rriente no estar en fase con la ten-sin.

* La corriente tiene la misma fre-c uenc ia q ue la tensin.

* La c orriente tiene su fa se at rasa-da 90 grados ( /2) en relacin a latensin.

El grfico d e la figura 16 m uestralo que oc urre c on la tensin respe c -to d e la c orriente .

QUE ES UNA S E A L?

En los circ uitos elec trnic os ap a-recen corrientes de distintos tipos:

c ontinua s p uras, c ontinua s pu lsan tesy a lterna s c on d iversa s forma s d e o n-da . En el ca so e spe c fic o d e los ap a-ratos de sonido , po r ejem plo, las for-mas de onda son "retrasos" del soni-do que debe reproducirse y queaparecen en una amplia variedadde forma s de onda y de frec uencias.

Las corrientes con que trabajanlos circuitos amplificadoras, pro-duc toras, reproduc toras o c ap tad o-ras se denominan seales. Encon-tramos, en los circuitos electrnicos,seales que pueden ser desde sim-p les co rriente s c ontinua s ha sta sea -les cuyas frecuencias pueden llegara centenas de millones de hertz.

Es importante conocer las fr-mula s solam ente o sab er de du c irla s?

La deduccin de una frmula sehac e p ara d em ostrar su va lide z, me-diante la descripcin de un fenme-no y de un raciocinio lgico. En ladeduccin de algunas de las frmu-las que presentamos, utilizamos elc lculo d iferenc ial e integral, que ellector no necesita conocer. En estoscasos, aunque la deduccin no seco mp renda bien, ba star que e l lec -tor sepa la frmula pues le ser de

utilid a d en c lc ulos futuros.Sugerimos que los lectores que


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Fig. 16

Tiristores y Otros Dispositivos de Disparotengan di f icul tades con matemti-c a s y qu e d eseen p rofund iza r sus es-tudios de electrnic a, e studien a lgoms de esa ciencia importante.

LOS TIRISTORES

Los tiristores funcionan comouna e spe c ie d e interrupto r de l c on-trol electrnic o y se e mp lea n p rec i-samente para controlar grandescorrientes de carga en motores,calentadores, sistemas de ilumina-cin y dems circuitos similares. In-te rnamente es tn con formadospo r c uatro ca pa s de ma terial sem i-conductor; algunas de sus seccio-

nes se c onec tan d e m anera exter-na a terminales c ond uc toras.

RECTIFICADOR CONTROLADO DESILI-

CIO

El SCR o Rectificador Controla-d o d e Silicio , es un d isp ositivo sem i-

conductor de cuatro capas contres terminales externas llamadasc todo , nodo y compuerta ;

cada una de stas se encuentraconectada a una seccin del se-miconductor.

Un SCR se comporta como uninterruptor; al aplicarle la alimenta-c in p or prime ra vez, se e nc ontra-r abierto; pero si se aplica un pul-so de disparo a la terminal com-pue rta, se c errar (pe rmitiend o as

que la corriente elctrica lo atra-viese). Esto es, si el SCR se conectaen serie c on una b a tera y un resis-tor, el dispositivo resultante serconsiderado como un diodo en

polarizacin directa; esto significaque se ma ntiene en e stad o d e no-conduccin. Para que el dispositi-vo inic ie la c ond uc c in, es nec esa-

rio un p eq ueo pulso d e te nsin e nel terminal compuer ta ; esto lomantendr en c onducc in, a me -nos que la c orriente que lo a travie-sa disminuya por debajo de unc ierto v a lor c rtico (figu ra 1).

El circuito equivalente del SCRse comporta como un interruptorabierto, cuando se polariza conuna batera VCC y en serie conuna resistencia de carga RC. Co-mo los transistores no estn polari-

zados correctamente, no condu-cen; en consecuencia, no circulac orriente elc tric a a trav s de l cir-cuito. Para que la corriente fluya,se ne c esita a p lic a r un p ulso d e d is-


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pa ro a la terminal co mp uerta; pue-de ser aplicado por medio de unabatera VP. La batera polariza di-

rec ta me nte la unin Base-Emisordel transistor T2, ponindolo asen estado de saturacin. La co-rriente d e c olec tor d e T2 ing resaa la b a se d el transisto r T1, po lari-zando tambin la unin Emisor-Base; esto provoca que T1 esten sa turac in (fig ura 2).

Si se dan las condiciones arri-ba sealadas, el voltaje de VPya no ser ne c esario; p or lo q uea l retira r ste, e l circ uito se ma n-tendr en conduccin. La co-rriente d e c olec tor de T2 ma ntie-ne polarizada directamente launi n Base-Em isor de T1; a su vez,la corriente de colector de T1ma ntiene la p olarizac in d irec ta

de la unin Base-Emisor de T2.Cua nd o e sto suc ed e, el disp ositi-

vo se comporta como un interrup-tor cerrado. Desconectando la ali-menta cin de la fuente Vc c el SCR

va al estado de corte. Otra formade hac er que e l c irc uito se ab ra ,consiste en aplicar un pulso negati-vo a la c om pue rta (b ase d e T2).

INTERRUPTOR CONTROLADO DESILICIO

El interruptor controlado de sili-cio o SCS (Silicon Controlled

Switch), es una versin modificadadel SCR; est formado por cuatrocapas de material semiconductordopado, donde cada una de lassecciones se conecta a una termi-na l. Este d isp ositivo se c om p orta d emanera similar al SCR, con la dife-renc ia de que pued e ser dispa rad opo r med io d e c ualquiera d e las do scompuer tas (nodo y c todo) ;ad em s, est d isead o p ara trab a-

jar c on c orrientes elc tric as peq ue-as del orden de los miliampers (fi-gura 3).

FotoSCR (fig. 4a)

Es un dispositivo con tres termi-nales; su encapsulado en la partesuperior dispone de una lente quep ermite e l p a so d e la luz, pa ra ilumi-nar el semicond uctor que forma alfot oSCR. La luz inc ide nte en el sem i-c onduc tor provoca la l ibe rac in de

los electrones en la compuerta. Es-tos elec trones forma n una c orrienteelc tric a sufic iente pa ra log rar queel fotoSCR conmute al estado deconduccin, si es que el dispositivose e nc uentra en p olarizac in d irec -ta .

Diodo de Cuatro Capas (fig. 4b)

El diodo Shockley o d iodo decua tro c ap as co nduc e la c orriente

c uando se le ap lic a una tensin d epolarizacin en sentido directo. Laestructura d e este d isp ositivo es decua tro c ap as de ma terial semicon-duc tor, en c uyos extrem os se ha c o-locado un par de terminales exter-nas. Se c onside ra un d iod o, p orquedispo ne d e d os terminales (no c on-fundir con el diodo Schottky);tam-bin se le conoce como diodoPNPN. La nic a fo rma d e ha c er queel diodo de je d e c ond uc ir, es red u-

c iend o la c orriente que lo a traviesaha sta un va lor inferior a la c orrientede ma ntenimiento (va lor mnimo d ec orriente req uerido pa ra que el dis-po sitivo se ma nteng a en e stad o d e

Captulo 5

79

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 4

Fig. 3


16/16

conduccin) .

SUS (fig. 4.c)

El interruptor unilateral de silicioo SUS (Silicon Unilateral Switch), esun dispositivo que permite el pasode la c orriente elc tric a en un solosentido cuando la tensin aplicada

a sus terminales en sentido directosup era c ierto v a lor. Es mu y p a rec idoal diod o Shockley, c on la diferenc iaque po see un terminal extra de dis-pa ro c on la que se c ontrola la c on-dicin de dispa ro en la q ue op era .Un SUS opera con valores de ten-sin y corriente elctrica bajos.

TRIAC

El TRIAC es un dispositivo semi-conductor bidireccional con tresterminales; o sea, puede conducirla c orriente e lc tric a e n am bo s sen-tidos. Las terminales nodo y cto-do se ha n c am biado po r MT1 y MT2,que es la ab reviatura de TerminalPrinc ipa l 1 y Term inal Princ ipa l 2.

El circuito equivalente para elTRIAC se p ued e fo rma r co n d os SCRen p aralelo, pe ro c on sus po larida -

d es inve rtida s (figu ra 5). Cua nd o seap lic a e l pulso d e a ctivacin en elterminal compuerta, no importa lapo lar ida d ap lica da a las terminalesMT; la ra zn, e s q ue uno d e los dosSCR se e nc ont ra r p olariza d o d irec -tamente y c onducir.

Si el SCR1 se enc uentra p ola riza -do en forma inversa y el SCR2 enforma directa cuando se aplica elpulso a la c om pue rta G , solam ente

este ltimo c ond uc ir . Si se inviertela p olarida d d e la b ate ra y se a pli-c a el pulso de dispa ro nueva menteen la compuerta G, slo el SCR1conducir.

El efecto total del dispositivo esel de pe rmitir el pa so d e la c orrien-te elctr ica, independientementede la polaridad de la tensin apli-

cada en las terminalesMT.

Los pa rm etros a c on-siderar cua nd o se elige unTRIAC, son iguales a losutilizados para el SCR; lanic a d iferenc ia e s que elVRRM o voltaje inverso no

existe en el caso de losTRIACs, deb ido a q ue noimporta la polar idad ensus extrem os.

DIAC

El DIAC o d iod o b idirec c iona l dedisparo (Diodo de Corriente Alter-na, por su nombre en ingls) es undispositivo semiconductor muy pa-rec ido al diodo Shockley, c on la d i-ferenc ia d e q ue pe rmite el paso d ela c orriente elc tric a en a mb os sen-tido s; tamb in tiene un va lor de vol-ta je de conducc in (breakover )q ue e s el mismo en a mb os sentid os.El circuito equivalente del DIAC esun par de d iodos Shockleyen pa ra-lelo, pero con polaridades opues-tas. Cuand o se a plica una tensinen los extremos del DIAC, ste semant iene en estado de noconduc -cin mientras no se supere la ten-

sin nom inal d e c ond uc c in. Por serun d ispo sitivo d e tipo bidirec c iona l,es util izado como disparador decompuerta en los TRIACs.

SBS

Es un dispositivo de control parael d isparo de la compuerta enTRIAC s. Tiene la p rop ieda d d e c on-ducir la corriente elctrica en am-bos sentidos; cuando la tensin al-

ca nza e l valor de co nduc c in, a di-ferenc ia d e u n DIAC , el SBS a d q uie-re un voltaje de c onduc cin muchom s pe que o. Est forma do po r unc onjunto d e d isp ositivos disc retos, yse fab ric a m s bien c om o un c irc ui-to integrado; adems, cuenta conuna terminal extra llamada com-

puerta que proporciona ma yor fle-

xib ilida d en e l disp a ro.SIDAC

El disparador bilateral de altovoltaje o SIDAC, es un dispositivoelectrnico de reciente aparicin.Permite la m anipulac in d e voltajesaltos de disparo, lo que ampla laga ma de ap lic ac iones de los dispo -sitivos disparadores; de esta mane-ra, se ahorran gastos en compo-nen tes extra s q ue sera n ne c esa riosp a ra c ierta s c lases d e c irc uitos.

UJT

El UJT o transistor uniunin (Uni- junction Transistor), es utilizado co-mo dispositivo de disparo. Se trata

de un elemento semiconductor dec onm utac in po r ruptura, muy utili-zado en circuitos industriales, tem-p oriza d ores, osc ila d ores, g ene ra d o-res de onda y como circuitos dec ontrol de c om pue rta p ara TRIAC ySCR. La zon a P d el em isor est a lta-mente do pa da , mientras que la zo-na N del semiconductor tiene undopado pequeo. Cuando e l emi-sor del transistor no se encuentrac onec tad o a ningn c ircuito exter-no, la resistencia entre las termina-les Base 1 y Base 2 es de unos 4,000a 10,000. Este d isp ositivo tiene lac a ra c terstica d e p resenta r resisten-c ia ne ga tiva; es de c ir, a un aume n-to de corriente se sucede una dis-minucin d e vo ltaje en las termina-les del mismo. ******************


Fig. 5

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El Mundo De La Electronica Vol. 5