Electricidad y electrónica analógica

Existen tres magnitudes fundamentales que definen el comportamiento de cualquier circuito:

1. Tensión o Diferencia de Potencial ($V$): Es la "fuerza" o energía por unidad de carga que impulsa a los electrones a moverse. Se mide en Voltios (V).
2. Intensidad de Corriente ($I$): Es la cantidad de carga eléctrica (electrones) que atraviesa una sección del conductor por unidad de tiempo. Se mide en Amperios (A).
3. Resistencia ($R$): Es la oposición que presentan los materiales al paso de la corriente. Se mide en Ohmios ($\Omega$). La resistencia depende de la resistividad del material, su longitud y su sección.

La relación entre estas magnitudes se rige por la Ley de Ohm, que es el pilar de la electricidad: $V = I \cdot R$

Además, debemos considerar la energía y la potencia:

• Potencia Eléctrica ($P$): Es la rapidez con la que un dispositivo consume o genera energía. Se mide en Vatios (W). $P = V \cdot I$
• Ley de Joule: Explica por qué los conductores se calientan. La energía disipada en forma de calor es $E = I^2 \cdot R \cdot t$.
• Consumo energético: Los dispositivos eléctricos facturan energía, no potencia. La energía se mide habitualmente en kilovatios-hora (kWh).

La forma en que conectamos los componentes cambia drásticamente el comportamiento del circuito:

En los circuitos mixtos, debemos simplificar por partes, resolviendo primero las asociaciones más pequeñas (series o paralelos internos) hasta llegar a una única resistencia equivalente.

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Las resistencias controlan el flujo de corriente.

• Código de colores: Las resistencias fijas usan bandas de colores para indicar su valor y su tolerancia (margen de error).
• Resistencias variables: Los potenciómetros permiten ajustar manualmente el valor de resistencia (ej. control de volumen).
• Sensores resistivos:
  • LDR: Su resistencia disminuye al aumentar la luz.
  • Termistores (NTC/PTC): Varían según la temperatura. En una NTC, la resistencia baja cuando sube la temperatura.

Un condensador almacena energía en un campo eléctrico. La capacidad ($C$) se mide en Faradios (F), aunque lo habitual es usar microfaradios ($\mu F$).

• Carga y descarga: Cuando se conecta a una pila, el condensador se carga. El tiempo que tarda depende de la resistencia asociada ($T = R \cdot C$).
• Tipos: Los electrolíticos tienen polaridad (tienen un polo positivo y otro negativo), mientras que los cerámicos no.

El electromagnetismo permite convertir electricidad en movimiento o viceversa.

• Inducción: Una corriente eléctrica crea un campo magnético.
• Relé: Es un interruptor electromagnético. Permite controlar un circuito de alta potencia (ej. una bombilla a 230V) mediante un circuito de baja potencia (ej. una pila de 9V).
• Transformadores: Dispositivos que aumentan o disminuyen la tensión de corriente alterna mediante el acoplamiento de dos bobinas.

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Un diodo permite el paso de la corriente en un solo sentido (polarización directa) y lo bloquea en el contrario (polarización inversa).

• Diodo LED: Emite luz cuando circula corriente por él. Siempre debe llevar una resistencia en serie para no quemarse.
• Rectificación: Se usa para convertir Corriente Alterna (AC) en Corriente Continua (DC). Un puente de diodos permite que la corriente fluya siempre en la misma dirección.
• Diodo Zener: Diseñado para trabajar en la zona de ruptura, se usa para mantener un voltaje constante (regulación).

Es el componente más importante de la electrónica moderna. Tiene tres terminales: Base (B), Colector (C) y Emisor (E). El transistor funciona bajo el principio de que una pequeña corriente en la Base controla una corriente mucho mayor entre el Colector y el Emisor.

• Corte: No hay corriente en la base; el transistor actúa como un interruptor abierto.
• Saturación: La corriente en la base es suficiente para que pase toda la corriente posible; actúa como un interruptor cerrado.
• Activa: Se usa para la amplificación de señales.

Combinando sensores (LDR, NTC) con transistores, podemos crear circuitos automáticos:

1. Interruptor crepuscular: Un transistor que activa una luz cuando la LDR detecta oscuridad.
2. Temporizadores: Usando la carga de un condensador para activar la base de un transistor tras un tiempo determinado.
3. Control de motores: El transistor actúa como interfaz de potencia para mover motores que un sensor por sí solo no podría alimentar.

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La mayoría de los aparatos electrónicos funcionan con Corriente Continua (DC), pero la red eléctrica suministra Corriente Alterna (AC). Una fuente de alimentación sigue estas etapas:

1. Transformación: Reduce el voltaje (ej. de 230V a 12V).
2. Rectificación: Convierte AC en DC usando diodos.
3. Filtrado: Mediante condensadores, se alisa la señal para eliminar el rizado.
4. Regulación: Mantiene el voltaje estable frente a variaciones de carga.

Importante: Nunca debemos manipular el interior de una fuente conectada a la red eléctrica debido al riesgo de electrocución.

El polímetro o multímetro es la herramienta esencial. Permite medir:

• Voltaje: Se conecta en paralelo al componente.
• Intensidad: Se conecta en serie, intercalándose en el cable.
• Resistencia: Se mide siempre con el circuito sin alimentación.

Para señales que varían en el tiempo, se utiliza el osciloscopio, que permite visualizar la forma de la onda eléctrica en una pantalla.

Antes de construir un circuito real, es fundamental probarlo:

• Simulación: Herramientas como Tinkercad o Proteus permiten verificar si el diseño es correcto sin riesgo de quemar componentes.
• Protoboard: Placa de pruebas que permite interconectar componentes sin soldar.
• Soldadura blanda: Técnica que utiliza una aleación de estaño para fijar componentes de forma permanente en una PCB (Placa de Circuito Impreso).

Recuerda: En electrónica, la paciencia y el orden en el montaje son la clave para que un proyecto funcione a la primera.