0. electrònica analògica

15 Pages·2013·1.12 MB·Spanish

L’ELECTRÒNICA ANALÒGICA

1. QUÈ ÉS L’ELECTRICITAT?

1.1 L’ÀTOM
Un àtom és una partícula molt petita
formada per diferents components: nucli i
electrons.
Dins el nucli podem trobar els protons i els
neutrons.

A la següent taula es poden veure les característiques de cadascuna d’aquestes partícules:

PARTÍCULA CÀRREGA POSICIÓ PESA? ES MOU?

PROTÓ positiva dins el nucli sí no

NEUTRÓ no en té dins el nucli sí no

ELECTRÓ negativa fora del nucli no sí

Per tant, els únics que es podran moure seran es electrons!

1.2 L’ÀTOM NEUTRE
En principi, tots els àtoms són neutres, és a dir:
número de càrregues positives = número de càrregues negatives
número de protons = número d’electrons
I partirem de la base que tots els àtoms voldran ser neutre, és a dir, tenir el mateix nombre de càrregues
positives i negatives.

EXERCICI 1. Dibuixa un àtom de carboni sabent que té 12 protons, 12 electrons i 13 neutrons.

EXERCICI 2. Quants electrons tindrà un àtom d’heli si és neutre i té dos protons?

EXERCICI 3. Completa les frases següents:
a) Els ___________ tenen càrrega elèctrica negativa i els protons ______________.
b) Un ___________ té el mateix nombre d’electrons que de protons; per tant, la seva _______________ és
nul·la.

EXERCICI 4.
a) Com quedaria carregat un àtom si li afegíssim un electró?
b) Com quedaria carregat un àtom si li arrenquéssim un electró?

1.3 QUÈ ÉS EL CORRENT ELÈCTRIC O L’ELECTRICITAT?

El corrent elèctric és un moviment d’electrons a través d’un material.
1.4 COM ES GENERA EL CORRENT ELÈCTRIC O L’ELECTRICITAT?

EXPLICACIÓ 1.
Quan tenim un generador, per exemple una pila, aquest s’encarrega d’arrencar un electró a un àtom.
Aquest àtom, ara ja no és neure, perquè li falta un protó. S’ha quedat carregat positiu.

Aquest àtom, per poder tornar a ser neutre, arrenca un electró de l’àtom del costat. Ja està, ja és neutre!
Però ara, l’àtom del costat ha deixat de ser neutre i, per solucionar el problema, arrenca un elctró del tercer
àtom. Així successivament.
De manera que els àtoms no es mouen, sinó que són els electrons els que es van desplaçant.

EXPLICACIÓ 2.
Una altra manera d’entendre com funciona un
generador és la següent:
El generador separa un electró de la resta de l’àtom.
Per tant, ha separat una càrrega negativa de la resta
de l’àtom que, per tant, ha quedat carregat positiu.

Per poder tornar a ser neutre l’àtom, l’electró haurà de
recórrer tot el fil conductor fins a tornar al generador i
retrobar-se amb el seu àtom original. D’aquesta
manera, l’àtom ja tornarà a ser neutre.

2. EL CIRCUIT ELÈCTRIC

Un circuit elèctric és un conjunt d’elements enllaçats de tal manera que permeten el pas del corrent
elèctric a través seu.

Per tal que hi hagi la circulació del corrent elèctric, el camí que segueixen els electrons no pot estar
interromput!

2.1 COMPONENTS BÀSICS D’UN CIRCUIT ELÈCTRIC
Com a mínim, un circuit elèctric estarà format per els següents components:
- un generador (serà l’encarregat de fer circular els
electrons. N’hi ha de molts tipus: piles de botó,
piles de petaca, alternadors,dinamos,...).
- uns fils conductors (els electrons circularan a
través seu. Solen ser fils de coure.).
- un receptor (transformarà l’energia elèctrica –dels
electrons- en un altre tipus d’energia. N’hi ha de
molts tipus: bombetes, fluorescents, motors,
sensors, mp3, TV,...).

ELS GENERADORS
Els generadors són els elements que donen energia perquè circulin els electrons a través del circuit.
Alguns exemples de generadors són els següents:

Els endolls no són pròpiament
generadors però també es pot
Piles Alternadors Dinamos obtenir energia através d’ells.

A l’energia que és capaç d’impulsar els electrons a través del circuit elèctric l’anomenem tensió o voltatge o
força electromotriu (f.e.m.).
La tensió es mesura en Volts (V).
EXERCICI 5. Quina és la funció d’un generador en un circuit elèctric?

EXERCICI 6. Situa les següents dades en el dibuix: 1,5V; 3V; 4,5V; 9V; pila de petaca; pila normal; pila de
botó; dinamo; alternador;

ELS RECEPTORS
Els receptors seran aquells elements que connectem al circuit elèctric i que transformaran l’energia elèctrica en
un altre tipus d’energia. Tenim molts exemples de receptors

bombetes, motors, brunzidors, resistències,...

EXERCICI 7. Completa les següents frases:
a) Una resistència transforma l’energia elèctrica en energia _______________.
b) Un motor transforma l’energia elèctrica en energia _______________.
c) Una bombeta transforma l’energia elèctrica en energia ______________.
d) Un brunzidor o timbre transforma l’energia elèctrica en energia _____________.

Alguns símbols que se solen utilitzar molt són els següents:

Fil conductor Interruptor tancat

Bombeta Interruptor obert

Motor Pila
ELS FILS CONDUCTORS
A través seu circularan els electrons per tot el circuit elèctric.

A nombre d’electrons que estan circulant en cada moment a través del circuit elèctric l’anomenem intensitat
de corrent (I).
La intensitat es mesura en Amperes (A).

El curtcircuit:
El corrent elèctric, és a dir, els electrons, sempre passaran pel lloc on més fàcil i més curt els sigui passar. Això
pot arribar a ser un problema perquè si ens equivoquem, com per exemple en el circuit següent, quan tanquem
l’interruptor no s’encendrà mai la bombeta ja quels electrons preferiran fer el camí més curt. Estarem fent un
curtcircuit:

Quan hi ha un curtcircuit, el que passa és que com que els electrons troben un camí
molt curt i no hi ha res que impedeixi el seu pas, passen molts electrons de cop,
escalfant-se molt el fil conductor, exaurint-se la pila i formant, finalment una petita
explosió.

La sobrecàrrega:
Parlem de sobrecàrrega quan circulen més electrons dels que haurien de circular. Això acostuma a passar
quan connectem o endollem molts aparells alhora. Els nostres fils elèctrics no estan preparats perquè circuli
tanta intensitat a través seu i s’escalfen.
Com que està passant més intensitat de la prevista, s’activarà el
magnetotèrmic que tenim a l’entrada de la instal·lació elèctrica de casa.

2.2 COMPONENTS BÀSICS D’UN CIRCUIT ELECTRÒNIC

2.2.1 ELS RESISTORS
Ara ja sabem com funciona un circuit elèctric. Però tenim un
problema. En funció del receptor que tinguem en un circuit
necessitarem que hi circuli més o menys intensitat.
Els elements que limiten el pas de corrent s’anomenen
resistors.

Hi ha una gran quantitat de resistors: plel·lícula de carbó, fil
bobinat, potenciòmetres, LDR, PTC, NTC,...
RESISTORS DE PEL·LÍCULA DE CARBÓ I DE FIL BOBINAT
Són els resistors més utilitzats. El seu valor es mesura en ohmsW (WWW ) i el seu
aspecte és el següent:

Sobre el resistor es poden observar quatre línies de colors. Es tracta d’un codi internacional que ens informa
del valor que té la resistència:

Concepte de tolerància: a l’hora de fabricar les resistències, el fabricant no ens pot assegurar que totes surtin
idèntiques. El que sí que pot fer és dir-nos entre quins valors es troben les resistències que ha creat. Com
més petita sigui la tolerància, més s’aproparà el valor de les resistències amb el que ens diu el fabricant.
Per calcular el valor de la tolerància es fa de la següent manera:
En l’exemple goc-lila-vermell-or, el valor de la resistència és de 4700 – 5% W . Per tant, aquesta
resistència pot tenir un valor entre els dos següents:

EXERCICI 8. A partir del valor nominal i la tolerància, esbrina el codi de colors dels resistors següents:
a) 33000W – 2%
b) 680W – 5%
c) 5600W – 10%
d) 29000W – 5%
e) 74W – 5%

EXERCICI 9. Esbrina el valor nominal i la tolerància dels resistors següents:
a) marró – negre – negre – plata
b) vermell – violeta – marró – or
c) verd – blau – vermell – plata
d) gris –taronja – groc – vermell
e) taronja – blanc – groc – marró
f) marró – verd – verd – or

EXERCICI 10. Indica si les resistències següents són correctes o no, és a dir, si el seu valor es troba dins de la
tolerància o no.
a) vermell – lila – vermell – or. Resistència mesurada = 2570W
b) gris – vermell – marró – plata. Resistència mesurada = 905W
c) marró – verd – taronja – or. Resistència mesurada = 15700W
d) gris – vermell – negre – or. Resistència mesurada = 77W

Com funcionen?
- RESISTORS DE PEL·LÍCULA DE CARBÓ. El carbó és un material conductor. Es tracta d’un
cilindre de ceràmica sobre el que s’hi diposita una capa de carbó. Com més fina sigui la capa,
menys electrons hi podran circular i més resistència oferirà.
- RESISTORS DE FIL BOBINAT. Es tracta d’un fil conductor molt llarg. Com més llarg sigui, més
costarà que els electrons el creuin i més resistència oferirà.
(escanejar imatges interior resistors)
POTENCIÒMETRES
El seu valor es mesura en ohmsW (WWW ) i el seu aspecte és el següent:

Com funcionen?

Es tracta d’una resistència llarga amb un punt de contacte que es pot moure. Fent rodar el
potenciòmetre, decidim si el valor de la resistència serà més elevat o menys. Serà més elevat com
més llarga es deixi la resistència.

En funció de la posició del
potenciòmetre, oferirà més o menys
resistència i la bombeta farà més o
menys llum.

PTC i NTC
El seu valor es mesura en ohmsW (WWW ) i el seu aspecte és el següent:
NTC

Com funcionen? PTC
- PTC: són un tipus de resistors que, en augmentar

la temperatura, augmenten la seva resistència.

- NTC: són un tipus de resistors que, en augmentar
la temperatura, disminueixen la seva resistència.

EXERCICI 11. Has de comprovar amb un polímetre la variació de resistència segons la temperatura d’un
termistor.

Connecta els extrems del termistor al polímetre i observa quant marca. Tot seguit, acosta-hi un
soldador elèctric calent i observa què passa. Anota quant marca ara mateix. Es tracta d’una NTC o
d’una PTC?

EXERCICI 12. Torna a fer l’experiment aterior una altra vegada però, en comptes d’un soldador, apropa-
hi un glaçó. Què passa, ara?
EXERCICI 13. La resistència de la fotografia, de quin tipus és: NTC o PTC?

LDR
El seu valor es mesura en ohmsW (WWW ) i el seu aspecte és el següent:

Com funcionen?
El valor de la resistència disminueix fortament quan la quantitat de llum augmenta, i passa de milers
d’ohms a tan sols unes desenes.
Els LDR s’utilitzen molt en els llums del carrer. Els llums del carrer tenen associats LDRs.
Mentre fa sol o és de dia, els arriba molta llum i, per tant, ofereixen poca resistència. El relé està
activat i manté l’interruptor obert.
Però quan es fa de nit, arriba poca llum, la resistència augmenta molt i el relé deixa d’estar activat,
tancant-se el circuit i engegant-se la bombeta.

EXERCICI 14. Observa els diferents tipus de resistors que et mostrarà el professor. Explica a la teva llibreta
com funciona cadascun dels tipus de resistors: resistors bobinats, resistors de pel·lícula de carbó,
potenciòme-tres, LDR, PTC i NTC.

EXERCICI 15. Relaciona cadascun dels següents resistors amb la seva manera de funcionar:

1. Resistor de pel·lícula de carbó a) A més temperatura, més resistència.
2. Resistor bobinat b) Com més llum, menor resistència.
3. Potenciòmetre c) Com més llarg és el fil conductor, més resistència.
4. NTC (Negative Temperature Control) d) com menys temperatura, més resistència.
5. PTC(Positive Temperature Control) e) Com més prima és la capa de carbó, més resistència.
6. LDR (Light Depending Resistor) f) En funció de quant gires, ofereix més o menys resistència.

EXERCICI 16. Omple la següent taula:
IMATGE VALOR FIX O VARIABLE?

Resistor de pel·lícula de carbó

Resistor bobinat

Potenciòmetre

NTC i PTC

LDR

EXERCICI 17.
Agafa les tres resistències que et donarà el professor.

a) Segons el codi de colors, quin és el valor de R1? Comprova-ho amb el téster.
b) Segons el codi de colors, quin és el valor de R2? Comprova-ho amb el téster.
c) Segons el codi de colors, quin és el valor de R3? Comprova-ho amb el téster.
(Recorda que, per mesurar el valor d’una resistència amb el polímetre cal que la
resistència no estigui connectada al circuit i que el polímetre estigui en la posició W .

d) Fes el següent muntatge amb R1. Mira quanta llum fa la bombeta.
e) Fes el següent muntatge amb R2. Què li passa a la bombeta?

f) Què li passa a la bombeta si compares els dos circuits?
g) Què li passa a la intensitat a mesura que anem afegint
resistències?
h) Les dues resistències estan una a continuació de l’altra. Saps
com es diu aquesta posició: sèrie o paral·lel?
i) Què li passaria a la baombeta si afegíssim R2 a continucació?

i) Què li passa a la bombeta si compares els dos circuits?
j) Què li passaria a la bombeta si encara afegíssim R2 a sota R3?
k) Les dues resistències estan una sota de l’altra. Saps com es
diu aquesta posició: sèrie o paral·lel?
EXERCICI 18. Programa de electrónica básica. Experiencia 1: La resistencia.
E XERCICI 19. Programa de electrónica básica. Experiencia 5: Sensores ópticos.
EXERCICI 20. Barrera fotoeléctrica.

2.2.2 ELS CONDENSADORS

A vegades és important emmagatzemar molta energia temporalment i descarregar-la de cop en un determinat
moment; per exemple, el flaix d’una màquina fotogràfica.
Els components que ens permeten fer això s’anomenen CONDENSADORS.

El condensador està format per dues plaques metàl·liques i
un material no conductor o aïllant entre mig:

Ara connectem un condensador al generador i mirem què passa.
Cal recordar que el generador separa un electró de la resta de l’àtom. Per tant, ha separat una càrrega
negativa de la resta de l’àtom que, per tant, ha quedat carregat positiu.
Per poder tornar a ser neutre l’àtom, l’electró haurà de recórrer tot el circuit fins a tornar al generador i retrobar-
se amb el seu àtom original. D’aquesta manera, l’àtom ja tornaria a ser neutre. Però com que en mig del circuit
hi ha un condensador, l’electró no pot acabar de fer tot el camí perquè el material aïllant del condensador li ho
impedeix. Així doncs, l’electró es queda aturat en una de les armadures metàl·liques.
Això no només passa amb un electró sinó que el generador no para i
per això una de les dues armadures va quedant carregada cada
vegada més negativa mentre que l’armadura contrària, com que cada
vegada hi falten més electrons, va quedant carregada cada vegada
més positiva.

Arribarà un moment en el qual ja no es podran acumular més
electrons a l’armadura del condensador. Però si ara canviem la
posició de l’interruptor, els electrons veuen que, si fan el camí en
sentit contrari, poden retrobar-se amb els àtoms carregats
positivament. Per poder veure aquest recorregut hem col·locat una
bombeta que s’encendrà mentre quedin electrons separats dels
seus àtoms.

La capacitat d’emmagatzematge de càrregues d’un condensador es mesura en Farads (F).