Electrónica básica aplicada al automóvil by César Malo

0. INTRODUCCIÓN 0.1. La electrónica en el automóvil 0.2. Principios de la electrónica 0.3. Prácticas 1. POLÍMETROS pag. 1 1.1. Introducción 1.2. Tipos de polímetros 1.2.1. Analógicos 1.2.2. Digitales 1.3. Precauciones 1.4. Prácticas 2. RESISTENCIAS pag. 4 2.1. ¿Qué son las resistencias? 2.2. Valores y tolerancias 2.3. Tipos de resistencias 2.4. Conexión de las resistencias 2.5. Aplicación en el automóvil 2.6. Prácticas 3. RESISTENCIAS VARIABLES pag. 8 3.1. ¿Qué son las resistencias variables? 3.2. Modelos de potenciómetros 3.3. Conexionado de potenciómetros 3.4. Aplicación del automóvil 3.5. Prácticas 4. RESISTENCIAS ESPECIALES pag. 11 4.1. Tipos de resistencias especiales 4.2. NTC (temperatura) 4.2.1. Características técnicas 4.2.2. Aplicación en el automóvil 4.3. PTC (temperatura) 4.4. LDR (Iluminación) 4.4.1. Características técnicas 4.4.2. Aplicación en el automóvil 4.5. VDR (Tensión) 4.6. PIEZO-RESISTORES (Vibraciones) 4.6.1. Características técnicas 4.6.2. Aplicación en el automóvil 4.7. Variaciones por oxígeno (lambda) 4.7.1. Características técnicas 4.7.2. Aplicación en el automóvil 4.8. Prácticas 5. CONDENSADORES pag. 20 5.1. ¿Qué son los condensadores? 5.2. Características de los condensadores 5.3. Tipos de condensadores 5.4. Conexión de los condensadores 5.5. Aplicación en el Automóvil 5.6. Práctica 6. BOBINAS Y TRANSFORMADORES pag. 26 6.1. ¿Qué son las bobinas y transformadores? 6.2. Aplicación en el automóvil 6.3. Prácticas

7. SEMICONDUCTORES pag. 30 7.1. ¿Qué son los semiconductores? 7.2. Semiconductores tipo P-N 7.3. Uniones P-N 7.4. Polarización de la unión P-N 7.5. Prácticas 8. DIODOS pag. 33 8.1. ¿Qué son los diodos? 8.2. Diodos Zener 8.3. Aplicación en el automóvil 8.4. Prácticas 9. TRANSISTORES pag. 37 9.1. ¿Qué son los transistores? 9.2. Polarización de un transistor 9.3. Temperatura de un transistor 9.4. Zonas de funcionamiento 9.5. Conexiones del transistor 9.6. Cálculo de resistencias de polarización 9.7. Transistores en conmutación 9.8. Aplicación en el automóvil 9.9. Prácticas 10. COMP. OPTOELECTRÓNICOS pag.46 10.1. ¿Qué son los comp. optoelectrónicos’ 10.2. Diodos luminiscentes (LED) 10.3. Los fotodiodos 10.4. Indicadores gráficos o displays 10.5. Aplicación en el automóvil 10.6. Prácticas 11. OTROS SISTEMAS pag. 51 11.1. Captadores inductivos 11.2. Sensor halls 11.3. Electroválvulas 11.4. Prácticas 12. CONCLUSIONES

ELECTRÓNICA BÁSICA APLICADA AL AUTOMÓVIL

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POLÍMETROS 0.1. 0.1.1. 0.1.2. 0.2. 0.3.

Introducción Tipos de polímetros Analógicos Digitales Precauciones

INTRODUCCIÓN Para nosotros, los profesionales del automóvil, entenderemos el polímetro como una herramienta más dentro de nuestro taller, la cual nos servirá de traductor de magnitudes eléctricas, que de otra forma no podrían ser medidas. Para empezar, definámoslo: Se denomina polímetro al aparato capaz de poder realizar varias (poli), mediciones (metro). También es conocido con el nombre de Tester. Las principales mediciones que con él podemos realizar son las siguientes: -

Resistencia Tensión en CC y CA Intensidad en CC y CA.

Aunque el principio de funcionamiento es el mismo para todos, se suelen presentar en dos tecnologías diferentes: -

Digital Analógico

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TIPOS DE POLÍMETROS ANALÓGICOS En el polímetro analógico, la indicación de la medición se realiza a través de una aguja sobre un fondo de escala. Nos da la medida más rápida, pero a la vez más imprecisa. Son sensibles a las vibraciones, golpes y campos magnéticos. Una inversión de polaridad puede llevar a su destrucción, al igual que la elección de una escala incorrecta. En mediciones de resistencias, la alimentación se hace a través de una pequeña pila colocada en su interior, por lo que deberemos tener en cuenta que por la punta de pruebas negra o (-) sale el polo (+) de la pila y por la punta roja o (+) sale el (-) de la pila. Hay que tenerlo en cuenta para la comprobación de diodos y transistores. DIGITALES En los polímetros digitales, la indicación de la medición se realiza a través de dígitos visualizados en una pantalla de cristal líquido. Por lo tanto, la medición será más precisa pero a la vez más lenta. Dispone de elementos y circuitos de protección, de forma que se bloquean cuando la escala no es la adecuada. Así mismo, aparece un signo menos delante de los dígitos cuando la polaridad está invertida. Soportan mayores intensidades, lo cual hace más segura la utilización del mismo. En medición de resistencias en la punta roja, tenemos el (+) de la pila interna y en la punta negra tenemos el (-)

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PRECAUCIONES Deberemos tener en cuenta unas mínimas precauciones para la medición: -

Asegurarse de la correcta ubicación de los terminales de las puntas de prueba.

En la medición de resistencias, se comienza desde la escala más baja y se va subiendo hasta lograr una medición precisa.

Asegurarse que la resistencia no esta alimentada con tensión.

En un circuito para la comprobación de un valor de resistencia, al menos un terminal de dicho elemento deberá de estar desconectado del circuito.

No tocar las puntas de prueba con los dedos, pues sufren alteraciones las mediciones.

En mediciones de tensión asegurarse del tipo de corriente que se trata, alterna o continua.

Se comenzará la medición desde las escalas más altas y se ira bajando hasta obtener la medida más exacta.

En mediciones de intensidad, se deberá tener en cuenta que la protección con fusible es hasta dos amperios y para intensidades superiores generalmente se emplea otro terminal base sin ningún tipo de protección.

Es importante respetar la polaridad a la hora de conectar, puesto que una medición negativa, debe indicar un consumo de corriente y una medición positiva, por el contrario, debe indicar generación de corriente. Inicio

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RESISTENCIAS 0.1. 0.2. 0.3. 0.4. 0.5.

¿Qué son las resistencias? Valores y tolerancias Tipos de resistencias Conexión de las resistencias Aplicación en el automóvil

¿QUÉ SON LAS RESISTENCIAS? La corriente en un circuito se puede asociar a la corriente de agua en una manguera para regar. Si pisas la manguera, a ambos lados de tu pie, reduces la cantidad de agua que pasa por ella. Una resistencia tiene el mismo efecto que tu pie en la manguera. Reduce el fluido de corriente que pasa por todo el circuito. Las resistencias son componentes pasivos, con dos terminales. La misión de la resistencia es oponerse al paso de la corriente, cualquiera que sea la forma de esta. Los usos mas frecuentes son: - Producir caída de tensión. - Divisores de tensión y corriente - Limitadores de corriente - Disipadores de calor El valor de una resistencia se expresa en ohmios y sus múltiplos son: 1 Kilo-Ohmio = 1.000 Ohmios 1 Mega- Ohmios = 1 Millón de Ohmios

1KΩ = 1.000 Ω 1 MΩ = 1.000.000 Ω

La notación práctica que se utiliza es la mostrada en la tabla de la imagen correspondiente 0.15 Ω 10 KΩ 12 MΩ 3.900 Ω 1.200.000Ω 4,7 Ω

Ω 15 10K 12 M 3K9 1M 2 4Ω7 Inicio

VALORES Y TOLERANCIAS. Las resistencias son construidas a base de materiales malos conductores de electricidad. No consiguiéndose casi nunca un valor exacto, pero si debe de estar entre unos límites, estos se denominan tolerancia. La tolerancia de las resistencias las determina el fabricante y van serigrafiadas en la propia cápsula. De los contrario en el circuito, sus efectos serían muy distintos a los deseados. César Malo Roldán Página nº 4 Módulo Profesional: Circuitos electrotécnicos básicos. Sistema de carga y arranque.

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Los valores de resistencia pueden ser variados por: - Sobretensión - Temperatura - Humedad Tanto sus valores como su tolerancia vienen indicados en la misma resistencia a través de unas franjas coloreadas. • •

Código de colores internacional para la identificación de resistencias de las series E6, E12 y E24. Código de colores internacional para la identificación de resistencias de las series E48 y E96.

Los fabricantes por lo general, suministran resistencias con valores establecidos de acuerdo a normas internacionales. En la siguiente tabla se dan las series de resistencias más comunes, junto a sus tolerancias. • • •

Serie E24: 10 11 12 13 15 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 43 47 51 56 62 68 75 82 91 (5%) Serie E12: 10 12 15 18 22 27 33 39 47 56 68 82 (10%) Serie E 6: 10 15 22 33 47 68

Otras características importantes serán la potencia máxima y disipación de calor. La potencia viene determinada por su tamaño. César Malo Roldán Página nº 5 Módulo Profesional: Circuitos electrotécnicos básicos. Sistema de carga y arranque.

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Las más usadas en resistencias de carbón son: 1/8 W, ¼ W, ½ W, 1W y 2W. Inicio

TIPOS DE RESISTENCIAS Las resistencias se construyen con materiales malos conductores de la electricidad, de tipo metálico y de carbón. Las fabricadas a base de materiales metálicos se construyen con hilo devanado sobre material aislante (resistencias bobinadas) y depositando una fina película también sobre un material aislante (resistencia de película metálica). Las de carbón se hacen aglomeradas o de película de carbón: -

Aglomeradas: son de valores de resistencia muy altos, no logrados con las bobinadas. Son mezcla de grafito o carbón de resina y en ocasiones de talco para poder obtener los distintos valores. En los extremos se colocan unos casquillos a presión donde van soldados los hilos. Recubriendo todo ello con resina o plastificado para pintar las bandas de colores. Presentan el inconveniente de su inestabilidad por efectos de la temperatura.

De película de carbón: son los mas empleadas, ya que son de gran estabilidad térmica. Sobre un cilindro aislante de cerámica se deposita una fina película de carbón en espiral para dar los valores precisos. Se colocan los casquillos y se esmaltan.

De película metálica: generalmente son de cromo y el proceso es idéntico al de película de carbón. Son de gran estabilidad incluso en condiciones adversas.

Bobinadas: sobre un soporte aislante se colocan espiras de hilo resistivo, aleaciones de níquel, cromo y aluminio, dando el valor deseado. Como el hilo resistivo puede ser de distintas secciones podemos obtener diversas potencias de disipación. Inicio

CONEXIÓN DE RESISTENCIAS Las resistencias se pueden conectar entre sí o formando parte de un circuito electrónico de tres formas distintas: -

Circuito serie. Tiene la característica que en su montaje la resistencia total del circuito es la suma de todas las resistencias.

Circuito en paralelo. En el circuito en paralelo la suma de la resistencia total es más pequeña que el valor de la resistencia más pequeña.

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Circuito mixto. El cálculo de la resistencia total se realizará a partir de la simplificación a circuitos serie y paralelo. Comprobación de resistencias -

La comprobación de las resistencias se realiza por medio de un polímetro, lo colocamos en lectura de resistencia, teniendo en cuenta las precauciones para la medición, aplicamos las puntas sobre los terminales de la resistencia y las comparamos con la especificada por el fabricante, el valor debe de estar dentro de los valores de tolerancia impresos en la cápsula. Si el valor coincide, la resistencia está bien. Si el valor está fuera de las tolerancias, debemos desecharla. Si el valor es infinito, la resistencia está cortada interiormente. Si el valor es 0, la resistencia está cortocircuitada. Inicio

APLICACIÓN EN EL AUTOMÓVIL En el automóvil, las resistencias las podemos encontrar dentro de cualquier circuito electrónico. Como ejemplo, podemos poner las utilizadas en el circuito de encendido, están colocadas en serie con el 15 de Bobina (positivo de llave de contacto) para limitar la corriente que le llega del primario. También en el circuito de encendido y en relación a la bobina, encontraremos las resistencias Ballast. Actúan de forma que en el momento de arranque la bobina reciba la tensión máxima ofrecida por la batería, para conseguir mayor potencia de chispa en el encendido, una vez en marcha el motor la tensión es limitada por otra resistencia. En algunos sistemas de inyección las podemos encontrar como limitadores de corriente, se colocan en serie con los inyectores, para que los 12 V. enviados por la UCE, se queden reducidos al voltaje con el que trabajen estos. Inicio

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RESISTENCIAS VARIABLES (POTENCIOMETROS) ¿Qué son las resistencias variables? Modelos de potenciómetros Conexionado de potenciómetros Aplicación del automóvil

¿QUÉ SON LAS RESISTENCIAS VARIABLES? Están formadas por tres terminales, de los cuales dos son unidos por una capa lineal de semiconductor y el tercero que será central, llamado también cursor, al desplazarse de una variación de resistencia entre este y los otros dos terminales según la posición alcanzada. Se designan por su valor máximo y la forma de representarlos son:

Existen varios tipos de potenciómetros: -

Lineal que recorre casi 360º y que va respondiendo progresivamente con el giro. Logarítmico que al principio responde con una progresión muy pequeña y después a poco giro sus valores crecen rápidamente.

Otras formas menos empleadas son las antilogarítmicas y las seno-coseno.

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MODELOS DE POTENCIOMETROS Los potenciómetros se pueden dividir en -

Bobinados, también llamados reóstatos, se emplean para potencias elevadas. De película de carbón, se fabrican en diversos tamaños y formas, son de gran precisión.

La forma de comprobarlos es semejante a las resistencias, pero en esta ocasión debemos de medir del cursor a un terminal y después al otro. La siguiente tabla pertenece a los valores normalizados existentes en el mercado, junto con el marcaje que suelen llevar en su encapsulado. VALOR 100 Ω 220 Ω 470 Ω 1000 Ω 2200 Ω 4700 Ω 10000 Ω 22000 Ω 47000 Ω 100000 Ω 220000 Ω 470000 Ω 1000000 Ω 2200000 Ω 4700000 Ω

MARCAJE 100 R 220 R 470 R 1K 2K2 4K7 10 K 22 K 47 K 100 K 220 K 470 K 1M 2M2 4M7

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CONEXIONADO DE POTENCIOMETROS Las conexiones más usuales suelen ser: -

Conexión en serie, en la que se conecta el cursor y un extremo del circuito, mientras que el otro queda libre o puenteado con el cursor, de este modo la resistencia queda en serie con el circuito. Conexionado en paralelo, los dos extremos del generador se une a los dos del potenciómetro. Se dispone entonces de una diferencia de potencial variable. La intensidad que recorre el circuito no es la misma que la que recorre el potenciómetro. A este montaje se le llama divisor de tensión Inicio

APLICACIÓN EN EL AUTOMÓVIL En el automóvil se utilizan los potenciómetros para medir desplazamientos continuos de partes móviles, como por ejemplo: -

Posición del pedal de acelerador.

Posición de la mariposa de aceleración. El conexionado se realiza en paralelo, y su funcionamiento es lineal.

También podemos encontrarnos potenciómetros logarítmicos dentro del automóvil. -

Como regulador del volumen en el aparato de radio.

Posición de la aleta sonda del caudalímetro de aire.

Posición del plato de sonda en inyecciones KE- Jetronic Inicio

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RESISTENCIAS ESPECIALES 0.1. 0.1.1. 0.1.2. 0.2. 0.3. 0.3.1. 0.3.2. 0.4. 0.5. 0.5.1. 0.5.2. 0.6. 0.6.1. 0.6.2. 0.6.3.

TIPOS DE RESISTENCIAS ESPECIALES NTC (temperatura) Características técnicas Aplicación en el automóvil PTC (temperatura) LDR (Iluminación) Características técnicas Aplicación en el automóvil VDR (Tensión) PIEZO-RESISTORES (Vibraciones) Características técnicas Aplicación en el automóvil VARIACIONES POR OXÍGENO (lambda) Características técnicas Aplicación en el automóvil

TIPOS DE RESISTENCIAS ESPECIALES Fabricadas de materiales especiales que modifican su resistencia por determinados agentes, los cuales se pasan a enumerar: - Temperatura o NTC: Disminuye la resistencia al aumentar la temperatura o PTC: Aumenta la resistencia al aumentar la temperatura - Iluminación: o LDR: Disminuye la resistencia al aumentar la luminosidad - Tensión o VDR: Aumenta la resistencia al aumentar la tensión (varistor) - Magnetismo o MDR: Varía según el campo magnético (magnetorresistores). - Mecánica: o PIEZO-ELECTRICOS: Depende de las tensiones mecánicas - Oxígeno: o LAMBDA: Varía según las proporciones de oxígeno.

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NTC: TEMPERATURA a) CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Las siglas NTC, significan: Negative-Temperature-Coefficent (Coeficiente Negativo de Temperatura). Se fabrican a partir de óxidos semiconductores de los metales de transición del grupo del hierro, como el cromo, manganeso, hierro, cobalto o níquel. La resistencia específica de estos óxidos en estado puro es muy elevada, pero se transforman en semiconductores al añadirles pequeñas cantidades de otros iones de distinta valencia. Su característica principal es que la resistencia entre sus conexiones varía con respecto a la temperatura aplicada, menor será la resistencia.

Precauciones para su empleo -

No se utilizará en paralelo para obtener mayor disipación, ya que uno de ellos podría sobrecalentarse y absorber toda la corriente.

No utilizar termistores no protegidos en líquidos conductores o corrosivos y gases reductores, ya que podría producirse una modificación de sus características.

Para las medidas de temperatura, no utilizar tensiones demasiado elevadas, ya que podría sobrecalentarse, dando lectura erróneas.

Comprobación Las NTC se comprueban con el polímetro y aplicándoles temperatura progresivamente. Por ejemplo, una NTC empleada en el automóvil, la introducimos en un recipiente con agua. Conectamos el polímetro en medición de resistencia entre sus dos terminales, tomaremos el valor a temperatura ambiente, seguidamente procederemos a calentar el recipiente, deberemos observar como la resistencia disminuye a medida que sube la temperatura, para ello nos será muy útil introducir un termómetro en el interior.

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Tomaremos medidas de resistencia a diferentes temperaturas y las trasladaremos a una gráfica característica, compararemos las lecturas y podremos determinar si la NTC está bien.

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b) APLICACIÓN EN EL AUTOMÓVIL Sus principales aplicaciones son: -

Sensor de temperatura de aire y refrigerante en los sistemas de inyección. Termómetros industriales y electrónicos. Medida del agua de refrigeración Control de temperatura a través de un relé. Medida de la velocidad de un fluido Protección de diodos de silicio. Protección de lámparas de piloto. Accionamiento retardado de relés. Inicio

PTC (Temperatura) Las siglas PTC, significan: Positive - Temperature – Coefficient. (Coeficiente Positivo de Temperatura). Se fabrican con mezcla de titanados de bario y estroncio, con formas diferentes según su empleo. Su característica principal es que la resistencia entre sus conexiones varia respecto a la temperatura, cuanto mayor sea la temperatura aplicada, mayor será la resistencia. Actúan de forma inversa a la NTC, por lo que sus aplicaciones como sensor de temperatura son semejantes, teniendo en cuenta las rectificaciones correspondientes en su circuito electrónico anexo. La forma de comprobarlas es idéntica a las NTC, teniendo en cuenta que la resistencia aumenta al aumentar la temperatura. César Malo Roldán

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En el automóvil se emplean como sondas de temperatura, generalmente en el sistema de inyección RENIX. Una grafica y una curva característica, tanto para una NTC como una PTC es la siguiente:

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LDR (Iluminación) a) Características técnicas. La característica principal es que su resistencia varía cuando se le emite un haz de luz. Se fabrican a base de sulfuro de cadmio. Este material convenientemente tratado contiene pocos o ningún electrón libre, si se mantiene en completa oscuridad. En estas condiciones, su resistencia es elevada. Si absorbe luz, se libera cierto número de electrones , y esto hace aumentar la conductividad del material. Al cesar la iluminación, los electrones son vueltos a capturar a sus posiciones originales.

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b) Aplicaciones en el automóvil. Las aplicaciones más comunes son: -

Indicadores de nivel. Colocamos una lámpara cerca de un recipiente con líquido, este hace de prisma reflejando la luz hacia la LDR, cuanto más alejado este el líquido, más cantidad de luz le llega a esta, y por lo tanto disminuirá su resistencia , al estar en serie con la lámpara de control, se iluminará indicando el bajo nivel de líquido.

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Conmutador crepuscular. Al incidir la luz ambiental sobre la LDR, se hace modificar en ella su resistencia, de forma que cuando anochezca la resistencia disminuirá hasta dejar pasar la suficiente intensidad para excitar el relé y conmutar el circuito de iluminación. Control remoto. Alimentamos una lámpara con una pila de corriente continua, regulada por un potenciómetro; al variar la resistencia del potenciómetro, variará la intensidad de luz, que incide en la LDR; ésta cambiará su resistencia viéndose reflejado en una variación en la tensión de salida VI

Otras aplicaciones serán: -

Conmutador protegido Luz intermitente Indicador de fallo de luces traseras. Conexión automática de luces de población o intermitentes para anuncios luminosos.

Comprobación La comprobación más sencilla es el medir su resistencia con la luz ambiental, seguidamente se va haciendo sombra sobre ella hasta llegar a taparla, la resistencia debe variar proporcionalmente al haz de luminoso.

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VDR (Tensión) La característica principal de este tipo de resistencia es que aumenta su resistencia al aumentar la tensión entre sus contactos. Pueden ser empleados para la estabilización de sencillos circuitos y como supresores de chispa en contactos de relés. Principalmente el material utilizado en su fabricación es carburo de silicio. Para su comprobación: -

Utilizar solo corriente continua Efectuar la medición en el menor tiempo posible Emplearlos para la tensión e intensidad indicada por el fabricante No tiene polaridad

En el automóvil lo podremos encontrar en los puntos donde se pueden originar transitorios de tensión, funcionando como supresor, por ejemplo, a la César Malo Roldán

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salida de los Inyectores en la UCE (Unidad de Control Electrónico), para evitar que la sobretensión producida por la electroválvula dañe el circuito de salida.

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PIEZO-RESISTORES (Mecánica) A) Características técnicas. El efecto piezoeléctrico consiste en la aparición de una polarización eléctrica en un material al deformarse bajo la acción de un esfuerzo. Es un efecto reversible. Los materiales más empleados son el cuarzo y la turmalina.

La resistencia eléctrica que presentan los materiales piezoeléctricos, si bien es muy grande en algunos casos, nunca es realmente infinita, por lo que al aplicar un esfuerzo constante se generará inicialmente una carga que será drenada al cabo de un cierto tiempo. Por lo tanto no hay una respuesta continua. Su simbología gráfica es la siguiente:

El valor de los coeficientes piezoeléctricos es sensible a la temperatura. La impedancia de salida es alta (condensador muy pequeño con alta resistencia de fuga), por lo que para medir la señal generada hay que utilizar amplificadores electromagnéticos o de carga. Algunos transductores incorporan ya el amplificador, limitándose así el margen de temperatura de utilización. Como ventajas podemos destacar su alta sensibilidad y rigidez mecánica. Inicio

B) Aplicación en el automóvil En el automóvil, se emplean como medidores de depresión reinante en el colector de admisión o como detectores de picado.

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Sensor MAP

El sensor MAP, mide la depresión en el colector de admisión por medio de un pequeño tubo conectado a él detrás de la mariposa de aceleración, así manda información a la UCE de la cantidad de aire que entra en el colector, para poder ajustar los tiempos de inyección de dicha cantidad. También es empleado en algunos sistemas de encendido para tener una lectura fiable de la depresión en le colector y poder ajustar el avance de encendido.

La forma de comprobarlo es alimentando con corriente continua los dos terminales de entrada con una pila de 5 V. y haciendo depresión en el interior por medio de una pistola de presión – depresión, mediremos con un polímetro entre uno de los terminales alimentados con tensión y el otro que queda libre o de señal, la tensión debe variar proporcionalmente a la depresión realizada. -

Sensor de picado

El sensor de picado está colocado en la parte exterior del bloque de motor, entre dos cilindros. Cuando cualquiera de los cilindros del motor pica, se crea una frecuencia determinada en el interior de la bancada activando el sensor de picado, mandando una señal eléctrica al sistema de encendido o de inyección para corregir el avance al encendido. La forma de comprobarlo es por medio de un osciloscopio, colocado entre sus dos terminales, procedemos a dar un golpe seco cerca del sensor, observaremos en la pantalla las oscilaciones producidas por el sensor. Otra manera sencilla de comprobarlo es dando un golpe seco cerca del sensor y observar con una pistola estroboscópica el punto de encendido antes y después de activar el sensor. Inicio

LAMBDA (Variación por Oxígeno) a) Características técnicas Consta de un cuerpo cerámico especial cuyas superficies van equipadas de electrodos de platino, permeables a los gases. Su funcionamiento se basa en que el material cerámico poroso, permite la difusión del oxígeno del aire (electrolito sólido)

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A elevadas temperaturas la cerámica se hace conductora. Si el contenido de oxígeno no es igual en ambos lados de los electrodos, entre estos se establece una tensión eléctrica, que representa la señal de medición. La tensión y la resistencia interna de la sonda depende de la temperatura. Su regulación es fiable a partir de 350º C. Para obtener una mayor precisión en las señales, en algunos casos, esta sonda dispone de una resistencia adicional para su calefacción. Su tensión de trabajo oscila entre 100 y 950 mV.

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b) Aplicación en el Automóvil En el automóvil se emplea para medir en los colectores de escape el oxígeno no consumido durante la combustión, cuando mayor sea el oxígeno, más pobre será la mezcla en los cilindros, al igual que cuanto mayor sea el oxígeno en el oxígeno en el interior de los colectores de escape, más rica será la mezcla.

El oxígeno es del 20 al 20% del aire que respiramos. Variará dependiendo de la altitud a la que nos encontremos, en el vehículo. La cantidad de oxígeno óptima que debe salir por el tubo de escape es del 0,5 al 2%.

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La diferencia de oxígeno entre el interior del colector y el del exterior, produce una tensión determinada, con este valor la UCE corrige el tiempo de apertura de los inyectores, para así, acercarse lo más posible a la combustión perfecta.

Comprobación Utilizaremos un polímetro en medición de voltaje, (tensión continua) o un osciloscopio. Conectamos en la sonda lambda la punta positiva del polímetro y a masa la sonda negativa.

Veremos las variaciones máximas y mínimas de voltaje, observaremos si corrige la tensión que le llega de la UCE tras la medición del oxígeno en el sistema de escape. -

La variación debe oscilar entre 100 y 950 mV. Si la tensión no es oscilante deberemos comprobar el enriquecimiento de la mezcla. Si el enriquecimiento es correcto, cambiar la sonda. Inicio

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CONDENSADORES • • • •

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¿Qué son los condensadores? Características de los condensadores Tipos de condensadores Conexión de los condensadores Aplicación en el Automóvil

¿QUÉ SON LOS CONDENSADORES? El condensador es un componente que tiene la capacidad de almacenar cargas eléctricas y suministrarlas en el momento apropiado durante un espacio de tiempo controlable.

Su empleo en circuitos eléctricos y electrónicos es variado, por ejemplo: -

filtrado de corriente circuitos osciladores temporizadores encendidos electrónicos

y su símbolo es:

Consta de dos placas metálicas (armaduras) enfrentadas y separadas entre si por un aislante polarizable (dieléctrico) como el aire, papel, cerámica, mica, plásticos, etc.

Estas placas se van llenando de cargas positivas y negativas respectivamente hasta alcanzar el mismo potencial de la fuente de alimentación. César Malo Roldán

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Si la tensión de la fuente baja, el condensador cede cargas hasta igualar la tensión.

El condensador se comporta como un circuito abierto cuando se le aplica corriente continua y si es alterna actúa como circuito cerrado, que permite el paso de la corriente. Esta propiedad se emplea para el filtrado. Inicio

CARACTERÍSTICA DE LOS CONDENSADORES Capacidad Es la propiedad de almacenar cargas eléctricas al estar sometidos a una tensión. A su vez se denomina CAPACIDAD como la relación existente entre la carga y la tensión. Capacidad ( C ) es igual a Carga (Q) partido Voltio (V).

C = Q/V La unidad de Capacidad es el Faradio, pero esta unidad es muy grande para las capacidades normales de los condensadores, de forma que se emplean los submúltiplos del Faradio: Microfaradio Nanofaradio Picofaradio

µF nF pF

10-6 Faradios 10 –9 Faradios 10-12 Faradios

La capacidad de un condensador, depende de la distancia, superficie y número de placas del dieléctrico y de la temperatura. Coeficiente de temperatura Nos da una magnitud referente a la relación la temperatura y la capacidad, cuanta más temperatura menos capacidad. Corriente de fuga Si mantenemos cargado un condensador durante largo tiempo, a través del dieléctrico hay un paso de electrones llamado corriente de fuga, disminuyendo así la capacidad del condensador. Por ello el dieléctrico tiene que tener gran resistencia de aislamiento, que disminuye con el aumento de la humedad y de la temperatura. Los mas afectados son los de papel, mica y cerámicos por este orden.

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Tensión en los condensadores -

Tensión de prueba: suele ser el doble o triple de la tensión a la que normalmente va a trabajar el condensador. Se emplea para comprobar las características de los aislantes.

Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que se le puede hacer trabajar permanentemente al condensador sin que se deteriore.

Tensión de pico: Es la máxima tensión que se le puede hacer trabajar durante intervalos cortos de tiempo, generalmente viene en minuto por hora de funcionamiento.

Hay que tener en cuenta que los condensadores no los debemos colocar cerca de ninguna fuente de calor, humedad, ni le aplicaremos en exceso tensión. Comprobación A un condensador separado del circuito, le aplicaremos tensión con una pila o fuente de alimentación, durante un corto espacio de tiempo, al retirar la fuente de alimentación, inmediatamente conectaremos un polímetro en lectura de voltaje, debe de indicar la misma tensión a la que se le ha sometido. Inicio

TIPOS DE CONDENSADORES El dato más importante de un condensador es su capacidad. Esta puede ser fija, variable o ajustable ( trimers ) Veámoslas una a una.

Condensadores fijos. Se clasifican en función del dieléctrico utilizado: -

Papel: suelen fabricarse con el arrollamiento de un dieléctrico de papel impregnado entre dos hojas metálicas que suelen ser de aluminio. El conjunto queda cerrado en una resina termoplástica moldeada, con los

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terminales de conexión. Utilizados en el arranque de motores y en la compensación de potencias reactivas. -

Plástico: tienen elevada resistencia de aislamiento y bajas pérdidas dieléctricas.

Poliéster metalizado: para la reducción de tamaño se sustituyen las cintas de aluminio por un metalizado superficial de hojas de poliéster. Suelen tener forma cúbica.

Mica: formado por un apilado de láminas de mica y hojas de cobre, latón o aluminio. Empleados en circuitos de filtrado, sintonía y paso de radiofrecuencia.

Vidrio: se fabrican a partir de cintas de vidrio sobre las que se colocan otras de aluminio, a continuación se calientan y se les somete a presión para obtener una masa compacta y estanca.

Cerámicos: son silicatos mezclados con óxidos metálicos y otros alcalinos y alcalino-térreos. Se fabrican en forma de disco y tubulares.

Electrolíticos: ofrecen más capacidad en menos volumen. Tienen polaridad, si aumenta la tensión de trabajo o no respetamos la polaridad, el dieléctrico se perfora y se destruye el condensador. Siempre hay que tener en cuenta la polaridad de los terminales para su comprobación.

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Aluminio: El dieléctrico es una capa de óxido de aluminio. Elevado factor de potencia y alta corriente de fuga.

Tántalo: El dieléctrico es óxido de tántalo, aumentando la corriente dieléctrica. Poca corriente de fuga, tensiones de trabajo pequeñas.

Condensadores variables. Se caracterizan por tener una capacidad que varía al modificar la superficie enfrentada entre sus placas. Se emplean en circuitos oscilantes y para sintonizar emisoras de radio. Condensadores ajustables Se puede regular la capacidad. Se conocen como trimers, pueden ser de mica, aire o cerámicos. Inicio

CONEXIÓN DE LOS CONDENSADORES Al igual que las resistencias pueden conectarse de serie, paralelo y de forma mixta.

El cálculo de la capacidad equivalente varia según el tipo de conexión siendo: En Serie El cálculo de su capacidad es la suma de la inversa de las capacidades de cada uno de los condensadores.

En Paralelo El cálculo de su capacidad es la suma algebraica de cada una de los condensadores conectados en paralelo. Ceq = C1 + C2 . En Mixto: César Malo Roldán

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Se calculan parcialmente las capacidades comunes en serie y en paralelo consiguiendo la capacidad equivalente del circuito.

Concluyendo, y a modo intuitivo, son los valores contrarios que se calculan en las resistencias equivalentes de serie y paralelo de un circuito. Inicio

APLICACIÓN EN EL AUTOMÓVIL En el automóvil los encontraremos de diferentes formas y tamaños, principalmente en unidades de control (Inyección, ABS, Air-Bag, Encendido, etc.). También los encontraremos como parte fundamental en los encendidos convencionales , su misión en el circuito es doble: -

Protege los contactos del ruptor, absorbiendo el arco eléctrico que se forma durante su apertura, así se evita su deterioro y se alarga la vida útil del elemento.

Evita el arco eléctrico y se consigue una interrupción más rápida del circuito primario, para alcanzar valores más altos de tensión en el secundario.

Inicio

Los condensadores los utilizaremos en paralelo en diferentes puntos del automóvil para evitar ruidos e interferencias en el aparato de radio y filtrado de la tensión creada por el alternador. Volver al índice TABLA COMPARATIVA DE CONDENSADORES SEGÚN DIELÉCTRICO vidrio

Mica

DF% 0.1 0.1 DA% 0.5 0.3 Estabilidad MB MB Tolerancia 1-10 1-10 % caro medio Coste

Poliéster Poliéster Policarbonato Policarbonato Polipropileno Polipropileno Poliestireno Teflón Parileno MKT metálico MKC metalizado MKP metalizado 0.3-1 0.3-1 R

5-20 barato

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0.3-1 0.3-1 R 5-20 barato

0.1-0.3 0.1-0.3 B 1-20 medio

0.1 <0.1 MB 0.5-10 caro

0.01-0.03 <0.1 MB 1-20 caro

0.01-0.1 <0.1 MB 1-20 caro

0.01-0.03 <0.1 MB 0.5-10 caro

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0.010.03 <0.1 MB 0.510 +caro

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BOBINAS Y TRANSFORMADORES 1. ¿Qué son las bobinas y transformadores? 2. Aplicación en el automóvil

¿QUÉ SON LAS BOBINAS Y TRANSFORMADORES? Son dispositivos empleados para almacenar energía en forma de campo magnético, haciendo un efecto de inercia sobre la intensidad de los circuitos.

Se emplean en transformadores de alimentación, para adaptar impedancias en las etapas de potencia, los acoplamientos inductivos entre amplificadores, etc.

Sus características dependen de su forma, construcción y número de espiras. La resistencia de cada bobina vendrá determinada por el material, sección y longitud del hilo empleado. Al estar sometida a potenciales diferentes cada espira almacena una energía, por lo tanto, la bobina dispone de una capacidad llamada propia (Cp).

Esta capacidad propia, se puede modificar, variando la distancia entre las espiras, por el número de capas de la bobina, por la regularidad del arrollamiento de los hilos, que producen distintos potenciales entre espiras y por el esmalte de los hilos y encapsulado.

Los transformadores están formados por dos bobinas de hilo con distinto número de espiras, arrolladas sobre un núcleo de hierro. La bobina a la cual se le suministra la tensión, se le llama primario y la que nos da la tensión transformada se le llama secundario. César Malo Roldán

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Si el devanado primario tiene mayor número de espiras que el secundario, se trata de un transformador reductor de tensión, si por el contrario, quien tiene mayor número de espiras (caso de las bobinas de encendido), se trata de un transformador elevador de tensión. La relación de transformación esta en función de la tensión aplicada y del número de espiras de ambas bobinas, cumpliéndose que: NP x V2 = NS x V1 NP = número de espiras del primario V2 = Tensión del secundario NS = número de espiras del secundario V1 = Tensión en el primario Para que se realice la transformación de corriente, bien elevándola o bien reduciéndola, es necesario que se produzca variaciones de campo magnético, cosa que con la corriente alterna es fácilmente viable, puesto que su polaridad va cambiando continuamente.

Pero en corriente continua no es así, el campo magnético generado sería constante, con lo que no se produciría la inducción de corriente, por ello es necesario disponer de algún sistema, que interrumpa el paso de corriente, para crearse dicha variación de campo magnético (aparición – desaparición). Comprobación La comprobación de una bobina la podemos realizar en resistencia o en tensión, en resistencia si está fuera del circuito o en tensión si está alimentada por una fuente de energía. El primario lo comprobaremos colocando las puntas del polímetro entre los dos terminales, compararemos su resistencia con la especificada. El secundario lo comprobaremos de la misma manera. El primario siempre será el de menor resistencia. Entre el primario y el secundario, no debe de haber continuidad, excepto en las bobinas que un terminal del primario y otro del secundario estén unidos, como es el caso de las bobinas de encendido del automóvil, que está unión esta derivada a masa. Si no obtenemos ningún valor de resistencia, la bobina estará cortada e inservible Inicio

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APLICACIÓN EN EL AUTOMÓVIL En el automóvil, la bobina es la encargada de transformar y elevar la tensión para conseguir que salte la chispa entre los electrodos de las bujías. La constitución interna es similar a cualquier transformador de tensión. Consta de un núcleo de hierro dulce el cual está rodeado por dos bobinas de hilo conductor. Una de estas bobinas, está compuesta por muchas espiras de hilo muy fino y es la que forma el circuito secundario, tiene de 20.000 a 30.000 espiras, con un diámetro que oscila de 0.006 a 0,08 mm. Alrededor de la bobina secundaria va montada otra que forma el circuito primario, es de hilo grueso y pocas espiras, el número va de unas 200 a 300 espiras y su diámetro es de 0,5 a 0,8 mm. Todo el conjunto va dispuesto en un recipiente metálico, con sus correspondientes conexiones. El conjunto de núcleo y bobinas van rellenados por una resina sintética, para hacer el conjunto más compacto.

Algunas bobinas, en su interior llevan aceite, que realiza dos funciones, la de aislante y la de refrigerante. Las dimensiones de las bobinas que se comercializan están regidas por normas UNE, así como las características y la calidad de funcionamiento. La variación de campo magnético se puede realizar por medio de dos contactos móviles a través de un circuito electrónico.

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SEMICONDUCTORES 0.1. 0.2. 0.3. 0.4.

¿Qué son los semiconductores? Semiconductores tipo P-N Uniones P-N Polarización de la unión P-N

¿QUÉ SON LOS SEMICONDUCTORES? Los semiconductores son cuerpos que permiten el paso de la corriente con mucha dificultad y en determinadas condiciones. Este paso es facilitado a medida que aumenta la temperatura o la tensión. Tienen una estructura cristalina cúbica, los más importantes son el germanio y el silicio.

Los átomos de estos elementos se encuentran formando un enlace covalente con lo cual no disponen de ningún electrón libre. Para romper estos enlaces es necesario comunicar gran cantidad de energía que hará circular en orden a los electrones hacia el polo positivo, constituyendo una corriente eléctrica.

A los electrones libres se les denomina portadores de corriente y al espacio vacío que dejan hueco, este tiene una carga igual a la del electrón pero de signo contrario. Inicio

SEMICONDUCTORES TIPO P-N Las concentraciones de huecos se representan por P y a la concentración de electrones por N. A estos semiconductores se les pueden introducir impurezas, es decir, átomos de distinto material y en proporciones muy pequeñas, que pueden ceder César Malo Roldán

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(donantes) como el fósforo, etc. Otras que pueden captar (aceptadores) como el aluminio, el galio, etc. Si se introducen impurezas donadoras, se dice que es de tipo N, por el contrario los de tipo P, tienen impurezas aceptadoras.

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UNIONES P-N. Es la unión física que se produce entre un conductor de tipo P y otro de tipo N. A cada lado de la unión P-N existen dos tipos de portadores: -

En el lado N. Electrones procedentes de la ionización de impurezas donadoras y huecos procedentes de la rotura de enlaces covalentes del átomo.

En el lado P. Huecos procedentes de la ionización de impurezas donadoras procedentes de la rotura de enlaces covalentes del átomo.

En el lado N, los portadores son los electrones y en lado P son los huecos. En la zona de unión de dichos cristales existe un paso de electrones de N hacia P, pero inmediatamente se alcanza el equilibrio comportándose la unión como una barrera.

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POLARIZACIÓN DE LA UNIÓN P-N Se dice que está polarizada cuando conectamos a ambos lados una fuente de energía:

Si conectamos el positivo a P Y el negativo a N, polarizamos directamente dejando pasar la corriente. No existiendo corrientes de fuga.

Si conectamos al contrario, positivo a N y negativo a P, polarizamos inversamente, pasando una corriente de fuga insignificante, sin dejar pasar la corriente.

Luego podemos decir que conduce en un sentido directo y actúa como aislante en polarización inversa. Inicio

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DIODOS 0.1. 0.2. 0.3.

¿Qué son los diodos? Diodos Zener Aplicación en el automóvil

¿QUÉ SON LOS DIODOS? Un diodo semiconductor esta formado por una unión P-N. Posee dos electrodos, un cátodo (polo negativo) y un ánodo (polo positivo) correspondiente al N y al P respectivamente.

Se llama tensión umbral, a la tensión a partir de la cual empieza a conducir un diodo, para cada diodo corresponde un valor distinto. En el caso de la figura 1, la gráfica representa un diodo ideal.

Figura 1

Las averías mas normales es encontrarlos abiertos o cortocircuitados, aunque es posible también que tengan excesiva corriente de fuga.

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Se pueden diferenciar dos tipos de diodos: -

Diodos de puntas de contacto. A partir de un cristal N y fino alambre de oro o tungsteno, encapsulado todo ello. Soporta tensiones y corrientes pequeñas, pero trabajan con altas frecuencias.

Diodos de unión. Se obtienen por aleación depositando una gota de aluminio en un cristal N, por calor se funden formándose una región P, encapsulado en una ampolla de cristal o por difusión, a partir de un cristal N, sobre el que se difunde polvo de boro.

Aquí presentamos varios ejemplos de diodos:

Comprobación Seleccionaremos el polímetro en medición de resistencia o en prueba de diodos si se dispone de esta función. Conectamos las puntas de prueba a un diodo separado del circuito y vemos si es conductor en los dos sentidos. En uno de los sentidos de medición debe ser conductor de corriente, en el otro sentido debe aparecer el símbolo de sobrecarga, o fuera de rango.

Si el diodo es conductor en los dos sentidos, no realiza correctamente sus funciones y deberemos de sustituirlo. Inicio

DIODOS ZENER Los cristales P y N deben tener gran concentración de impurezas por tanto la unión es muy rica en iones. Así mismo a bajas tensiones inversas, creamos el fenómeno de avalancha, llegando a arrancar los electrones de enlace. Se comporta como un diodo normal en polarización directa, y en inversa, siempre que no sobrepase la tensión Zéner (tensión características de tensión inversa).

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En definitiva, un diodo Zener es un dispositivo capaz de variar su resistencia interna, en función de la tensión aplicada entre sus terminales. Para utilizar estos diodos como Zéner, se conectan en polarización inversa. Los símbolos mas empleados son:

El diodo Zéner puede actuarnos como estabilizador de tensión, por ejemplo a la salida de una fuente de alimentación, pero su potencia de disipación es muy baja.

Actúa como un potenciómetro variando su resistencia interna a causa de las fluctuaciones de tensión de entrada y de la carga a que se somete. También puede actuar como protector, cuando un circuito es recorrido por una intensidad de grandes oscilaciones. En el encendido existe la tensión Zéner, la cual está regulada por uno de estos diodos y sirve para que todos los cilindros reciban la misma tensión en el primario. Inicio

APLICACIÓN EN EL AUTOMÓVIL Los diodos en el automóvil se pueden encontrar en rectificadores. Por ejemplo, el alternador suministra corriente alterna, que para ser aprovechada y almacenada por la batería, es necesario que sea rectificada, convertirla en corriente continua, ya que hay que separar por un lado las ondas positivas y por otro las ondas negativas.

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También en protección de circuitos, donde convenga que la corriente circule siempre en un mismo sentido. En protección de descarga en circuitos en los cuales hay una fuente de inducción, como en el caso de un circuito de encendido. Aplicación como rectificador de corriente alterna.

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TRANSISTORES 0.1. 0.2. 0.3. 0.4. 0.5. 0.6.

0.7. 0.8.

¿Qué son los transistores? Polarización de un transistor Temperatura de un transistor Zonas de funcionamiento Conexiones del transistor Cálculo de resistencias de polarización Transistores en conmutación Aplicación en el automóvil

¿QUÉ SON LOS TRANSISTORES? Un transistor es un cristal semiconductor de germanio o silicio que presenta tres zonas distintas.

Se trata de uniones P-N, siendo la zona intermedia común a ambas, denominándose así, transistores PNP o transistores NPN. Se compone de tres patas o terminales las cuales son denominadas como: -

Emisor (E), situado a la izquierda de la base. Base (B), en la zona central o de unión Colector (C), situado a la derecha de la base.

Su símbolo es así:

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La base es el tramo rectangular y para distinguir el emisor del colector, se coloca en el emisor una punta de flecha, de tal forma que si la flecha señala hacia la base del transistor, es un PNP y si la flecha sale de la base al exterior, es un NPN. Inicio

POLARIZACIÓN DE UN TRANSISTOR Polarizar es aplicar tensiones adecuadas a los componentes para obtener óptimos funcionamientos.

Para que funcione un transistor es necesario polarizarlo. Funciona normalmente cuando la unión emisor –base está polarizada directamente y la unión colector-base esta polarizada inversamente, independientemente del tipo de transistor que sea.

TEMPERATURA DE UN TRANSISTOR Para el perfecto funcionamiento de un transistor debemos de saber que: -

Debe estar atravesado por unas corrientes más o menos grandes, según su naturaleza y llamadas estas I b o Intensidad de Base e I c o Intensidad de Colector.

Está sometido a una serie de tensiones ( Vbe tensión base-emisor y Vce , tensión colector-emisor).

De aquí se deduce que cada transistor le corresponda una potencia de disipación, por tanto sufre calentamiento. En un transistor un aumento de temperatura le produce un aumento de corriente de colector, sin haber cambiado la corriente de base, pudiéndose darse el caso que este aumento de corriente de colector se traduzca en un nuevo aumento de potencia de disipación, por tanto, mas temperatura, llegando hasta su destrucción. Inicio

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ZONAS DE FUNCIONAMIENTO Dependiendo del potencial a que están sometidos los terminales del transistor se pueden determinar tres zonas de funcionamiento:

Zona de saturación: En ella se obtienen intensidades relativamente altas y tensiones muy bajas de colector. Se dice que funciona en cortocircuito, pero al ser la tensión reducida, también lo es la potencia.

Zona de corte. La tensión del colector es alta, próxima a la de la fuente de alimentación, sin embargo la intensidad muy reducida. Se comporta como interruptor abierto a efectos prácticos. La potencia disipada, será también muy pequeña.

Zona activa. Disipa potencia cuando trabaja en esta zona, actúa de amplificador.

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Diagramas de corte, saturación y activa

Advertencias - Si cortocircuitamos los terminales de base y colector, o la fuente de alimentación con la base, se inutiliza el transistor. -

Si provocamos el cortocircuito entre la fuente y el colector se altera permanentemente las características del transistor.

Símil hidráulico Aplicamos un símil hidráulico. Suponemos una tubería que dispone de una llave de paso B con un muelle de cierre que puede activarse por la presión que actúa sobre ella (en nuestro caso es la base). El agua intentará pasar del emisor E al colector C. Puede ocurrir lo siguiente:

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1 – Si no hay presión en B (base) no puede abrir la válvula y no se produce paso del fluido de E a C (funcionamiento en corte).

2 – Si llega algo de presión a B, se abrirá más o menos la válvula y dejará pasar más o menos fluido de E a C (funcionamiento en activa).

3 – Si llega suficiente presión a B, de forma que abre totalmente la válvula, se comunica E con C y el fluido pasa sin dificultad (funcionamiento en saturación).

Efecto transistor Consiste en aumentar la corriente inversa o corriente de fuga del diodo colector base, o inyectar electrones adicionales. Es decir, parte de los electrones de salida del emisor quedan en la base y otros continúan al colector cumpliéndose:

Ie = Ib + Ic Inicio

CONEXIONES DEL TRANSISTOR Las formas de conectar los transistores en los circuitos, son las siguientes, pero antes denominaremos “común” al terminal que es el común para los terminales de entrada y salida del transistor, generalmente se conecta a masa y se toma como punto de referencia para las mediciones.

Base Común. El dispositivo no amplifica corriente, pero si en tensión y en potencia. Para obtener amplificación de tensión ante variaciones en la entrada, es necesario intercalar una resistencia de carga. Poniéndola de un valor despreciable frente a la resistencia de salida del colector, ofreciéndonos también la posibilidad de amplificar en potencia. Se denomina ganancia al coeficiente de amplificación de corriente, que para este montaje es:

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α=

Emisor común. En este caso, si tenemos amplificación de corriente, siendo:

Ic <1 Ie

β=

Ic Ib

Colector común. A este montaje, se le suele llamar seguidor de emisor o buffer. No amplifica en tensión, pero si en corriente y muy elevada. Este circuito no se suele montar como amplificador, se destina a otros fines. La ganancia tan apenas se da en las características del fabricante. A menudo el fabricante solamente nos ofrece el parámetro α ó β y dependiendo del montaje que realicemos, necesitaremos uno u otro, por tanto veamos la relación que existe entre ellos:

α=

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β β +1

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CÁLCULO DE RESISTENCIAS DE POLARIZACIÓN Si un transistor tiene que trabajar en el límite máximo de sus condiciones de disipación se produce el fenómeno de avalancha, provocando la autodestrucción. Para evitar esto colocaremos en serie con el emisor una resistencia, que controla la estabilidad térmica del transistor y permite fijar la ganancia de etapa realizada.

Para que no varíen las demás características del transistor, deberemos colocar tanto en la base como en el colector las respectivas resistencias. El primer dato que necesitaremos es la resistencia de carga. La resistencia de montaremos sobre el colector será por lo menos 10 veces menor que la resistencia de carga. Sabiendo la ganancia del transistor podemos calcular la resistencia a aplicar en el emisor: Rc siendo Rc la resistencia en el colector y Re en el emisor. Ganancia = Re Para calcular la resistencia de base, nos apoyaremos en la ley de Ohm, (Va − Vb) siendo: Rb = Ib Elección de un transistor En la elección de un transistor conviene coger uno de ganancia superior a la deseada puesto que así: -

Se reducen ruidos. Se aumenta la estabilidad térmica del transistor. La polarización siempre resulta correcta. Inicio

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TRANSISTORES EN CONMUTACIÓN Un transistor, también puede trabajar sin pretender amplificar unas variaciones de señal determinadas, sino simplemente comportándose como un interruptor de corriente, se dice entonces que trabaja en conmutación. Si las dos uniones del transistor se hallan correctamente polarizadas, la resistencia interna entre el emisor y el colector es muy pequeña, la intensidad que circula por el colector es muy grande y la tensión entre el colector y el emisor tiene valor muy reducido. Con lo cual se comporta como un interruptor cerrado si se encuentra bloqueado o en corte. En estas condiciones la unión base-emisor, no polariza correctamente, luego no circula corriente por la base, siendo la intensidad de colector muy pequeña por ser muy grande la resistencia interna de la unión de colector. Aparece una gran caída de tensión entre el colector y el emisor . En resumen se pueden dar dos casos con las siguientes características: Bloqueo - Resistencia máxima - Intensidad de colector mínima - Tensión de emisor-colector máxima. - Y función de interruptor abierto. Saturación - Resistencia mínima - Intensidad de colector máxima - Tensión emisor-colector mínima - Y función de interruptor cerrado. En esta última propiedad aparece cuando colocamos el montaje de colector común. Las características de este montaje son idóneas para aplicaciones tales como adaptador de impedancias o estabilizador de tensión.

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APLICACIÓN EN EL AUTOMÓVIL Los utilizaremos en el automóvil como amplificadores de tensión, como por ejemplo en el circuito de encendido sustituimos los platinos por un transistor como elemento de corte del campo magnético de la bobina de alta.

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También los encontraremos en todos los circuitos electrónicos. Los transistores están evolucionando y por lo tanto ampliando su aplicación, de hecho se empiezan a sustituir los clásicos relés por circuitos gobernados por transistores. Un esquema muy común en el automóvil es el montaje en Darlington. Consiste en aplicarle a un transistor de baja potencia una tensión muy pequeña o inestable, este la transmite a otro transistor de potencia para así amplificarla.

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COMPONENTES OPTOELECTRÓNICOS 0.1. 0.2. 0.3. 0.4. 0.5.

¿Qué son los comp. opto electrónicos’ Diodos luminiscentes (LED) Los fotodiodos Indicadores gráficos o displays Aplicación en el automóvil

¿QUÉ SON LOS COMPONENTES OPTOELECTRÓNICOS? Son todos aquellos elementos semiconductores capaces de producir una radiación luminosa, comprendida dentro del espectro visible o fuera del mismo, como el caso de los infrarrojos.

También quedan englobados otros elementos dentro de este apartado que no presentan estas propiedades, pero que están relacionadas con ellas. Los tipos más comunes son: - Diodos luminiscentes - Fotodiodos - Indicadores Gráficos o displays César Malo Roldán

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DIODOS LUMINISCENTES (LEDS) Los diodos luminiscentes o diodos leds (light emitting diode) consisten en la emisión de una radiación luminosa por un elemento en estado sólido cuando se le somete a una determinada polarización, no siendo por elevación de temperatura de filamento.

El efecto de emisión de luz se genera en la unión P-N en el instante en que se produce una recombinación de un hueco con un electrón. La luminiscencia es fruto de la energía liberada en este proceso.

El color y la frecuencia de la radiación depende de los materiales empleados en la unión P-N. Los parámetros que caracterizan un LED, para la elección del mismo son: - Eficiencia, definida como la relación entre la intensidad y la corriente eléctrica. -

El color, dependiendo de la frecuencia. COLOR DEL DIODO ROJO NARANJA AMARILLO Y VERDE INTERMITENTE ROJO O VERDE

VOLTAJE 1'6V 1'7V 2'4V 5V

Directividad, que depende del encapsulado y de la lente amplificadora.

Tensión directa Vf, que es la diferencia de potencial entre los electrodos del led, siendo estos valores de tensión entre 1,5 y 2,2 voltios.

Corriente inversa máxima admisible siendo en polarización inversa de 10µA.

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Disipación de potencia, siendo la potencia no transformada como haz.

Para el cálculo de la resistencia que habrá que acoplar en serie, debido a los voltajes tan pequeños con los que trabaja, acudiremos a la siguiente fórmula:

(Va − V f ) If

El reconocimiento de su polaridad se hace a través de los terminales, siendo el ánodo el de mayor longitud. Además se añade un pequeño aplanamiento en la cápsula, próxima al cátodo.

Su comprobación se realizará alimentando a sus terminales con una tensión de 1,5V. En un sentido debe de lucir, invirtiendo la polaridad al comportarse como un diodo, no se encenderá. Compruébese el circuito siguiente:

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LOS FOTODIODOS Son dispositivos semiconductores construidos a base de una unión P-N, sensible a la luz visible o infrarroja.

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Su funcionamiento está basado en el fenómeno inverso al LED, es decir, produce la separación de huecos y electrones por absorción de energía de la luz incidente sobre la estructura del semiconductor.

Se puede comportar como células fotovoltaicas, es decir, en ausencia de tensión exterior, generan un débil potencial con el positivo en el ánodo y el negativo en el cátodo.

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INDICADORES GRÁFICOS O DISPLAYS. Son componentes cuya función principal es la de poder ofrecer indicaciones de números, símbolos, ilustraciones o imágenes. La técnica más empleada es a base de LED aunque existen dispositivos fluorescentes y de cristal líquido.

Los displays a base de LED, la representación más común es la de los siete segmentos cada uno de ellos es un led y su figura es la de un ocho.

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APLICACIONES EN EL AUTOMÓVIL En el automóvil los podemos encontrar de diversas formas y tamaños, por ejemplo, se emplean para avisar que un sistema de alarma está conectado. También los encontraremos como indicadores luminosos en cuadro de mando, interruptores, etc....

Un sistema por medio de fotodiodos es el utilizado por algunos fabricantes como captador del primer cilindro. Consiste en enfrentar un emisor y un receptor que se comunican al dejar pasar la luz emitida por medio de una ventana giratoria colocada en el eje del árbol de levas Inicio

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OTROS SISTEMAS 0.1. 0.2. 0.3. 0.4.

Captadores inductivos Sensor halls Electroválvulas Unidades de Control Electrónicas

CAPTADORES INDUCTIVOS Los captadores inductivos miden la variación de un campo magnético. A un lado hay una rueda dentada y al otro una bobina arrollada a un imán permanente, que al pasar frente a los dientes de la corona varía el flujo magnético e induce una tensión alterna en la bobina. La tensión inducida, está en función de la velocidad de rotación del motor, oscilando entre 0,3 V y 100 V. La máxima tensión en la cresta de la onda, se alcanza unos instantes antes de que se enfrenten los dientes de la corona y el núcleo del captador. La tensión va aumentando, primero lentamente y después de forma rápida, tan pronto como los dientes vuelven a separarse, la tensión cambia de sentido.

Comprobación La manera de comprobarlo es por medio de un polímetro o un osciloscopio, seleccionaremos la medición de tensión alterna. Aplicaremos las puntas entre los dos terminales de conexión, el paso de la corona frente al captador, debe de producir una corriente alterna, en el osciloscopio debemos de ver una señal senoidal limpia. Esta señal es transmitida al amplificador para el corte de corriente del primario y consiguiente salto. También puede ser empleada para determinar: - el número de r.p.m, - el punto muerto superior César Malo Roldán

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reconocer el primer cilindro la velocidad de rotación en las ruedas en el sistema ABS etc.

En muchas ocasiones el Sensor inductivo se emplea tanto para medir la velocidad de rotación del motor como para determinar el punto muerto superior, por lo que a la corona le falta uno de sus dientes.

Otra forma de captador inductivo es una rueda completamente redonda, en lugar de los dientes se coloca un pivote en un lateral, el efecto es el mismo, pero en esta ocasión sólo veremos una onda. En motores con dos bancadas, determinaremos a cual de las dos corresponde el salto de chispa por medio de la colocación de un imán en el segmento contrario al pivote, con lo que conseguiremos que la tensión sea mayor y así podrá reconocer el sistema de alimentación o encendido el cilindro que debe ser alimentado. Inicio

SENSOR HALL El Sensor hall se compone de una parte fija, la barrera magnética y el tambor obturador. La barrera magnética esta formada por un imán permanente con piezas conductoras y un circuito integrado de semiconductor. El circuito integrado hace de interruptor y en él está integrada la capa Hall. Colocando en el interior del distribuidor y movido por el eje de este, se encuentra un tambor obturador de material magnético con tantas pantallas como cilindros tenga el motor, la anchura de las pantallas determinan el ángulo de cierre del encendido, que siempre será fijo. El circuito integrado Hall se encuentra sobre un soporte cerámico y con una de las piezas conductoras, encerrado en plástico para protegerse de la humedad, suciedad y deterioro mecánico.

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Las piezas conductoras son de hierro dulce magnético. Está basado en el efecto Hall; La corriente Iv atraviesa una capa de semiconductor (capa Hall), esta corriente debe ser constante. Cuando se expone dicha placa a la acción de un campo magnético de sentido vertical, entre las superficies de contacto A1 y A2, se origina una tensión muy pequeña, denominada tensión Hall. A mayor campo magnético, más alta será la tensión Hall. Cuando la pantalla del tambor obturador penetra en el entre-hierro de la barrera magnética, desvía el campo magnético impidiendo que este pase por la placa Hall, por lo tanto la tensión Hall será nula.

Cuando la pantalla del tambor obturador abandona el entre-hierro, la capa Hall es atravesada por el campo magnético y aparece la tensión Hall, el integrado conecta y se produce el encendido. También emplearemos el Sensor Hall como reconocedor del primer cilindro, así que lo colocaremos en un pequeño alojamiento en el eje del árbol de levas, sólo tendrá una ventana, que corresponderá al punto muerto superior del primer cilindro.

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Comprobación La manera de comprobar un Sensor Hall es por medio de un polímetro o un osciloscopio. Seleccionaremos la medición de tensión en corriente continua, aplicaremos las puntas de prueba entre uno de los terminales de entrada y otro de salida veremos una tensión continua pulsatoria por cada una de las ventanas del Hall. La onda debe ser cuadrada y libre de interferencias. Inicio

ELECTROVALVULAS Están basadas en el principio de inducción magnética. Consiste en núcleo de hierro arrollado por una bobina que al recibir tensión por sus terminales hace que este se desplace. El núcleo lleva solidaria una aguja, permaneciendo continuamente cerrada sobre su asiento por la acción de un muelle contenedor. Al recibir tensión la bobina a través de sus terminales crea un campo magnético que induce sobre la espiga levantándose de su asiento.

La utilización más común en el automóvil es en el circuito de alimentación. Hacemos que se levante la aguja aproximadamente 0,1 mm permitiendo el paso del combustible. Ya que la frecuencia de trabajo es muy alta si no se refrigerase adecuadamente acabaría por agarrotarse, así que se hace pasar por su interior el combustible, realizando también la función de refrigerante. Van montadas sobre soportes especiales de caucho y con una determinada inclinación para el aislamiento térmico y formación de burbujas. También nos las podemos encontrar en diferentes sistemas de accionadores como por ejemplo, en el cuerpo hidráulico del ABS, como elementos reguladores del paso de líquido hacia los conductos de freno, en el sistema de climatización accionando las trampillas para permitir la entrada de aire.

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En el sistema de alimentación como válvula de paso del Canister, circulación de vapores del depósito de gasolina a los colectores de admisión. Las electroválvulas las podemos encontrar en infinidad de sitios en el automóvil, pero siempre cumplirán la función de actuador y la manera de comprobarlas será siempre la misma. Comprobación Las podemos comprobar en medida de resistencia o de tensión, con el polímetro o con el osciloscopio. Aplicaremos las puntas de prueba a los dos terminales de la electroválvula; deberemos de ver que reciben tensión y abren y cierran correctamente. Para la comprobación en resistencia, debemos de desconectarlas del circuito y tratarlas al igual que las bobinas, comparando el valor real con el teórico. En el osciloscopio la señal sería de una onda cuadrada con un pico alto de tensión. El pico más alto se debe a la corriente que retorna al cerrar la aguja. Inicio

UNIDADES DE CONTROL ELECTRÓNICAS. Las placas de circuito impresas alojan unos 200 componentes. La placa superior lleva la parte digital y la inferior las etapas de potencia o de salida hacia los sensores y actuadores. Las UCE podemos encontrarlas en los más variados sistemas para controlar su correcto funcionamiento como en la inyección, encendido, climatizador, ABS, suspensión electrónica, Air-Bag, etc. Como ejemplo veremos el funcionamiento general de una UCE de un sistema de inyección electrónica. Lleva un conector de 15, 25, 35 o 55 terminales para la conexión con el exterior.

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Las etapas de entrada preparan señales para su procesamiento y están formadas por: -

Conformador de impulsos, que modifica la forma y magnitud de régimen de giro y posición de cigüeñal. Convertidor analógico-digital (A/D) transforma las señales analógicas de los captadores en señales digitales, cifras que puedan ser interpretadas por el microprocesador.

Un microordenador formado por una unidad de entrada y salida (E/S) cuya misión es el intercambio de datos con el exterior. Para su funcionamiento es necesaria una alimentación estable y un reloj para el desarrollo de los procesos de cálculo. El ritmo se obtiene mediante un oscilador de cuarzo de 6 Mhz. -

Memoria ROM, en ella se almacenan todos los programas y datos no borrables, como curvas características.

Memoria RAM, en ella se almacenan los datos suministrados por los captadores, hasta que son sustituidos por otros más actuales o llamados por los microprocesadores.

Microprocesador CPU, compuesta a su vez por: o Unidad Lógica de Cálculo (ALU) que realiza las operaciones aritméticas y lógicas de los datos introducidos obteniendo programas y datos teóricos de la memoria ROM. o Acumulador (ACCU) que permite guardar en memoria los resultados intermedios momentáneos de la unidad lógica de control. o Unidad de Control que ordena el desarrollo de las operaciones de trabajo, solicita los datos necesarios y controla las entradas y salidas.

El microprocesador además esta compuesto por buses, que son líneas para la transmisión de datos. Una etapa final de inyección que hace que la unidad trabaje con poca potencia y breves instantes de respuesta reduciendo resistencias limitadoras en las electroválvulas, primero aumenta hasta 7,5 A y luego desciende a 3 A. La etapa final del encendido es amplificadora de corriente además regula la corriente máxima del primario de la bobina de encendido. Comprobación Las Unidades de Control Electrónicas, no pueden comprobarse, lo que verificaremos son todos los datos de entrada y salida, si todos están bien, deberemos, por tanto, sustituirla. Inicio

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