Simon Monk - Ejercicios prácticos con Electrónica

Un transformador está compuesto básicamente de dos bobinas inductoras encapsuladas sobre un mismo núcleo. La Figura 3-8muestra el esquema de un transformador, que también nos da pistas de su funcionamiento.

Figura 3-8. Esquema de un transformador .

Un transformador tiene una bobina primaria, o primario, y una secundaria, o secundario. La Figura 3-8muestra uno de cada. El primario recibe CA, digamos de 110 V, desde un enchufe de pared, mientras que el secundario está conectado a la carga.

El voltaje en el secundario viene determinado por la razón del número de vueltas en el primario con el número de vueltas del secundario. Así, si el primario tiene 1000 vueltas y el secundario solo 100, el voltaje de CA se verá reducido en un factor de 10.

La Figura 3-9muestra una selección de transformadores. Como se puede ver, los transformadores se presentan en una amplia variedad de tamaños.

En la Figura 3-9hay un pequeño transformador de alta frecuencia a la izquierda, tomado del flash de una cámara desechable. Allí se utilizaba para elevar el voltaje de una CC pulsada (que es casi una CA) desde una batería de 1,5 V hasta los casi 400 V que necesitaba el flash de xenón.

El tipo de transformador mostrado en el centro se utiliza normalmente para reducir el voltaje de 110 V a 6 o 9 V.

Figura 3-9. Una selección de transformadores .

El transformador de la derecha también está diseñado para disminuir el voltaje de CA de los enchufes de pared. Se denomina transformador toroidal y tanto el primario como el secundario están situados alrededor de una horma toroidal formada por capas de hierro, una encima de otra. Estos transformadores se suelen utilizar en equipos de alta fidelidad, donde el ruido producido por las fuentes de alimentación SMPS se considera muy alto para los amplificadores de alto nivel.

Tradicionalmente, cuando se quería alimentar un aparato de CC y bajo voltaje, como un receptor de radio, desde un enchufe de pared de CA, lo primero era usar un transformador para bajar el voltaje de 220 V CA a 50 Hz, hasta unos 9 V. Seguidamente se rectificaba y suavizaba dicho voltaje de CA a CC.

En la actualidad, se suele usar una fuente de alimentación SMPS (vea el Ejercicio 7.8) porque los transformadores son caros y pesados, ya que están hechos con grandes cantidades de hierro y cobre. No obstante, las propias SMPS incluyen transformadores, pero pequeños y que operan a frecuencias mucho más grandes que 50 Hz. Operar a una gran frecuencia (en los centenares de kHz) permite que estos transformadores sean mucho más pequeños y ligeros que aquellos destinados a frecuencias más bajas, mientras que mantienen una eficiencia más que aceptable.

Este vídeo muestra una máquina de devanado para un transformador toroidal en acción: https://youtu.be/82PpCzM2CUg .

El Ejercicio 7.1describe cómo usar un transformador para convertir voltajes de CA.

Los primeros diodos usados en electrónica fueron los detectores de bigote de gato de las radios de galena. Estas radios estaban compuestas por un cristal de material semiconductor, a menudo sulfuro de plomo o silicio. El bigote de gato es simplemente un alambre desnudo sujeto por una brida ajustable, que toca el cristal semiconductor. Moviendo cuidadosamente el bigote, en determinados puntos de contacto el conjunto funcionaría como un diodo, permitiendo el paso de la corriente únicamente en un sentido. Esta propiedad es necesaria en un sencillo receptor de radio para detectar la señal de radio y que pueda oírse la emisión (vea el Capítulo 19 ).

Los diodos actuales son mucho más fáciles de usar y se presentan en múltiples formas y tamaños.

Deseamos un componente que permita el paso de la corriente en un sentido, pero no en el otro.

Un diodo es un componente que solo permite el flujo de corriente en un sentido. Es como un tipo especial de válvula de un solo sentido, por seguir con el símil del agua y las tuberías, pero esto no es más que una simplificación. En realidad, el diodo ofrece muy poca resistencia al paso de la corriente en un sentido, y mucha en el otro. En otras palabras, la válvula de una dirección restringe el flujo un poco cuando está abierta e, igualmente, tiene una pequeña filtración cuando está cerrada. Sin embargo, visualizar un diodo como una válvula de una sola dirección para la corriente es válido casi siempre.

Hay muchos tipos de diodos especializados, pero aquí vamos a empezar por el diodo más básico y común: el diodo rectificador. La Figura 4-1muestra uno de estos diodos en un circuito con una batería y una resistencia.

Figura 4-1. Un diodo en polarización directa .

En este caso, el diodo permite el paso de la corriente y se dice que está conectado en polarización directa. Los dos conectores del diodo se llaman ánodo (a) y cátodo (k). Para que un diodo tenga polarización directa, el ánodo debe tener un voltaje superior al cátodo, como podemos ver en la Figura 4-1.

Una propiedad interesante de los diodos en polarización directa es que, a diferencia de las resistencias, el voltaje que los atraviesa no varía en proporción a la intensidad de la corriente. Antes al contrario, el voltaje permanece casi constante sin importar demasiado cuánta corriente fluye a través de estos. Esto varía dependiendo del tipo de diodo, pero generalmente está en torno a 0,5 V.

En el caso de la Figura 4-1, podemos calcular que el flujo de corriente que atraviesa la resistencia será de:

Esto no es más que 0,5 mA menos que si el diodo fuera sustituido por un conductor.

En la Figura 4-2, el diodo está conectado en sentido contrario. Es decir, está instalado en polarización inversa y el flujo de corriente que llega a la resistencia es casi nulo.

Figura 4-2. Un diodo en polarización inversa .

El efecto de un solo sentido del diodo se puede utilizar para convertir (rectificar) la CA en CC (vea el Ejercicio 1.7). La Figura 4-3muestra el efecto de un diodo sobre una fuente de voltaje de CA.

Figura 4-3. Rectificación de la CA .