Paolo Aliverti - Electrónica para makers

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Un maker es un artesano digital, un entusiasta que utiliza nuevas herramientas para transformar sus propias ideas en proyectos concretos. Este libro recoge la experiencia de makers expertos que comparten sus conocimientos para ayudar a otros makers a llevar a cabo el maravilloso viaje hacia el (re)descubrimiento del construir.
El movimiento de los makers, las impresoras 3D y Arduino han suscitado un nuevo interés por la electrónica. Cada vez más entusiastas, curiosos e innovadores se acercan a nuevas y potentes tecnologías para crear prototipos y circuitos complejos. Sin embargo, para realizar proyectos realmente completos, no basta con saber programar Arduino, sino que se necesitan también conocimientos de electrónica.
Este libro propone al lector una serie de ideas teóricas y prácticas para entender la fascinante materia de la electrónica y desarrollar de forma autónoma sus propios proyectos. La guía incluye las secciones teóricas necesarias para explicar y entender los experimentos, así como numerosos ejercicios y aplicaciones prácticas. ¿Qué componentes podemos utilizar además de ledes y botones? ¿Cómo funciona un transistor y para qué sirve? ¿Cómo se amplifica una señal? ¿Cómo se alimenta un prototipo? ¡Todo cuánto se necesita para llegar a ser un verdadero mago de la electrónica para makers!
Entre los temas tratados
– Los componentes electrónicos: resistores, ledes, servomotores, micrófonos…
– Construir circuitos con placas de pruebas y placas perforadas.
– Diodos, transistores y circuitos integrados.
– Trabajar con señales: filtros, moduladores, amplificadores…
– Electrónica digital: generadores de reloj, biestables, convertidores…
– Microcontroladores: chips AVR y ATtiny85.
– Del prototipo al producto: circuitos impresos, gEDA, Fritzing.

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A menudo, los profanos tienden a confundir algunos términos como: electricidad, corriente, tensión, potencia, etc. que, obviamente, son conceptos muy distintos. Según el diccionario, la electricidad es una propiedad de la materia fácilmente observable que se manifiesta con la atracción o repulsión de cuerpos por efecto de las cargas eléctricas presentes. El nombre procede del griego y significa ámbar, porque si frotamos repetidamente con un trapo un trozo de ámbar este se carga negativamente y es capaz de atraer objetos de poco peso, como plumas o trozos de papel. Ahora hablaremos de corriente eléctricacomo si fuera una cosa en sí misma, aunque en realidad corriente, tensión, resistencia y potencia son entidades relacionadas entre ellas y con dependencias recíprocas que pueden describirse con fórmulas matemáticas, pero por el momento no hablaremos de ello.

La corriente eléctrica es un fenómeno producido por el movimiento de partículas cargadas eléctricamente dentro de un material conductor, como el cobre o el hierro. Antes se creía que estas partículas tenían una carga positiva, pero en realidad son electrones, es decir, partículas con carga negativa. Los metales están formados por átomos repletos de electrones que pueden moverse fácilmente. Por este motivo, la corriente circula bien por el cobre y el hierro, que se definen como conductores. Imaginemos que tenemos una batería y una lámpara y lo conectamos todo con cable eléctrico. Del polo positivo de la batería surgirán cargas eléctricas, desplazándose a lo largo del cable y encendiendo la lámpara, para posteriormente regresar al punto de partida, en el polo negativo. El cable puede compararse con una tubería y los electrones con las moléculas de agua que circulan por ella. El polo positivo de la batería puede ser sustituido por un grifo y el polo negativo por el desagüe en el cual termina el agua al finalizar su recorrido.

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Figura 1.6 -El agua y los electrones se comportan (a veces) de forma muy parecida.

La corriente tiene una dirección, indicada también con el término polaridad, porque las cargas circulan siempre del polo positivo al negativo. El primero que presentó esta idea fue Benjamin Franklin, quien no tenía los instrumentos ni los conocimientos físicos necesarios para darse cuenta de que, en realidad, la corriente era producida por los electrones con carga negativa y no por las hipotéticas partículas positivas. Franklin describió simplemente lo que podía observar con sus propios ojos. Hemos permanecido siempre vinculados a esta convención, si bien en realidad los electrones se mueven del polo negativo al positivo. El polo positivo habitualmente se indica con el signo + o con color rojo, mientras que el polo negativo se indica con el signo - o con color negro. ¿Cómo se mide la corriente? Medir el flujo de un conducto es bastante sencillo: necesitamos un cronómetro y un contador para medir los litros de agua que salen de la tubería. El flujo depende del diámetro del tubo y de la velocidad del agua, y es igual al número de litros que atraviesan la sección de la tubería por segundo. Podrían pasar diez, cien o mil litros por segundo. Para medir la corriente se procede de un modo parecido, solo que, en lugar de medir litros de agua, debemos contar las cargas eléctricas o la cantidad de electrones que pasan por un cable eléctrico en un segundo (o mejor dicho, por una sección del cable).

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Figura 1.7 -La corriente se mide contando el número de cargas que atraviesan la sección de un cable por segundo.

La unidad de medida de la corriente es el amperio, que viene también del nombre de su descubridor, el físico francés André-Marie Ampère (1775–1836). El símbolo del amperio es una A y en las fórmulas la corriente se indica normalmente con la letra I. Cuando las corrientes son pequeñas, se pueden expresar en miliamperios (mA), y si son muy pequeñas, como las corrientes interceptadas por las radios, también en microamperios (μA). Un miliamperio es igual a 0,001 amperios y un microamperio es igual a 0,000001 amperios.

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Figura 1.8 -André-Marie Ampère (1775–1836).

Ríos como el Po o el Nilo, por los cuales circulan enormes cantidades de agua por segundo, se pueden comparar con grandes conductos eléctricos, también denominados líneas eléctricas , que desde las centrales eléctricas llegan hasta las ciudades. Un río como el Ticino o el Lambro podría compararse con el cable por el cual pasa la corriente necesaria para mover un tranvía de la ATM 1. La manguera de los bomberos podría compararse con el cable que hace funcionar una gran máquina, como una prensa o un torno industrial. Y el grifo de casa podría compararse con el cable que va desde la toma de pared hasta nuestra tostadora.

Tabla 1.1 – ¿Cuánta corriente se necesita?

La corriente eléctrica se mide con un amperímetro que a diferencia de lo que - фото 10

La corriente eléctrica se mide con un amperímetro, que, a diferencia de lo que hemos visto, no mide el número de electrones que pasan por un cable, sino que utiliza un sistema distinto, aunque muy eficaz. El clásico amperímetro es un instrumento electromecánico dotado de una lanceta y una escala graduada y se encuentra normalmente en los cuadros eléctricos industriales. Para nuestras medidas, utilizaremos un multímetro o tester, un instrumento que puede ejecutar distintos tipos de medidas eléctricas, entre las cuales la de corriente.

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Figura 1.9 -Amperímetro con lanceta.

Corriente alterna y continua

La corriente que utilizaremos en nuestros circuitos es de tipo continuo: su valor se mantiene constante en el tiempo. Es la corriente que puede proporcionar una batería o un alimentador. En los libros ingleses se indica también con las letras DC ( Direct Current ). La corriente alterna es una corriente que varía periódicamente en el tiempo: circula en una dirección y, después, en la dirección opuesta. Volviendo una vez más a la analogía del agua, es como si tuviéramos una bomba rotativa que empuja el agua, dentro de una tubería, en una dirección y en otra.

Figura 110 Analogía hidráulica para la corriente alterna una bomba de pistón - фото 12

Figura 1.10 -Analogía hidráulica para la corriente alterna: una bomba de pistón empuja el agua en un sentido y en otro, periódicamente.

La corriente que llega a nuestras casas es de este tipo y fue utilizada por primera vez por el genial Nikola Tesla. A finales de 1800, las primeras empresas de distribución eléctrica decidieron utilizar este tipo de corriente porque es más fácil de distribuir y es menos peligrosa que la corriente continua, si bien tiene un voltaje elevado. La corriente alterna que encontramos en las tomas de corriente domésticas tiene un valor que varía cíclicamente en el tiempo, pasando de valores negativos a positivos, y se indica con las letras AC ( Alternate Current ). En Europa cumple cincuenta ciclos por segundo (50 hercios), mientras que en los Estados Unidos y en otros estados de América del Sur cumple los sesenta ciclos por segundo. La corriente alterna no se puede almacenar, a diferencia de la corriente continua, y origina una serie de fenómenos secundarios que la hacen un poco más complicada de tratar: se necesitan ciertos conocimientos matemáticos y un poco más de experiencia. En este libro no la trataremos, pero si os interesa profundizar en este tema, os aconsejo que consultéis un libro de electrotécnica.

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