Paolo Aliverti - Electrónica para makers

En electrónica se utilizan números muy variados; en una misma fórmula podemos tener tamaños enormes combinados con otros microscópicos. Para realizar cálculos, deberíamos utilizar números con muchísimos ceros. Para evitar escribir cada vez todos estos números deberíamos utilizar la notación exponencial con base diez: un tema para ingenieros y científicos que a cualquiera de nosotros podría provocarnos dolor de estómago. Por ejemplo, el número 100 podría escribirse como 10·10 o bien con la forma 10 2(diez elevado a dos). 1.000 se convierte en 10·10·10 que se escribe como 10 3(diez elevado a tres). 200 pasa a ser 2·10 2. Los números con coma pueden escribirse así:

Aunque esta manera de expresar los números es un poco extraña, ayuda muchísimo en los cálculos, porque no debemos indicar todos los ceros y porque los exponentes tienen interesantes propiedades, entre las cuales la que reza que si dos números tienen la misma base (el diez) y se insertan en la misma multiplicación, sus exponentes pueden ser sumados:

En una división, los coeficientes de números con la misma base se pueden restar:

Del ejemplo anterior, podemos entender que si un número con exponente se encuentra en el denominador de una fracción, puede ser colocado en el numerador cambiándole el signo al exponente:

Para hacerlo todavía más sencillo, los electrónicos decidieron eliminar también los exponentes y utilizar abreviaturas. En los libros y artículos de electrónica podemos encontrarnos con siglas como las siguientes:

Para los tamaños que van más allá de la unidad tenemos:

Muchas veces hemos formulado preguntas como estas: “¿A cuánto funciona este electrodoméstico?, A 220 V, o bien ¿Con qué baterías funciona este juguete?, Utiliza una pila de 9 V”.

Recuperemos la metáfora del agua, la cual puede circular si existe un desnivel. Por razones similares, la corriente eléctrica puede circular si existe un desnivel o una diferencia de potencial, que es como decir que dos extremos se sitúan en alturas distintas.

Figura 1.11 -El agua puede circular por una tubería si existe un desnivel entre sus dos extremos.

Si tomamos un tubo muy largo, lo ponemos en el suelo y lo llenamos de agua, esta saldrá por el otro extremo con poca fuerza. Ahora bien, si elevamos uno de los dos extremos, el agua saldrá con mucha más fuerza. Cuanto mayor sea el desnivel, mayor será la fuerza (o presión) a la salida del tubo. Podemos imaginarnos la tensión como el desnivel desde el cual cae el agua: es como la altura de una cascada de agua.

Supongamos que podemos acumular un cierto número de cargas positivas en un punto y colocar a cierta distancia un segundo grupo de cargas negativas. Entre ambos grupos de cargas se crea un campo eléctrico, del mismo modo que, si pusiéramos una pequeña carga positiva en este campo, esta se desplazaría hacia el grupo con signo negativo modificando su energía. Una carga eléctrica, quieta en un campo eléctrico, posee un determinado nivel de energía potencial solo por el hecho de estar en un punto preciso y de permanecer quieta en él. La energía potencial depende únicamente de la posición, de nada más (por eso se asemeja a la altura a la cual ponemos el tubo con el agua). El voltaje se obtiene dividiendo la energía potencial entre la cantidad de carga de la partícula y expresa la cantidad de energía necesaria para desplazarla. Se habla de diferencia de potencial porque resulta difícil realizar medidas absolutas y es más fácil hacer comparaciones y proporcionar medidas relativas.

La unidad de medida de la tensión es el voltio, del nombre del conde y científico Alessandro Volta (1745–1827), famoso también por ser el inventor de la pila y descubrir el metano.

Figura 1.12 -Alessandro Volta (1745–1827).

Las diferencias de potencial se miden con un voltímetro. Existen voltímetros electromecánicos con galvanómetro, que, normalmente, se encuentran en los cuadros eléctricos. Nosotros utilizaremos un práctico multímetro o tester, un instrumento que puede ejecutar distintos tipos de medidas eléctricas, entre las cuales se encuentra la de la tensión.

Si queremos utilizar un tubo muy largo para que salga el agua con cierta fuerza o cubrir distancias largas, es preciso que la diferencia de altura entre los extremos del tubo sea importante. Es lo que ocurre en las centrales eléctricas que generan corriente de alto voltaje (incluso cientos de miles de voltios), para después introducirla en una línea de alta tensión que viaja cientos de quilómetros. Al final de la línea la tensión se reduce con un transformador antes de ser transportada hasta las casas o las fábricas.

Figura 1.13 –Para recorrer grandes distancias es preciso que la tensión sea muy elevada.

La tensión de la corriente que llega a nuestras casas y que utilizan la mayor parte de los electrodomésticos es de unos 220 voltios. Los pequeños electrodomésticos utilizan tensiones inferiores, de 12 o 15 voltios. En los cables USB que conectamos a nuestro ordenador tenemos 5 voltios. Las diferencias de potencial elevadas son muy peligrosas (aunque por norma general cuenta la combinación de corriente y tensión), porque las tensiones elevadas pueden superar obstáculos e, incluso, perforar capas de aislante: pensemos en los rayos que atraviesan miles de metros de aire para acabar en el suelo.

Para evitar que un circuito quede dañado, y que nosotros mismos nos hagamos daño, es necesario comprobar que:

• la tensión sea correcta;

• exista suficiente corriente.

La alimentación de un circuito la proporciona un generador, término mediante el cual se designa un alimentador, una batería o cualquier cosa capaz de proporcionar corriente o tensión. La tensión que proporciona el generador y la que necesita el circuito deben coincidir. Supongamos que el alimentador sea una pequeña cascada de agua y el circuito, un pequeño molino. Si la rueda del molino es demasiado grande, la cascada no conseguirá llenar la rueda del molino y hacer que se mueva. En cambio, si la cascada es demasiado alta y la rueda del molino es muy pequeña, la caída del agua dañará o destruirá por completo la rueda.