Este capítulo explica los componentes y circuitos del programa HAREC desde su función física. Cada componente se presenta siguiendo el mismo esquema: qué es → qué magnitud lo caracteriza → cómo se comporta → para qué se utiliza → relación o fórmula cuando procede. Así puede enlazarse después con receptores, transmisores, antenas, medidas y cálculos.
Símbolos y lectura de esquemas
Qué representa un símbolo eléctrico
Un símbolo eléctrico representa la función de un componente dentro de un esquema, no necesariamente su forma física. Saber leer esquemas significa reconocer conexiones, nodos, alimentación, masa, entradas, salidas y componentes por su símbolo.
Conviene distinguir especialmente resistencia fija y variable, condensador polarizado y no polarizado, bobina, transformador, diodo, LED, Zener, transistor BJT, FET, operacional, relé, interruptor y tierra o masa.
En un esquema, dos líneas que se cruzan no están necesariamente conectadas: la presencia o ausencia de nodo depende de la convención gráfica utilizada.
Componentes pasivos
Resistencia
Una resistencia es un componente diseñado para ofrecer una oposición controlada al paso de corriente. Su valor R se mide en ohmios (Ω). Se utiliza para limitar corriente, fijar tensiones, polarizar transistores y disipar potencia.
En una resistencia ideal se cumple la ley de Ohm. En la práctica importan también tolerancia, potencia nominal, coeficiente de temperatura e inductancia o capacidad parásita.
Ejemplo: 100 Ω ±5 % significa que el valor real puede estar aproximadamente entre 95 y 105 Ω.
Potenciómetro y resistencia variable
Un potenciómetro es una resistencia con un cursor móvil. Puede utilizarse como divisor de tensión de tres terminales o como resistencia variable usando dos terminales. En audio se emplean leyes de variación lineales o logarítmicas según la aplicación.
Condensador y capacidad
Un condensador almacena energía en un campo eléctrico entre conductores separados por un dieléctrico. Su capacidad C se mide en faradios (F).
Relaciones: Q=C·V; E=½CV²; Xc=1/(2πfC).
La reactancia disminuye al aumentar la frecuencia. Por eso los condensadores pueden bloquear continua y ofrecer una impedancia menor a componentes alternas de frecuencia suficiente.
Los electrolíticos suelen ser polarizados; los cerámicos y de película no. ESR, tensión máxima, fuga y tolerancia son parámetros reales importantes.
Bobina e inductancia
Una bobina concentra el campo magnético creado por la corriente. Su propiedad principal es la inductancia L, medida en henrios (H). Una bobina se opone a cambios de corriente y almacena energía magnética.
Relaciones: E=½LI² y Xl=2πfL.
Una bobina real también tiene resistencia del hilo, pérdidas del núcleo y capacidad parásita. Su frecuencia de autorresonancia limita el rango en el que se comporta como un inductor útil.
Transformador
Un transformador transfiere energía entre devanados mediante acoplamiento magnético. Puede cambiar tensión, corriente e impedancia o proporcionar aislamiento galvánico.
Modelo ideal: V1/V2=N1/N2; I1/I2=N2/N1; Z1/Z2=(N1/N2)².
Ejemplo: una relación de espiras 2:1 transforma 50 Ω en 200 Ω vistos desde el devanado con el doble de espiras.
Semiconductores y dispositivos activos
Qué es un semiconductor
Un semiconductor es un material cuya conductividad puede controlarse. El dopado permite crear regiones P y N. Las uniones entre ellas son la base de diodos, transistores y muchos circuitos integrados.
Diodo de unión PN
Un diodo es un dispositivo de dos terminales que conduce preferentemente en un sentido. En polarización directa una unión de silicio presenta típicamente una caída del orden de 0,6–0,8 V en muchas condiciones; en inversa circula una pequeña corriente hasta alcanzar la ruptura.
Entre sus usos están rectificación, limitación, protección y detección.
Zener, LED y varicap
El Zener trabaja en ruptura inversa controlada como referencia o limitador de tensión. El LED emite luz en directa y necesita limitación de corriente. El varicap utiliza la capacidad de la unión en polarización inversa como capacidad variable controlada por tensión.
Transistor bipolar BJT
Un BJT tiene base, colector y emisor. Una pequeña corriente de base controla una corriente mayor de colector. En región activa puede emplearse Ic≈β·Ib como aproximación, aunque β depende del dispositivo y del punto de trabajo.
Para amplificar linealmente necesita una polarización adecuada que sitúe el punto de trabajo lejos del corte y la saturación.
FET y MOSFET
Un FET controla la corriente entre drenador y fuente mediante un campo eléctrico asociado a la puerta. Presenta normalmente una impedancia de entrada muy alta. Los MOSFET requieren especial cuidado frente a descargas electrostáticas.
Configuraciones comunes
En emisor/fuente común suele obtenerse ganancia de tensión; en colector/drenador común, una etapa buffer con baja impedancia de salida; en base/puerta común, una entrada de baja impedancia y buen comportamiento a RF.
Válvulas electrónicas
Las válvulas termoiónicas controlan el flujo de electrones en vacío mediante electrodos. Triodos, tetrodos y pentodos se han utilizado históricamente como amplificadores y osciladores; aún aparecen en determinados amplificadores de potencia de RF.
Sus tensiones de ánodo pueden ser de cientos o miles de voltios, por lo que su seguridad se relaciona con Altas tensiones.
Circuitos reactivos, resonancia y filtros
Circuitos RC y RL
Los circuitos RC y RL combinan un elemento resistivo con uno que almacena energía. No responden instantáneamente a cambios bruscos.
Constantes de tiempo: τ=RC y, para un RL serie simple, τ=L/R.
Impedancia
La impedancia Z combina resistencia y reactancia. Se expresa como Z=R+jX. La parte resistiva disipa potencia y la reactiva almacena y devuelve energía.
Resonancia y factor Q
En un circuito con L y C existe una frecuencia en la que |Xl|=|Xc|. Esa condición se llama resonancia. En un RLC serie la impedancia es mínima; en un paralelo ideal, máxima.
Frecuencia: f0=1/(2π√LC). El factor Q relaciona energía almacenada y pérdidas y, en resonadores sencillos, también se relaciona con el ancho de banda.
Filtros paso bajo, paso alto, paso banda y rechazo
Un filtro selecciona unas frecuencias y atenúa otras. Un paso bajo favorece las inferiores a su zona de transición; un paso alto, las superiores; un paso banda selecciona un intervalo; y un rechazo de banda atenúa una zona concreta.
El orden del filtro influye en la pendiente. Redes L, π y T pueden utilizarse para filtrado y adaptación dependiendo de valores y topología.
Cristal de cuarzo
Un cristal de cuarzo es un resonador piezoeléctrico de Q muy alto. El efecto piezoeléctrico convierte una deformación mecánica en señal eléctrica y viceversa. En su circuito equivalente aparecen una rama resonante serie y una capacidad parásita en paralelo.
Se utiliza en osciladores y filtros cuando se necesita gran estabilidad o selectividad.
Rectificación y fuentes de alimentación
Rectificación de media onda y onda completa
Rectificar significa obtener una corriente unidireccional pulsante a partir de una tensión alterna. Un solo diodo permite media onda; un puente de cuatro diodos permite aprovechar ambas alternancias.
Tras rectificar, un condensador de filtro se carga cerca de los máximos y entrega energía entre ellos, reduciendo el rizado.
Filtrado y regulación
El filtro reduce el rizado de la tensión rectificada. El regulador intenta mantener una tensión de salida estable frente a cambios de entrada o carga.
Una fuente lineal típica sigue la cadena transformador → rectificador → filtro → regulador. Una fuente conmutada trabaja a frecuencias elevadas y puede ser muy eficiente, pero necesita controlar ruido conducido y radiado.
Amplificadores, detectores y osciladores
Amplificador
Un amplificador utiliza energía de una fuente para aumentar tensión, corriente o potencia de una señal. Sus parámetros principales incluyen ganancia, ancho de banda, ruido, linealidad e impedancias de entrada y salida.
Si se fuerza fuera de su zona lineal aparecen compresión, recorte, armónicos e intermodulación.
Clases A, B, AB y C
La clase describe, entre otras cosas, durante qué parte del ciclo conduce el dispositivo. A conduce todo el ciclo y prioriza linealidad; B aproximadamente medio ciclo; AB algo más de medio ciclo y es común en SSB; C menos de medio ciclo y requiere una señal donde la no linealidad de amplitud sea aceptable.
Detectores y demoduladores
Un detector recupera la información contenida en una señal modulada. AM puede usar detector de envolvente; CW y SSB detector de producto; FM discriminador, cuadratura o PLL.
Su aplicación dentro del receptor se explica en Receptores y transmisores.
Osciladores Hartley, Colpitts y de cristal
Un oscilador genera una señal periódica a partir de energía continua mediante realimentación positiva y una red selectiva. Hartley emplea división inductiva; Colpitts, división capacitiva; el oscilador de cristal aprovecha la gran estabilidad de un resonador de cuarzo.
VCO, PLL y DDS
Un VCO cambia su frecuencia según una tensión de control. Un PLL compara la fase o frecuencia de una señal derivada del VCO con una referencia y corrige el error mediante un lazo de realimentación.
Un DDS genera digitalmente fase y amplitud y las convierte a analógico con un DAC. Permite pasos de frecuencia muy finos, aunque puede generar espurias asociadas al reloj y a la cuantificación.
La explicación digital se amplía en Electricidad y radioelectricidad.
Lógica, relés e integrados
Amplificador operacional
Un amplificador operacional es un amplificador diferencial de gran ganancia utilizado normalmente con realimentación. Con redes externas puede amplificar, sumar, integrar, comparar y filtrar.
Puertas lógicas
AND, OR, NOT, NAND, NOR y XOR realizan operaciones con estados binarios. Las tablas de verdad muestran la salida para cada combinación de entradas.
Relés, conmutadores y conectores
Un relé utiliza una bobina para mover contactos eléctricos. Puede proporcionar aislamiento entre circuito de control y circuito conmutado. A RF también importan impedancia, pérdidas, aislamiento y potencia admisible de relés, conmutadores y conectores.
Glosario de componentes
| Término | Qué es | Unidad o dato | Relacionado |
|---|---|---|---|
| Resistencia | Componente que limita corriente | Ω | Resistencia |
| Condensador | Almacena energía eléctrica | F | Condensador |
| Bobina | Almacena energía magnética | H | Bobina |
| Transformador | Acopla devanados magnéticamente | relación de espiras | Transformador |
| Diodo | Semiconductor de dos terminales | V, A | Diodo |
| BJT | Transistor controlado por corriente | β | BJT |
| FET | Transistor controlado por campo/tensión | — | FET |
| Q | Factor de calidad | adimensional | Resonancia |
| PLL | Lazo enganchado en fase | — | Síntesis |
| DDS | Síntesis digital directa | — | Síntesis |
Repaso
- Un símbolo de esquema representa función, no forma física.
- Una resistencia disipa; un condensador y una bobina ideales almacenan y devuelven energía.
- El cuarzo es un resonador piezoeléctrico de Q alto.
- Rectificar, filtrar y regular son etapas diferentes de una fuente.
- Resonancia no significa automáticamente adaptación a 50 Ω.
- PLL y DDS sintetizan frecuencia mediante principios distintos.
Para magnitudes y señales consultad Electricidad y radioelectricidad; para cálculos, Fórmulas y cálculos; para su aplicación, Receptores y transmisores.
Fuentes y material de contraste
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