Cap¡tulo 1
Conceptos y an lisis de circuitos b sicos
en corriente alterna ..................................................................... 1
1.1 Resistencia puramente ¢hmica ................................................................. 1
1.2 La bobina en corriente alterna. Reactancia inductiva (XL) ...................... 1
1.3 El condensador en corriente alterna. Reactancia capacitiva (XC) ............ 6
1.4 An lisis de los circuitos elementales en corriente alterna ........................ 8
1.4.1 An lisis del circuito puramente resistivo ............................................... 8
1.4.1.1 Potencia el?ctrica desarrollada .............................................. 12
1.4.2 An lisis del circuito puramente inductivo ............................................ 15
1.4.2.1 Potencia el?ctrica desarrollada .............................................. 17
1.4.3 An lisis del circuito puramente capacitivo .......................................... 21
1.4.3.1 Potencia el?ctrica desarrollada .............................................. 23
1.5 Conceptos sobre potencia en corriente alterna (activa, reactiva,
aparente y cos ) ....................................................................................... 27
1.5.1 Potencia activa (P) ............................................................................... 27
1.5.2 Potencia reactiva (Q) ........................................................................... 27
1.5.3 Potencia aparente (S) ........................................................................... 28
1.5.4 Factor de potencia (cos ) ................................................................... 29
1.6 Ejercicios desarrollados ......................................................................... 33
1.6.1 C lculo de las potencias en el circuito inductivo ................................. 33
1.6.2 C lculo de las potencias en el circuito capacitivo ............................... 34
1.7 Ejercicios propuestos ............................................................................. 34
Cap¡tulo 2
Introducci¢n al c lculo de circuitos mediante
n£meros complejos .................................................................... 37
2.1 Introducci¢n a los n£meros complejos................................................... 37
2.2 El operador j (unidad imaginaria) .......................................................... 38
2.2.1 El operador j hace girar un vector 90§ ................................................ 38
2.3 Concepto de n£mero complejo .............................................................. 41
2.4 Formas de expresi¢n de un n£mero complejo ....................................... 44
2.4.1 Forma bin¢mica ................................................................................... 44
2.4.2 Forma trigonom?trica .......................................................................... 44
2.4.3 Forma polar ......................................................................................... 45
2.4.4 Ejercicio de ejemplo: Representaci¢n en la forma bin¢mica,
polar y trigonom?trica: ........................................................................ 46
2.5 Ejercicios desarrollados ......................................................................... 48
2.6 Operaciones b sicas con los n£meros complejos .................................. 51
2.6.1 Aplicaci¢n de la calculadora ............................................................... 51
2.6.1.1 Ejemplo de operaciones de conversi¢n
mediante calculadora .............................................................. 51
2.6.2 Suma de n£meros complejos ................................................................ 53
2.6.2.1 Ejercicio de aplicaci¢n ........................................................... 55
2.6.3 Resta de n£meros complejos ................................................................ 58
2.6.3.1 Ejemplo de aplicaci¢n ............................................................. 59
2.6.4 Operaci¢n de multiplicar ..................................................................... 60
2.6.4.1 Multiplicaci¢n en la forma bin¢mica ...................................... 61
2.6.4.2 Multiplicaci¢n en la forma polar ............................................ 61
2.6.5 Operaci¢n de dividir ............................................................................ 62
2.6.5.1 Divisi¢n en la forma bin¢mica ................................................ 62
2.6.5.1.1 Conjugado de un complejo ........................................... 62
2.6.5.2 Divisi¢n en la forma polar ...................................................... 65
2.7 Aplicaci¢n de la notaci¢n compleja a los circuitos
de electricidad y electr¢nica ................................................................... 66
2.8 Ejercicios propuestos ............................................................................. 71
Cap¡tulo 3
Circuitos serie con resistencia, inductancia
y capacidad (R - L - C) .............................................................. 73
3.1 Circuito serie R - L ................................................................................ 73
3.1.1 Impedancia ........................................................................................... 76
3.1.2 Potencia ................................................................................................ 81
3.1.3 Ejercicio de ejemplo an lisis ............................................................... 84
3.2 Circuito serie R-C .................................................................................. 85
3.2.1 Impedancia ........................................................................................... 89
3.2.2 Potencia ................................................................................................ 89
3.2.3 Ejemplo de ejercicio de an lisis ........................................................... 91
3.3 Circuito serie R-L-C............................................................................... 93
3.3.1 Principios b sicos generales ................................................................ 93
3.3.2 Ejemplo de c lculo ............................................................................... 98
3.3.3 Circuito R- L - C de car cter inductivo ............................................. 101
3.3.4 Circuito R-C-L de car cter capacitivo ............................................... 101
3.4 Resonancia en el circuito serie ............................................................. 103
3.4.1 Principios b sicos .............................................................................. 103
3.4.2 Ejemplo de ejercicio ........................................................................... 106
3.5 Ejercicios desarrollados ....................................................................... 109
3.5.1 Circuito R - L ..................................................................................... 109
3.5.2 Circuito R - C .................................................................................... 114
3.5.3 Circuito R-L-C ................................................................................... 116
3.6 Ejercicios propuestos ........................................................................... 120
Cap¡tulo 4
Circuitos paralelo R-L-C: Principios b sicos, resonancia
y compensaci¢n de potencia reactiva ..................................... 121
4.1 Introducci¢n ......................................................................................... 121
4.1.1 Generalidades sobre suma de intensidades y potencias .................... 123
4.2 Circuito paralelo R-C ........................................................................... 126
4.2.1 Susceptancia y admitancia ................................................................. 128
4.2.2 Ejemplo de ejercicio de c lculo de un circuito R-C ........................... 132
4.2.3 Ejemplo de aplicaci¢n de las admitancias ......................................... 134
4.3 Circuito paralelo R-L ........................................................................... 135
4.3.1 Ejemplo de ejercicio de c lculo de un circuito R-L ........................... 137
4.4 Circuitos paralelo R-L-C ...................................................................... 139
4.4.1 Circuito de car cter capacitivo .......................................................... 139
4.4.2 Circuito de car cter inductivo ........................................................... 142
4.4.3 Impedancia ......................................................................................... 142
4.4.4 Ejemplo de ejercicio de c lculo de un circuito R-L-C ....................... 143
4.5 Resonancia en el circuito paralelo ....................................................... 149
4.6 Factor Q ............................................................................................... 156
4.7 Compensaci¢n de la potencia reactiva ................................................. 158
4.7.1 Calculo de los condensadores de compensaci¢n ............................... 161
4.8 Ejercicios desarrollados ....................................................................... 167
4.8.1 Montaje paralelo de un motor y una resistencia calefactora ............. 167
4.8.2 Circuito serie - paralelo ................................................................... 171
4.8.3 Compensaci¢n de reactiva ................................................................ 176
4.8.4 C lculo del cos en funci¢n del consumo de P y Q .......................... 179
4.9 Ejercicios propuestos .......................................................................... 180
Cap¡tulo 5
Introducci¢n a la electr¢nica .................................................. 183
5.1 Introducci¢n ......................................................................................... 183
5.2 ¿Qu? es la electr¢nica? ......................................................................... 183
5.3 Los semiconductores ............................................................................ 185
5.4 Termistores........................................................................................... 187
5.4.1 NTC .................................................................................................... 187
5.4.2 PCT .................................................................................................... 188
5.5 C?lulas fotoconductoras. LDR ............................................................. 189
5.6 Varistor (VDR) .................................................................................... 190
5.7 El diodo ................................................................................................ 193
5.7.1 El diodo en polarizaci¢n inversa ....................................................... 194
5.7.2 El diodo en polarizaci¢n directa ........................................................ 195
5.7.3 Valores de tensi¢n e intensidad b sicos del diodo ............................. 197
Cap¡tulo 6
Circuitos de alimentaci¢n ....................................................... 199
6.1 Introducci¢n ......................................................................................... 199
6.2 Partes b sicas de una fuente de alimentaci¢n ...................................... 199
6.2.1 Transformador ................................................................................... 200
6.2.2 Rectificaci¢n ....................................................................................... 200
6.2.3 Filtrado .............................................................................................. 200
6.2.4 Regulaci¢n de tensi¢n ........................................................................ 201
6.3 Ejemplo de circuitos rectificadores pr cticos ...................................... 202
6.3.1 Circuito rectificador de media onda .................................................. 202
6.3.2 Circuito rectificador de doble onda ................................................... 204
6.3.2.1 Puentes rectificadores ........................................................... 205
6.3.2.2 Circuito pr ctico rectificador con puente de diodos ............ 206
6.4 Filtrado ................................................................................................. 208
6.4.1 C lculo pr ctico del condensador de filtro ........................................ 209
6.4.2 Circuito pr ctico de un alimentador sencillo. C lculos pr cticos ..... 210
6.5 Diodo zener .......................................................................................... 211
6.5.1 Curva caracter¡stica t¡pica del zener ................................................. 213
6.5.2 Circuito estabilizador b sico ............................................................. 214
6.5.3 Ejemplo pr ctico de circuito estabilizador ........................................ 215
Cap¡tulo 7
Diodos LED, Displays, fotodiodos .......................................... 219
7.1 El diodo LED ....................................................................................... 219
7.2 Aspectos pr cticos sobre los LED ....................................................... 220
7.3 Aplicaci¢n pr ctica del LED ................................................................ 221
7.3.1 Ejemplo de aplicaci¢n en un coche .................................................... 221
7.3.2 Diodos LED intermitentes .................................................................. 222
7.3.3 Simulador autom tico de alarma para coche ..................................... 222
7.4 Displays de 7 segmentos ...................................................................... 224
7.4.1 Ejemplo de montaje pr ctico .............................................................. 226
7.4.2 Display de c todo com£n ................................................................... 226
7.5 El fotodiodo.......................................................................................... 228
7.5.1 Funcionamiento y caracter¡sticas ...................................................... 228
7.5.2 Circuito b sico de aplicaci¢n pr ctica del fotodiodo ........................ 229
Cap¡tulo 8
Transistores .............................................................................. 231
8.1 Introducci¢n ......................................................................................... 231
8.1.1 El transistor amplifica ........................................................................ 231
8.1.1.1 Concepto de amplificar ......................................................... 232
8.2 Principios b sicos ................................................................................. 233
8.2.1 El transistor en la pr ctica ................................................................. 234
8.2.1.1 Funci¢n b sica que realiza el transistor ............................... 235
8.2.1.2 Ganancia de corriente (!) ..................................................... 235
8.2.1.3 Ejemplo de circuito pr ctico. Control de una
carga de potencia .................................................................. 236
8.2.1.4 Polarizaci¢n del transistor.................................................... 237
8.3 El transistor en conmutaci¢n ................................................................ 240
8.3.1 Estado de corte ................................................................................... 242
8.3.2 Estado de saturaci¢n .......................................................................... 242
8.3.3 Circuito pr ctico: Encendido de un LED ........................................... 243
8.3.3.1 Circuito con transistor PNP ................................................. 245
8.3.4 Circuito practico de luz crepuscular .................................................. 246
8.4 El transistor en amplificaci¢n lineal..................................................... 248
8.4.1 Circuito pr ctico de etapa amplificadora .......................................... 248
8.4.1.1 Ganancia de se¿al del circuito ............................................. 249
8.4.1.2 Circuito de polarizaci¢n ....................................................... 250
8.4.1.3 Condensadores de acoplo de se¿al ....................................... 251
8.5 Circuito Darlington .............................................................................. 252
8.6 Transistores de efecto de campo (FET-MOS) ..................................... 253
8.6.1 El transistor FET ................................................................................ 254
8.6.2 el transistor MOSFET ........................................................................ 255
8.7 Transistor UJT...................................................................................... 256
8.8 El Fototransistor ................................................................................... 256
8.8.1 Fototransistor BPW40. Caracter¡sticas b sicas ................................ 257
8.8.2 Ejemplo de aplicaci¢n pr ctica del fototransistor ............................. 258
8.9 Optoacopladores .................................................................................. 259
8.9.1 Estructura interna y funcionamiento .................................................. 259
8.9.2 El optoacoplador 4N26 ...................................................................... 260
8.9.3 Circuito de aplicaci¢n pr ctica. Se¿ales optoacopladas ................... 260
8.10 Ejemplos de aplicaciones del transistor ............................................. 261
Cap¡tulo 9
Tiristores .................................................................................. 265
9.1 El tiristor (SCR) ................................................................................... 265
9.1.1 Funci¢n b sica del tiristor ................................................................. 266
9.1.2 Circuito pr ctico de experimentaci¢n del tiristor .............................. 266
9.2 Curvas caracter¡sticas del tiristor ......................................................... 269
9.2.1 Datos caracter¡sticos b sicos del tiristor ........................................... 271
9.3 Regulaci¢n de potencia por ngulo de fase .......................................... 271
9.3.1 Rectificaci¢n controlada .................................................................... 273
9.3.1.1 Calculo de la tensi¢n de salida ............................................. 275
9.3.2 Circuito pr ctico regulador de potencia en continua ........................ 276
9.3.2.1 C lculo de la tensi¢n de salida ............................................. 278
9.3.2.2 Montaje pr ctico de experimentaci¢n ................................... 279
9.4 El Triac ................................................................................................. 281
9.4.1 Funci¢n b sica del Triac .................................................................... 281
9.4.2 Estados de polarizaci¢n ..................................................................... 282
9.4.3 Interruptor electr¢nico realizado con Triac ...................................... 283
9.5 El Diac.................................................................................................. 284
9.5.1 Funci¢n b sica del Diac .................................................................... 284
9.5.2 Circuito regulador en alterna con Triac-Diac ................................... 285
9.5.3 Circuito de luz crepuscular con Triac ................................................ 287
Cap¡tulo 10
Introducci¢n a los circuitos integrados:
Generadores de se¿al (CI 555) ............................................... 289
10.1 Introducci¢n a los circuitos integrados .............................................. 289
10.2 El circuito integrado 555. Generador de se¿ales ................................ 292
10.2.1 Estructura interna funcional ............................................................ 292
10.2.2 Funciones b sicas de sus patillas .................................................... 292
10.3 El 555 en montaje generador de se¿ales ............................................ 295
10.3.1 Diagrama de ondas .......................................................................... 296
10.3.2 Funcionamiento del circuito ............................................................ 297
10.3.3 Circuito pr ctico generador de ondas asim?tricas .......................... 298
10.3.4 Generador de ondas sim?tricas de f @ 1 Hz ..................................... 299
10.4 El 555 como monoestable. Temporizador. ........................................ 301
10.4.1 Funcionamiento del circuito ............................................................ 301
10.4.2 Circuito pr ctico temporizador con el 555 ...................................... 303
Cap¡tulo 11
Circuitos integrados reguladores de tensi¢n ......................... 307
11.1 Introducci¢n ....................................................................................... 307
11.2 Reguladores de tensi¢n serie 78XX/79XX ........................................ 308
11.2.1 Caracter¡sticas generales ................................................................. 308
11.2.2 Circuito de aplicaci¢n b sica .......................................................... 310
11.2.3 Montaje de un alimentador de 12 V con un 7812 ............................ 310
11.2.4 El 79XX. Regulador de salida negativa ........................................... 312
11.2.5 Alimentador con salida sim?trica basado en un 7812 y 7912 .......... 313
11.2.6 Reguladores de 3 A. Serie 78TXX .................................................... 314
11.2.6.1 Fuente de alimentaci¢n de 5 V y 3 A basada
en un 78T05 ........................................................................ 314
11.2.7 Reguladores de 100 mA. Serie 78LXX ............................................. 315
11.2.8 Estructura y circuito interno de un regulador 7812 ........................ 316
11.3. Reguladores de la serie LM317/337 ................................................. 317
11.3.1 Caracter¡sticas generales ................................................................. 317
11.3.2 Circuito b sico de aplicaci¢n del LM317 ........................................ 318
11.3.2.1 Circuito experimental del LM317 ....................................... 320
11.3.3 Fuente de alimentaci¢n de salida variable
basada en el LM 317 ........................................................................ 321
11.3.4 Circuito para ajustar la intensidad de salida m xima ..................... 323
Cap¡tulo 12
Amplificadores operacionales ................................................ 327
12.1 Introducci¢n ....................................................................................... 327
12.2 Caracter¡sticas b sicas de los amplificadores operacionales ............. 328
12.2.1 Ancho de banda ................................................................................ 329
12.2.2 Amplificaci¢n de tensi¢n .................................................................. 330
12.2.3 Impedancia de salida ....................................................................... 331
12.2.4 Impedancia de entrada ..................................................................... 332
12.3 Los amplificadores operacionales son amplificadores
diferenciales ....................................................................................... 333
12.3.1 Alimentaci¢n sim?trica ..................................................................... 333
12.3.2 Entrada no inversora ....................................................................... 334
12.3.3 Entrada inversora ............................................................................ 335
12.3.4 Curva de respuesta saturaci¢n - saturaci¢n .................................... 336
12.4 Consideraciones pr cticas de c lculo con operacionales ................... 338
12.4.1 El circuito integrado amplificador operacional uA741 ................... 339
12.4.1.1 Caracter¡sticas b sicas ....................................................... 339
12.4.1.2 Ajuste del Offset .................................................................. 340
12.4.1.3 Ganancia (en lazo abierto) en funci¢n de la frecuencia ..... 340
12.5 Circuitos b sicos con operacionales. Aplicaciones pr cticas ............ 342
12.5.1 Operaci¢n en lazo abierto y lazo cerrado. Realimentaci¢n ............. 342
12.5.2 La fuente de alimentaci¢n debe ser sim?trica .................................. 342
12.5.3 Circuitos de ajuste del offset ............................................................ 343
12.5.3.1 Ajuste en lazo abierto .......................................................... 343
12.5.3.2 Ajuste en lazo cerrado ........................................................ 344
12.5.4 Circuito seguidor de tensi¢n ............................................................ 346
12.5.5 Circuito amplificador inversor ......................................................... 347
12.5.5.1 Ejemplo de c lculo y montaje pr ctico ............................... 349
12.5.5.2 Experimentaci¢n con Multisim ........................................... 351
12.5.6 Circuito amplificador no inversor .................................................... 352
12.5.6.1 Ejemplo de c lculo .............................................................. 353
12.5.7 Circuito sumador ............................................................................. 355
12.5.8 Sumador no inversor ........................................................................ 356
12.5.9 Circuito de media aritm?tica ............................................................ 358
12.5.10 Circuito restador ............................................................................ 359
12.5.10.1 Ejemplo pr ctico de c lculo ............................................. 360
12.5.11 Circuitos convertidores temperatura - tensi¢n .............................. 361
12.5.11.1 Sensor de temperatura: diodo ........................................... 361
12.5.11.2 Sensor de temperatura: NTC ............................................ 362
12.5.12 Generador de onda cuadrada ........................................................ 363
12.5.13 Amplificador operacional de potencia para
audio (sonido): TDA 2003 .............................................................. 366
12.5.13.1 Circuito pr ctico amplificador de sonido ......................... 366
Cap¡tulo 13
Introducci¢n a la electr¢nica de potencia ............................. 371
13.1 Introducci¢n ....................................................................................... 371
13.2 Sistemas Rectificadores trif sicos ...................................................... 373
13.2.1 Rectificadores no controlados .......................................................... 374
13.2.1.1 Rectificador trif sico de media onda .................................. 376
13.2.2 Rectificador trif sico de doble onda ................................................ 381
13.2.3 Rectificadores controlados ............................................................... 383
13.2.3.1 Rectificador controlado bif sico ......................................... 383
13.2.3.2 Puentes rectificadores semi controlados ............................ 386
13.2.3.3 Diodo volante ...................................................................... 387
13.2.3.4 Rectificador trif sico con puente semi controlado ............. 387
13.3 Inversores - Onduladores................................................................... 388
13.4 Control de potencia en alterna ........................................................... 389
13.5 Cicloconvertidores ............................................................................. 390
13.6 Interruptores est ticos ........................................................................ 391
13.7 Convertidores cc/cc. Choppers .......................................................... 392
13.7.1 Caracter¡sticas principales .............................................................. 392
13.7.2 Tensi¢n continua de salida ............................................................... 393
13.7.3 Duty cicle ......................................................................................... 394
13.8 Resumen de los tipos b sicos de convertidores ................................. 396
13.9 Componentes electr¢nicos de potencia .............................................. 397
13.9.1 Diodos de potencia ........................................................................... 397
13.9.1.1 Datos de caracter¡sticas del diodo ...................................... 398
13.9.2 El tiristor (SCR) ............................................................................... 400
13.9.2.1 Datos caracter¡sticos del tiristor ........................................ 400
13.9.3 El GTO ............................................................................................. 401
13.9.4 El MCT ............................................................................................. 402
13.9.5 El transistor MOSFET de potencia .................................................. 403
13.9.5.1 Ejemplos de MOSFET de potencia comerciales ................. 403
13.9.6 Transistor IGBT ............................................................................... 404
13.10 Circuitos pr cticos............................................................................ 405
13.10.1 Interruptores est ticos. Activaci¢n de cargas en alterna
mediante se¿ales digitales .............................................................. 405
13.10.2 Regulador de potencia conmutado basado en MOSFET ............... 407
Respuestas a los ejercicios propuestos ................................... 409
En este tomo III de la serie, se explican, de forma detallada y práctica, los circuitos básicos en corriente alterna (reactancias, impedancia, desfases, factor de potencia, potencias activas y reactivas, resonancia, etc.), así como una introducción al cálculo de circuitos mediante n·meros complejos. Todo ello combinando adecuadamente los conceptos teóricos con la utilidad práctica, y apoyado por diversos ejercicios desarrollados. Además, en esta segunda edición, se han añadido nueve capítulos exclusivos sobre electrónica básica general, de manera que el libro ha quedado dividido en dos partes: Electricidad y Electrónica.
El objetivo principal de la parte de electrónica es proporcionar una introducción a la electrónica, cuya materia puede ser suficiente para seg·n que profesionales (por ejemplo, de otras especialidades), o bien permitir seguir estudios más avanzados de electrónica (lo cual se hace a partir del tomo IV). TambiÚn puede resultar interesante para cubrir la parte fundamental de electrónica en segun que Ciclos Formativos (por ejemplo, el de Instalaciones Electricas y Automáticas).
El nivel tÚcnico es básico-medio, procurando un máximo didactismo y un enfoque práctico. Estas características hacen que resulte de especial interes en los estudios de formación tecnica profesional en general (Ciclos Formativos), así como a todo aquel interesado en la electricidad y electrónica.
