Els components electrònics

Sobre una placa de circuit s'observen cinc components electrònics numerats de l'1 al 5:

1. Un petit cilindre amb franges de colors.

2. Un cilindre amb dues patilles i una franja lateral que indica el pol negatiu.

3. Un component transparent amb dues patilles que emet llum al pas del corrent.

4. Un component amb tres patilles i cos de plàstic negre.

5. Un encapsulat rectangular negre amb dues files paral·leles de patilles metàl·liques.

Identifica cada element i explica breument quina funció compleix dins d'un circuit.

Explica què és un curtcircuit i per què és perillós connectar els dos pols d'una pila directament amb un cable.

Estàs muntant un circuit per a un sensor de temperatura de precisió que exigeix una resistència el valor real de la qual es trobi estrictament entre $540\ \Omega$ i $600\ \Omega$; si el valor queda fora d'aquest interval, la lectura del sensor es descalibra. Al calaix de components trobes una resistència amb les bandes de color verd - blau - marró - or.

1) Interpreta el codi de colors indicant el valor nominal de la resistència i el seu percentatge de tolerància.

2) Calcula el rang real de valors (mínim i màxim) que pot tenir aquesta resistència a la pràctica.

3) Justifica raonadament si és tècnicament segur utilitzar aquest component en el circuit o si l'hauries de substituir per una resistència de més precisió (amb banda de tolerància marró, de l'$1\ \%$), argumentant la teva decisió.

Explica quina funció fa una resistència i quina funció fa un LED en un circuit, i raona per què un LED gairebé mai no es connecta sol, sinó amb una resistència en sèrie.

Un LED vermell i un de blau no funcionen amb la mateixa tensió. Explica per què això és important a l'hora de dissenyar el circuit i què pot passar si tots dos s'alimenten amb la mateixa resistència calculada només per a un d'ells.

Disposes d'una pila de $9\ \text{V}$ i de dos díodes LED idèntics les especificacions tècniques dels quals són: tensió directa $V_F = 2,2\ \text{V}$ i corrent nominal de treball $I_F = 20\ \text{mA}$. Vols connectar-los en sèrie utilitzant una única resistència limitadora perquè funcionin a la seva intensitat nominal. Al taller tens resistències comercials de $150\ \Omega$, $220\ \Omega$, $330\ \Omega$ i $470\ \Omega$.

1) Justifica mitjançant la llei d'Ohm quina és la resistència teòrica exacta necessària i quin dels valors disponibles has de triar per garantir la màxima lluminositat sense superar el corrent de seguretat.

2) Si algú connecta per error els dos LED en sèrie amb la resistència de $150\ \Omega$, calcula el corrent que circularà i prediu les conseqüències tèrmiques i funcionals per als díodes.

Es diu que el transistor funciona com un interruptor controlat per corrent. Explica aquesta idea amb l'exemple d'un circuit que encén un LED quan es fa fosc: un sensor de llum (LDR) governa la base del transistor.

Per aconseguir que la llum interior d'un cotxe romangui encesa uns segons després de tancar la porta (obrir el contacte), una persona connecta directament en paral·lel amb una bombeta de $12\ \text{V}$ i $6\ \text{W}$ un condensador de $2200\ \mu\text{F}$. En provar-ho, comprova que la bombeta s'apaga de manera pràcticament instantània.

1) Justifica mitjançant el càlcul de la resistència de la bombeta i de la constant de temps $\tau = R \cdot C$ per què falla el seu muntatge.

2) Proposa i descriu una modificació del circuit emprant un transistor NPN i una resistència addicional, justificant tècnicament com aquesta nova configuració sí que permet perllongar l'encesa durant diversos segons amb aquest mateix condensador.

La sortida digital d'un microcontrolador escolar lliura $5\ \text{V}$ amb un límit de corrent de seguretat de només $20\ \text{mA}$. Un estudiant connecta directament a aquest pin un petit motor de corrent continu de $5\ \text{V}$ que absorbeix $250\ \text{mA}$ a plena càrrega. En activar-lo, el microcontrolador es bloqueja i s'apaga immediatament.

1) Justifica tècnicament per què no és viable alimentar el motor directament des de la sortida digital.

2) Dissenya l'etapa de commutació necessària utilitzant un transistor NPN com a interruptor (indicant com connectar base, col·lector i emissor respecte al pin digital, al motor i a l'alimentació).

3) Explica quina funció compleix la resistència de base i prediu quina catàstrofe elèctrica passaria amb el transistor en desconnectar el motor si no es col·loca un díode de retorn (flyback) en paral·lel invers amb els seus borns.

Una LDR té molta resistència quan hi ha poca llum i poca resistència quan n'hi ha molta. Raona com usar-la perquè un circuit «sàpiga» si és de dia o de nit, indicant què passaria amb el corrent en cada cas.

Explica què és un potenciòmetre i com permet regular el volum d'un altaveu o la brillantor d'un llum sense canviar cap component del circuit.

En una pràctica de taller, un equip munta una font d'alimentació de corrent continu connectant un transformador i un pont rectificador de díodes, obtenint a la sortida una tensió contínua polsant amb un valor de pic de $18\ \text{V}$. Per filtrar l'arrissada connecten un condensador electrolític a la carcassa del qual es llegeix: $1000\ \mu\text{F}\ /\ 16\ \text{V}$, connectant la pota curta (marcada amb una franja longitudinal grisa) al terminal positiu de la sortida rectificada. Al cap de pocs segons d'encendre la font, el condensador comença a xiular, s'escalfa bruscament i es bomba per la part superior.

Identifica i justifica detalladament els dos errors greus comesos en el muntatge, explicant quin fenomen físic o electroquímic té lloc a l'interior del component en cada cas, i especifica quines característiques mínimes de tensió i connexió hauria de tenir el nou condensador per operar amb total seguretat.