Ejercicios: Circuitos electrónicos sencillos

Explica qué es una placa protoboard, por qué no necesita soldadura y cómo están conectados sus agujeros por dentro: qué diferencia hay entre los rieles laterales (largas tiras horizontales) y las tiras cortas verticales de la zona central.

La figura muestra una placa protoboard con sus rieles de alimentación en la parte superior y sus tiras de contactos de cinco huecos, separadas por un canal central. Hay dos zonas marcadas: una en verde y otra con un signo de interrogación.

La zona verde marca una tira de cinco huecos unidos por dentro en vertical. La zona naranja con ? abarca los dos últimos huecos de una tira superior y los dos primeros de la tira inferior de la misma columna, y cruza el canal central de la placa.

Responde:

1. a) Razona si los huecos de la zona naranja están unidos o separados entre sí a través del canal.

1. b) Explica para qué existe ese canal central.

1. c) Explica cómo deben colocarse los componentes respecto al canal para no unir patas que no deben tocarse.

Un LED nunca se conecta a una pila «directamente»; siempre se coloca una resistencia en serie con él. Explica qué función cumple esa resistencia de protección en el circuito y qué les ocurre al LED y a la pila si se monta sin ella.

Pista. Piensa en qué ocurre con la intensidad de la corriente cuando el LED, que apenas ofrece resistencia al paso de la corriente, queda conectado directamente a los bornes de la pila.

Ordena los pasos para montar un LED con su resistencia en la protoboard y explica el motivo del segundo: (a) colocar el LED respetando su polaridad; (b) calcular el valor de la resistencia; (c) conectar la resistencia en serie; (d) alimentar con la batería y comprobar.

Explica la diferencia entre el esquema de un circuito (dibujo con símbolos) y la foto de un montaje real, y razona por qué el mismo esquema puede montarse de muchas formas distintas sobre la protoboard sin cambiar el circuito.

Explica con tus palabras qué hace la LDR en un montaje de «luz que se enciende de noche»: cómo cambia su resistencia al oscurecer y por qué ese cambio puede gobernar un transistor que enciende el LED.

Los simuladores de circuitos permiten montar en pantalla un circuito antes de tocar un solo componente físico. Cita dos ventajas de usar un simulador frente al montaje real y una limitación del simulador frente al montaje real. Después, explica por qué aun así conviene simular primero.

Explica qué significa que un relé es un «interruptor automático»: quién lo acciona en lugar de un dedo, y describe un ejemplo cotidiano donde un relé permita que una señal pequeña encienda algo potente.

Un LED necesita $2\ \text{V}$ y $20\ \text{mA}$ y va a conectarse a una pila de $9\ \text{V}$. Calcula la resistencia de protección paso a paso: la resistencia debe quedarse con la tensión que sobra, $9 - 2 = 7\ \text{V}$, y por ella pasa la misma corriente que por el LED. Aplica la ley de Ohm y comenta qué valor normalizado elegirías ($330\ \Omega$ o $390\ \Omega$).

La figura muestra el circuito de un LED con su resistencia de protección, cuyo valor falta.

La pila es de $6\ \text{V}$ y el LED necesita $2\ \text{V}$ y $20\ \text{mA}$. Calcula el valor que debe tener la resistencia, explica qué tensión soporta y qué intensidad la atraviesa, y elige entre los valores normalizados $180\ \Omega$ y $220\ \Omega$ razonando cuál protege mejor.

Calcula la resistencia de protección para una linterna con pila de $4{,}5\ \text{V}$ y un LED de $1{,}8\ \text{V}$ y $15\ \text{mA}$. Muestra los tres pasos (tensión en la resistencia, aplicación de la ley de Ohm, valor en ohmios).

Montaste un circuito con una pila de $6\ \text{V}$, un LED y una resistencia en serie. El LED tiene una tensión de funcionamiento de $2\ \text{V}$, una corriente recomendada de $20\ \text{mA}$ y una corriente máxima admisible de $30\ \text{mA}$. Calculaste una resistencia de protección de $200\ \Omega$, pero decides probar con otros valores.

Razona con la ley de Ohm, calculando la corriente en cada caso (recuerda que la tensión en la resistencia es $6\ \text{V}-2\ \text{V}=4\ \text{V}$):

1. a) ¿Qué pasa con la corriente y con el brillo del LED si pones una resistencia del doble de valor?

1. b) ¿Qué pasa si pones una resistencia de la mitad? ¿Se supera la corriente máxima del LED?

1. c) ¿Cuál de las dos probarías primero? Justifica tu respuesta.

La figura muestra un detector de oscuridad: cuando falta luz, el LED se enciende.

El componente tapado del divisor es el que cambia su valor con la luz. Identifícalo, explica qué le ocurre a su resistencia al anochecer (aumenta mucho) y cómo ese cambio hace que por la base del transistor llegue corriente suficiente para encender el LED.

Describe cómo llevarías el esquema de un LED con resistencia a la protoboard, paso a paso: a qué riel va el positivo de la pila, en qué tiras colocas cada pata del LED y de la resistencia, y cómo compruebas que ninguna pata comparte tira por error.

Interpreta este esquema: una pila, un interruptor, una NTC y un zumbador en serie. Predice qué ocurre al cerrar el interruptor en un día caluroso y en uno frío (la NTC cambia su resistencia con la temperatura), y explica qué aplicación doméstica se te ocurre para ese montaje.

Un compañero ha montado en una protoboard un circuito con una pila de $9\ \text{V}$, una resistencia de $470\ \Omega$ y un LED, pero el LED no se enciende. Para localizar la avería sin desmontar componentes, utilizas un multímetro y obtienes las siguientes medidas:

• Tensión entre los bornes de la pila: $9{,}1\ \text{V}$.

• Tensión entre los extremos de la resistencia: $0\ \text{V}$.

• Tensión entre el ánodo y el cátodo del LED: $9{,}1\ \text{V}$.

Interpreta qué indican estas lecturas sobre la corriente que circula por el circuito, deduce razonadamente cuál es el componente o fallo de conexión culpable de la avería, y explica por qué un principiante podría equivocarse al interpretar erróneamente que la resistencia está rota en circuito abierto.

Quieres diseñar una alarma antirrobo para un morral escolar usando una pila de $9\ \text{V}$, un zumbador y un microinterruptor de palanca con tres terminales: Común (C), Normalmente Abierto (NA) y Normalmente Cerrado (NC). La cremallera, al estar totalmente cerrada, presiona físicamente la palanca del interruptor.

1. a) Diseña el circuito indicando las conexiones exactas entre los terminales de la pila, el zumbador y los bornes del conmutador (C, NA, NC) para que el zumbador suene únicamente cuando se abra la cremallera.
2. b) Un compañero propone usar la opción contraria: añadir un transistor y mantener un circuito cerrado mientras la cremallera está cerrada. Justifica por qué tu diseño directo con el contacto adecuado es infinitamente más eficiente para prolongar la vida útil de la pila del morral.

Reto del tema. ¡Diseña una farola inteligente para tu barrio! Tu misión es crear un circuito crepuscular automático que ahorre energía encendiéndose solo cuando falte luz natural.

1. Datos reales: Consulta en la página web del IDEAM la hora de puesta de sol y la radiación solar media de tu departamento este mes.

2. Diseño y simulación: Entra en Tinkercad Circuits y monta un circuito con batería de $9\text{ V}$, fotorresistencia (LDR), potenciómetro de $10\text{ k}\Omega$ para calibrar la sensibilidad, transistor NPN como interruptor y un LED con su resistencia de $220\,\Omega$.

3. Medición: Simula el anochecer variando la iluminación sobre el LDR. Emplea el multímetro virtual para medir la tensión en la base ($V_B$) y la corriente del LED (por ejemplo, $18,5\text{ mA}$) con luz diurna y en penumbra.

4. Producto final: Presenta un breve informe con la captura del circuito, una tabla con las mediciones ($V$ e $I$) y una propuesta justificada del ajuste del potenciómetro según los datos del IDEAM.

Se valorará:

• Montaje y funcionamiento correcto del circuito (polarización adecuada del transistor y LDR) en Tinkercad.

• Registro riguroso de magnitudes ($V$ e $I$) con unidades correctas y coma decimal.

• Justificación técnica del ajuste del circuito conectada con los datos climáticos reales.