Ejercicios: Componentes electrónicos analógicos

Explica qué es un diodo y qué significa que conduce «en un solo sentido». Describe qué ocurre cuando se polariza en directa (el ánodo al positivo) y cuando se polariza en inversa, usando el símil de una válvula antirretorno de agua.

Un LED tiene polaridad: el ánodo (patilla larga) debe ir hacia el positivo. Explica qué significan las siglas LED, qué ocurre si se conecta al revés y por qué un LED no se ilumina aunque la pila tenga tensión suficiente si está mal orientado.

Explica qué es una LDR y cómo cambia su resistencia al pasar de plena luz a oscuridad (baja mucho con luz, sube mucho a oscuras). Pon un ejemplo de aparato cotidiano que la use para decidir automáticamente si enciende algo.

Explica qué es una resistencia NTC, qué significa que su coeficiente sea «negativo» (al subir la temperatura, su resistencia baja) y cita una aplicación donde medir temperatura con ella sea útil (termóstato, aviso de sobrecalentamiento).

Explica qué es un condensador y qué significa que «almacena carga». Indica en qué unidad se mide su capacidad (el faradio) y describe dos aplicaciones: filtrar una tensión que riza y temporizar (crear retardos).

El transistor tiene tres patillas: colector, base y emisor. Explica con el símil de un grifo gobernado por una maneta pequeña cómo una corriente pequeña por la base controla una corriente grande entre colector y emisor.

Un diodo de silicio empieza a conducir apreciablemente cuando la tensión en directa supera unos $0{,}7\ \text{V}$, su «tensión umbral». Explica qué significa ese umbral y razona por qué un diodo conectado a una pila de $1{,}5\ \text{V}$ con una resistencia sí puede conducir, pero no con una pila de $0{,}5\ \text{V}$.

Relaciona cada componente con su papel en un circuito: (1) diodo, (2) LED, (3) condensador, (4) transistor, (5) LDR y (6) NTC, con: (a) dejar pasar la corriente en un solo sentido; (b) indicar con luz que algo está activo; (c) almacenar carga temporalmente; (d) actuar como interruptor gobernado eléctricamente; (e) detectar el nivel de luz; (f) medir la temperatura.

Se quiere alimentar un LED rojo (tensión de trabajo $2\ \text{V}$, corriente $20\ \text{mA}$) desde una pila de $9\ \text{V}$ con una resistencia en serie. (a) Calcula qué tensión debe caer en la resistencia. (b) Calcula el valor de la resistencia aplicando la ley de Ohm, $R = \frac{V}{I}$, con las unidades correctas. (c) Explica qué ocurriría si la resistencia fuera mucho menor de la calculada.

La figura muestra la curva característica tensión-corriente de un diodo de silicio, con la tensión umbral marcada con una interrogación, como se muestra en la figura.

(a) Explica qué representa cada zona de la curva: la casi plana de la izquierda y la que sube con fuerza a la derecha. (b) Indica qué valor aproximado tiene la tensión marcada con la interrogación en un diodo de silicio y qué significa. (c) Razona por qué en inversa la corriente es prácticamente nula y qué ocurre si se supera la tensión de ruptura.

Un divisor de tensión alimentado a $12\ \text{V}$ está formado por una LDR arriba y una resistencia fija de $10\ \text{k}\Omega$ abajo, tomándose la salida en el punto medio. La LDR vale $2\ \text{k}\Omega$ con luz y $50\ \text{k}\Omega$ en oscuridad. Calcula la tensión del punto medio en ambos casos, $V_\text{salida} = 12 \cdot \frac{R_\text{fija}}{R_\text{fija} + R_\text{LDR}}$, y explica por qué ese punto sirve como señal «luz/oscuridad».

Una NTC de $10\ \text{k}\Omega$ a $25\ ^\circ\text{C}$ baja a $5\ \text{k}\Omega$ a $45\ ^\circ\text{C}$. Se monta en un divisor con una resistencia fija de $10\ \text{k}\Omega$, alimentado a $10\ \text{V}$, con la NTC arriba y la fija abajo. (a) Calcula la tensión del punto medio a $25\ ^\circ\text{C}$ y a $45\ ^\circ\text{C}$. (b) Explica cómo un circuito que lea esa tensión puede saber si hace más o menos calor y por qué la salida sube con la temperatura en este montaje.

Un condensador de $100\ \mu\text{F}$ se carga a través de una resistencia de $10\ \text{k}\Omega$. (a) Calcula la constante de tiempo del circuito, $\tau = R \cdot C$, expresada en segundos. (b) Explica qué significa ese valor (el tiempo en que el condensador alcanza aproximadamente el $63\ \%$ de la carga final). (c) Razona cómo cambiaría el retardo si la resistencia fuera el doble.

Un transistor gobierna un LED conectado a $9\ \text{V}$: cuando por su base entra una corriente pequeña, el transistor conduce y el LED se enciende; cuando no, se apaga. Explica: (a) qué papel juega la resistencia conectada en serie con la base (limitar su corriente para no dañarlo); (b) en qué se diferencia este uso «a todo o nada» del transistor del uso como amplificador.

El circuito de la figura es un detector crepuscular: un divisor con LDR gobierna la base de un transistor que enciende un LED, con la tensión de base marcada con una interrogación, como se muestra en la figura.

(a) Explica el papel de cada bloque: el divisor LDR-R, el transistor y el LED. (b) Razona qué ocurre con la resistencia de la LDR y con la tensión de base marcada al pasar de luz a oscuridad en este montaje (LDR arriba, resistencia fija abajo). (c) Explica por qué el LED se enciende solo en una de las dos situaciones.

Se quiere una luz que se encienda automáticamente al hacerse de noche usando un divisor con LDR y un transistor. Explica en qué posición del divisor (arriba, hacia el positivo, o abajo, hacia masa) colocarías la LDR y la resistencia fija para conseguirlo, justificando tu elección con cómo varía la tensión del punto medio con la luz.

Un diodo en serie con una carga recibe una tensión alterna (que cambia de signo cincuenta veces por segundo). (a) Explica qué hace el diodo con cada semionda (deja pasar las positivas y bloquea las negativas) y dibuja en tu cuaderno la forma de la tensión que llega a la carga. (b) Explica por qué esa tensión ya no cambia de signo pero sigue «pulsando», y qué componente se añade después para suavizarla (un condensador en paralelo).

Se quieren alimentar dos LED iguales ($2\ \text{V}$, $15\ \text{mA}$ cada uno) en serie desde una fuente de $12\ \text{V}$ con una única resistencia. (a) Calcula el valor teórico de la resistencia. (b) Calcula la potencia que disipa esa resistencia, $P = V \cdot I$, y comenta si es apreciable. (c) Explica por qué poner los LED en serie comparte bien la corriente, mientras que ponerlos en paralelo directamente (con una sola resistencia común) es mala práctica (las pequeñas diferencias entre LED reparten mal la corriente).

En un detector con transistor, el divisor está formado por una LDR arriba ($2\ \text{k}\Omega$ con luz, $20\ \text{k}\Omega$ en oscuridad) y una resistencia fija de $1\ \text{k}\Omega$ abajo, alimentado a $5\ \text{V}$; la base del transistor se conecta al punto medio y conduce cuando su tensión base-emisor alcanza unos $0{,}7\ \text{V}$. (a) Calcula la tensión del punto medio con luz y en oscuridad. (b) Decide, justificando con los cálculos, si el transistor conduce en cada caso. (c) Explica cómo transformarías el circuito en un detector de oscuridad (que conduzca a oscuras) sin añadir componentes.

Un circuito de retardo carga un condensador de $100\ \mu\text{F}$ a través de una resistencia de $4{,}7\ \text{k}\Omega$. (a) Calcula la constante de tiempo $\tau = R \cdot C$ en segundos. (b) Estima el tiempo práctico de carga casi completa (unas $5 \cdot \tau$) y explica por qué se toma ese criterio. (c) Se necesita un retardo de unos $5$ segundos: propón una nueva pareja de valores de $R$ y $C$ que lo consiga y comprueba el cálculo.

La figura muestra cómo se carga un condensador a través de una resistencia desde una fuente de $5\ \text{V}$, con un instante característico marcado con una interrogación, como se muestra en la figura.

(a) Describe cómo evoluciona la tensión del condensador durante la carga y explica por qué es cada vez más lenta (a medida que se carga, queda menos diferencia de tensión que empuje la corriente). (b) Indica qué representa el instante marcado con la interrogación y con qué expresión se calcula a partir de $R$ y $C$. (c) Explica qué cambiaría en la curva si se doblara el valor de la resistencia.

Un transistor tiene una ganancia de corriente $\beta = 100$: la corriente de colector es cien veces la de base en su zona de amplificación. (a) Si por la base entran $0{,}1\ \text{mA}$, calcula la corriente de colector. (b) Explica por qué a eso se le llama «amplificar»: qué se amplifica exactamente y de dónde sale la energía (de la fuente de alimentación, no de la base). (c) Contrasta este funcionamiento con el modo «interruptor» (todo o nada) e indica en cuál de los dos trabaja un transistor de un detector crepuscular.

Una luz solar de jardín tiene un panel solar, una batería recargable, una LDR, un transistor y un LED. Explica el papel de cada componente y describe el ciclo completo: (a) qué ocurre durante el día con la energía del panel y con la LDR; (b) qué ocurre al caer la noche (por qué el transistor conduce y el LED se enciende); (c) qué limitación tiene el sistema tras varios días nublados y por qué.

Dentro de un cargador de móvil, la tensión alterna de la red pasa por tres etapas: un transformador que la reduce, un puente de diodos que la rectifica y un condensador que la filtra. (a) Explica qué consigue cada etapa. (b) Describe cómo sería la tensión de salida si faltara el condensador (pulsos que caen a cero cien veces por segundo) y qué problema supondría para el aparato. (c) Razona por qué el condensador de filtrado es de gran capacidad (cuanta más carga guarda, menos cae la tensión entre pulso y pulso).