0221 · Montaje y mantenimiento de equipo · Tema 1 (UT1) · Teoría
Teoría — Elementos básicos eléctricos y electrónicos
Qué se evalúa · RA y criterios
Qué criterios cubre esta página
RA3. Mide parámetros eléctricos, identificando el tipo de señal, relacionándola con sus unidades características e interpretando los resultados.
- a) Se han identificado las herramientas y aparatos de medida utilizados en el montaje y reparación de equipos informáticos.
- b) Se han definido los procedimientos de medida normalizados para cada tipo de magnitud.
- c) Se ha identificado y definido el tipo de señal a medir con el aparato correspondiente.
- d) Se ha seleccionado la magnitud, el rango de medida y se ha conectado el aparato según la magnitud a medir.
- e) Se ha relacionado la medida obtenida con los valores típicos.
- k) Se han enumerado los componentes básicos de electrónica analógica y sus aplicaciones más características en equipos microinformáticos.
- l) Se han enumerado los componentes básicos de electrónica digital y sus aplicaciones más características en equipos microinformáticos.
Los criterios completos de la UT1, incluido el RA8 de seguridad y medio ambiente, están en la portada del tema.
1.1 Introducción
Vivimos rodeados de aparatos que funcionan con electricidad. Su funcionamiento se basa en leyes (Ley de Ohm, Leyes de Kirchhoff) que relacionan tres magnitudes básicas: resistencia, intensidad y voltaje (o diferencia de potencial). A partir de ellas se construyen los aparatos eléctricos y electrónicos y se identifican sus características y limitaciones (amperaje, voltaje, consumo…). Por eso este tema es imprescindible para comprender el funcionamiento eléctrico de un ordenador y de los componentes que integra.
1.2 Conceptos de electricidad
La electricidad es una forma de energía que se genera por el movimiento de partículas cargadas —los electrones— a través de un conductor (por ejemplo, un cable). La materia está formada por átomos, y estos por protones (carga positiva), electrones (carga negativa) y neutrones (sin carga).
Figura 1.1 · Modelo atómico: el núcleo (protones en rojo, neutrones en gris) y los electrones (azul) orbitando a su alrededor. Esquema original.
1.2.1 Diferencia de potencial (voltaje)
Es la energía por unidad de carga necesaria para mover una carga de un punto a otro: la "fuerza" que empuja a los electrones por el conductor. Se mide en voltios (V), en honor a Alessandro Volta, con un voltímetro. Ejemplos: una pila de 9 V; la red doméstica (110 V o 220 V); en informática, 5 V, 3,3 V o menos.
1.2.2 Corriente eléctrica
Es el flujo de cargas por un conductor. Con el símil del río: si el voltaje es la "altura" que da energía, la corriente es el "caudal". Se cuantifica con la intensidad (carga que pasa por un punto en un segundo), que se mide en amperios (A) con un amperímetro colocado en serie. Dos tipos:
- Corriente continua (CC / DC): las cargas fluyen siempre en la misma dirección (pilas, baterías, células solares). La usan casi todos los equipos electrónicos.
- Corriente alterna (CA / AC): la dirección y la intensidad cambian periódicamente (forma sinusoidal). Es la que llega a las casas; casi todos los aparatos necesitan un transformador de alterna a continua.
Figura 1.2 · Corriente continua (roja, constante) frente a corriente alterna (azul, sinusoidal). Esquema original.
1.2.3 Resistencia eléctrica
Es la oposición de un material al paso de la corriente. Se mide en ohmios (Ω) con un óhmetro. Según su resistencia, los materiales se clasifican en:
- Conductores: baja resistencia (cobre, aluminio, oro). Cables y pistas de los circuitos impresos.
- Aislantes: alta resistencia (caucho, vidrio, plásticos). Recubren cables y separan componentes para evitar cortocircuitos.
- Semiconductores: resistencia intermedia y manipulable (temperatura, luz, impurezas). El silicio es el más usado: transistores y microchips.
Dos propiedades intrínsecas del material (no dependen de su geometría): la resistividad (ρ), en Ω·m, alta en aislantes; y la conductividad (σ = 1/ρ), en S/m, alta en conductores.
| Material | Resistividad (Ω·m) | Como conductor |
|---|---|---|
| Plata | 1,59×10⁻⁸ | Mejor conductor |
| Cobre | 1,68×10⁻⁸ | Excelente conductor |
| Aluminio | 2,82×10⁻⁸ | Muy buen conductor |
| Hierro | 9,71×10⁻⁸ | Buen conductor |
1.2.4 Circuito eléctrico
Un circuito eléctrico es un sistema cerrado por el que fluye la corriente. Lo forman fuentes de alimentación (generan la diferencia de potencial), conductores (permiten el flujo) y componentes (resistencias, condensadores, bobinas…). Se relacionan tres magnitudes: V (la fuerza que impulsa), I (el flujo de cargas) y R (la oposición al flujo).
1.2.5 Ley de Ohm
Relaciona las tres magnitudes. Basta conocer dos para hallar la tercera:
Figura 1.3 · La Ley de Ohm y sus tres despejes. Esquema original.
Circuitos en serie
Todos los componentes en una única trayectoria: la corriente es la misma en todo el circuito y el voltaje se reparte entre los componentes.
- Resistencia total: R = R₁ + R₂ + … + Rₙ
- Intensidad: I = I₁ = I₂ = … = Iₙ
- Voltaje de cada componente: Vᵢ = I × Rᵢ
Ejercicio 1 · Circuito en serie. Esquema original.
Ver solución del ejercicio 1
- Resistencia total: R = 1 + 2 + 3 = 6 Ω
- Intensidad: I = V / R = 9 / 6 = 1,5 A (igual en todo el circuito)
- V₁ = 1,5 × 1 = 1,5 V · V₂ = 1,5 × 2 = 3 V · V₃ = 1,5 × 3 = 4,5 V
- Comprobación: 1,5 + 3 + 4,5 = 9 V ✔
Circuitos en paralelo
Los componentes ofrecen varias trayectorias: la corriente se reparte entre las ramas, pero el voltaje es el mismo en todas.
- Resistencia total: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + … + 1/Rₙ
- Intensidad de cada rama: Iᵢ = V / Rᵢ
- Voltaje: V₁ = V₂ = … = V
Ejercicio 2 · Circuito en paralelo. Esquema original.
Ver solución del ejercicio 2
- 1/R = 1/3 + 1/4 + 1/12 = 4/12 + 3/12 + 1/12 = 8/12 → R = 1,5 Ω
- Voltaje en cada rama: 9 V (el mismo)
- I₁ = 9/3 = 3 A · I₂ = 9/4 = 2,25 A · I₃ = 9/12 = 0,75 A
- Comprobación: I total = 3 + 2,25 + 0,75 = 6 A = 9 / 1,5 ✔
Circuitos mixtos
Combinan tramos en serie y en paralelo. Para resolverlos: (1) identificar los subcircuitos en serie o en paralelo y resolver cada uno; (2) calcular la resistencia equivalente total; (3) aplicar la Ley de Ohm en todo el circuito.
Ejercicio 3 · Circuito mixto: R₁ en serie con el paralelo de R₂ y R₃. Esquema original.
Ver solución del ejercicio 3
- Paralelo R₂∥R₃ = (4 × 12) / (4 + 12) = 48 / 16 = 3 Ω
- Resistencia total = R₁ + 3 = 3 + 3 = 6 Ω
- Intensidad total: I = 9 / 6 = 1,5 A
- V en R₁ = 1,5 × 3 = 4,5 V
- V en el paralelo (R₂ y R₃) = 9 − 4,5 = 4,5 V (mismo en las dos)
1.2.6 Potencia eléctrica
Es la energía que un dispositivo consume o genera por unidad de tiempo. Se mide en vatios (W): P = V × I. Con la Ley de Ohm también P = I² × R y P = V² / R. En informática es clave: determina la eficiencia energética y el calor generado.
Practica con el boletín 3 de ejercicios: potencia y energía.
1.3 Componentes eléctricos y electrónicos
Estos son los símbolos normalizados de los componentes que se estudian en el tema. Reconocerlos es imprescindible para leer un esquema.
Figura 1.4 · Símbolos normalizados de los componentes. Esquemas originales.
1.3.1 Pilas y baterías
Almacenan energía química y la convierten en energía eléctrica. Una pila suele ser una única celda; una batería es un conjunto de celdas en serie o paralelo. Ambas tienen dos polos (positivo y negativo) y generan corriente continua. Tipos: alcalinas (mandos, relojes), iones de litio (móviles, portátiles, vehículos) y plomo-ácido (SAI, automóviles). Parámetros: capacidad (Ah), voltaje nominal y corriente de descarga.
1.3.2 Interruptores
Permiten o interrumpen el paso de la corriente mediante dos contactos que pueden estar abiertos (no pasa) o cerrados (pasa). Tipos: unipolares, bipolares, multipolares; de palanca, botón pulsador y deslizantes. Usos: control de dispositivos, selección de modo y seguridad (corte de alimentación).
1.3.3 Pulsadores
Son un tipo de interruptor para activar una función (teclas de un teclado, botones de un mando). Tres tipos: acción momentánea (solo mientras se pulsa), de enclavamiento (cambia de estado y de posición) y alterada (cambia de estado pero no de posición).
1.3.4 Fuentes de alimentación
Convierten la corriente alterna de la red en una o varias corrientes continuas para los componentes del equipo (procesador, RAM, discos, periféricos). Características: tipos de salida (+12 V, +5 V, +3,3 V), potencia (W), eficiencia, tipo (ATX, microATX…), conectores (SATA, PCIe…), protecciones (sobretensión, cortocircuito, sobrecarga) y refrigeración. Se estudian a fondo más adelante en el módulo.
1.4 Resistencias
Componente diseñado para introducir una resistencia concreta al paso de la corriente; disipa energía en forma de calor y regula la corriente. Características: valor nominal (Ω), tolerancia (margen de error: 100 Ω ±5 % → entre 95 y 105 Ω), potencia (W), tipo (película de carbono, película metálica, alambre bobinado) y coeficiente de temperatura. En los ordenadores aparecen en fuentes de alimentación, placas base, tarjetas gráficas y circuitos de interfaz (USB, HDMI, SATA).
Figura 1.5 · Código de colores de una resistencia de 4 bandas: rojo · negro · verde · oro → 20 × 10⁵ Ω ± 5 % = 2 MΩ ± 5 %. Esquema original.
| Color | Dígito | Multiplicador |
|---|---|---|
| Negro | 0 | 10⁰ |
| Marrón | 1 | 10¹ |
| Rojo | 2 | 10² |
| Naranja | 3 | 10³ |
| Amarillo | 4 | 10⁴ |
| Verde | 5 | 10⁵ |
| Azul | 6 | 10⁶ |
| Violeta | 7 | 10⁷ |
| Gris | 8 | 10⁸ |
| Blanco | 9 | 10⁹ |
Tolerancia: Oro ±5 %, Plata ±10 %. Hay resistencias de 4, 5 y 6 bandas (a más bandas, más precisión y datos como el coeficiente térmico).
1.4.1 Resistencias SMD
(Surface Mount Device) Se montan directamente sobre la superficie de la placa (PCB), sin agujeros pasantes. Son compactas y permiten diseños más densos y una producción más eficiente.
1.4.2 Potenciómetros
Resistor ajustable de tres terminales con un contacto deslizante o giratorio que forma un divisor de voltaje variable. Características: tipo de ajuste (giratorio/deslizante), valor nominal (Ω), tolerancia, potencia (W) y linealidad (lineal o logarítmico). Usos: volumen, brillo/contraste, velocidad de un ventilador…
1.4.3 Condensadores (capacitores)
Almacenan energía en un campo eléctrico entre dos placas separadas por un dieléctrico. Características: capacidad (faradios, F; en informática de pF a mF), tipo de dieléctrico (cerámica, tantalio, polímeros), tolerancia, voltaje máximo y polaridad (los electrolíticos son polares; los cerámicos no). Usos: filtrado de alimentación, gestión de señales, arranque de motores y memoria (DRAM).
1.4.4 Diodos
Semiconductor de dos terminales (ánodo y cátodo) que deja pasar la corriente en una sola dirección. Características: umbral de conducción (~0,7 V en silicio), corriente directa máxima, voltaje inverso máximo y tipos (rectificadores, LED, Zener, Schottky…). Usos: rectificación (CA→CC), regulación de voltaje (Zener), indicadores (LED) y protección contra retroceso. El LED emite luz al aplicarle voltaje; en informática se usa sobre todo como indicador de estado e iluminación.
1.4.5 Transistores
Semiconductor que actúa como amplificador o interruptor. Tres regiones: emisor, base y colector (bipolares, BJT) o fuente, puerta y drenaje (efecto de campo, FET/MOSFET). Un pequeño cambio en el terminal de control produce un gran cambio en la corriente entre los otros dos. Usos: microprocesadores (millones de transistores), regulación de potencia, amplificación y conmutación.
1.4.6 Circuitos integrados
Conjunto de componentes (transistores, resistencias, condensadores…) interconectados y encapsulados en un único chip de silicio, con pines soldados a la placa. En los equipos: microprocesadores, memorias RAM/ROM, tarjetas gráficas y controladores. Escalas de integración por número de transistores:
| Escala | Transistores |
|---|---|
| SSI (pequeña) | 10 – 100 |
| MSI (media) | 101 – 1.000 |
| LSI (grande) | 1.001 – 10.000 |
| VLSI (muy grande) | 10.001 – 100.000 |
| ULSI (ultra grande) | 100.001 – 1.000.000 |
| GLSI (giga grande) | más de 1.000.000 |
La Ley de Moore observó que el número de transistores de un chip se duplica aproximadamente cada dos años; no es una ley física sino una tendencia empírica, muy precisa durante décadas y hoy en desaceleración.
1.5 Aparatos de medición
- Voltímetro: mide el voltaje entre dos puntos. Dos tomas (roja = positivo, negra = negativo). Analógico (aguja) o digital.
- Amperímetro: mide la intensidad. Se conecta en serie. Analógico o digital.
- Óhmetro: mide la resistencia entre dos puntos aplicando una corriente. Los de alta precisión usan cuatro terminales (contactos Kelvin) para descontar la resistencia de los cables de medida.
- Multímetro (polímetro o tester): mide varias magnitudes (voltaje, intensidad, resistencia, capacidad…). Analógico, digital o híbrido. Es la herramienta de diagnóstico básica del técnico.
- Osciloscopio: representa gráficamente señales eléctricas en el tiempo. Muy versátil para mediciones.
Ejercicios
Los tres ejercicios resueltos de arriba, más dos boletines de circuitos (9 de repaso y 5 mixtos), están en la página de ejercicios del tema, con cada circuito redibujado como esquema.
Cuando los tengas, pasa a las prácticas del tema: son las evaluables y ahí ya se mide de verdad, primero en simulador y luego sobre protoboard.