Componentes Electrónicos y Voltaje en Arduino

Componentes Electrónicos en Proyectos Arduino

• Los componentes principales en proyectos Arduino incluyen: resistencias, condensadores, transistores, circuitos integrados (CI), interruptores, relés y motores.
• Estos componentes se utilizan comúnmente en proyectos de robótica.
• Es fundamental aprender sobre los componentes electrónicos básicos antes de explorar sensores y proyectos.

Voltaje

• Es una magnitud física que impulsa los electrones a lo largo de un conductor en un circuito eléctrico cerrado.
• La unidad de medida del voltaje es el Voltio (V).
• El voltímetro es el instrumento utilizado para medir el voltaje.

Voltaje DC (Corriente Continua)

• Es el flujo continuo de electrones a través de un conductor entre dos puntos con diferente potencial.
• En la corriente continua, las cargas eléctricas circulan siempre en la misma dirección.
• La corriente continua mantiene siempre la misma polaridad.
• En la norma sistemática europea, el color negro corresponde al negativo y el rojo al positivo.
• El positivo se simboliza con VCC, +, VSS; el negativo con 0V, -, GND.
• Muchos aparatos con electrónica (audiovisuales, computadoras) necesitan corriente continua para funcionar.
• Se utilizan fuentes de alimentación como baterías, pilas o los cargadores de computador para proporcionar corriente continua.

Voltaje AC (Corriente Alterna)

• Es la corriente eléctrica en la que la magnitud y dirección varían cíclicamente.
• La forma de onda más común de la corriente alterna es la onda seno.
• El voltaje AC llega a las tomas de electricidad de hogares y empresas.
• Las señales de audio y radio transmitidas por cables eléctricos son ejemplos de corriente alterna.
• En estos casos, el objetivo principal es la transmisión y recuperación de información codificada sobre la señal AC.

Corriente

• Es el flujo de electrones a través de un conductor o semiconductor en un sentido.
• La unidad de medida de la corriente es el amperio (A).
• Una corriente eléctrica produce un campo magnético que se puede aprovechar en electroimanes, principio de funcionamiento de un motor.
• El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro, calibrado en amperios, llamado amperímetro.
• El amperímetro se coloca en serie con el conductor para medir su intensidad.

Resistencia

• Es la propiedad física de los materiales que se oponen al flujo de la corriente.
• La unidad de resistencia es el Ohmio (Ω).
• Las resistencias son útiles para limitar el paso de la corriente y se encuentran en calefactores eléctricos, tarjetas electrónicas y estufas.

Ley de Ohm

• La corriente (I) que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional al voltaje (V) e inversamente proporcional a la resistencia (R).

Variable Digital

• Las variables digitales, también llamadas discretas, se caracterizan por tener dos estados diferenciados y se pueden llamar binarias.
• Son fáciles de tratar utilizando los valores Verdadero (V) y Falso (F) o 1 y 0, respectivamente.
• Un ejemplo de señal digital es el interruptor del timbre, que tiene dos estados: pulsado y sin pulsar.
• Ejemplos de valores digitales:
  • 2 - 5v corresponde a Encendido/High/1
  • 0 - 0.8v corresponde a Apagado/Low/0

Variable Análoga

• Las variables análogas pueden tomar un número infinito de valores entre dos límites.
• Señales como sonido, temperatura, voz y video son señales análogas.

Division de Voltaje

• El divisor de voltaje es una configuración de circuito eléctrico que reparte el voltaje de una fuente (Vin) entre una o más resistencias (R1, R2) conectadas en serie.

Conversor Análogo-Digital (CAD o ADC)

• El CAD es un dispositivo electrónico que convierte una entrada analógica de voltaje en un valor binario.
• Se utiliza en equipos electrónicos como computadoras, grabadoras de sonido y video, y equipos de telecomunicaciones.
• La señal analógica se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija, obteniéndose una señal digital a la salida.

Modulación por Ancho de Pulso (PWM)

• La modulación por ancho de pulsos (PWM) es una técnica que modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica.
• Se utiliza para transmitir información o controlar la cantidad de energía enviada a una carga.
• Aplicar PWM a un LED permite variar su intensidad de brillo.
• Aplicar PWM a un motor DC permite variar su velocidad manteniendo su par constante.

Microcontrolador

• Es un circuito integrado programable capaz de ejecutar órdenes grabadas en su memoria.
• Está compuesto de varios bloques funcionales que cumplen tareas específicas.
• Incluye tres unidades funcionales principales: unidad central de procesamiento (CPU), memoria y periféricos de entrada/salida (I/O).
• Para controlar algún proceso, es necesario crear y grabar un programa en la memoria EEPROM del microcontrolador.
• El programa puede ser escrito en lenguaje ensamblador u otro lenguaje para microcontroladores.
• Debe ser codificado en sistema numérico hexadecimal.
• El microcontrolador necesita ser alimentado con el voltaje adecuado y asociado a dispositivos analógicos y discretos para su funcionamiento.

Protoboard

• Es una placa reutilizable para construir prototipos de circuitos electrónicos sin soldadura.
• Está compuesta por bloques de plástico perforados y láminas delgadas de aleación de cobre, estaño y fósforo.

Resistencia (Componente)

• Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa.
• Se opone al paso de la corriente.
• La corriente máxima de un resistor viene determinada por la potencia máxima que puede disipar su cuerpo.
• La potencia se puede identificar visualmente por el diámetro.
• Los valores más comunes son 0.25 W, 0.5 W y 1 W.
• El valor de la resistencia eléctrica se obtiene leyendo las cifras, multiplicándolas por el multiplicador y obteniendo el resultado en Ohmios (Ω).

Tabla de Colores de las Resistencias

• Describe la correspondencia entre los colores de las bandas en una resistencia y sus respectivos valores numéricos, multiplicadores y tolerancias.

Ejemplo de Resistencia (Código de Colores)

• Para una resistencia de 2,700,000 Ω (2.7 MΩ) con tolerancia de ±10%:
  • 1ª cifra: rojo (2)
  • 2ª cifra: violeta (7)
  • Multiplicador: verde (100,000)
  • Tolerancia: plateado (±10%)

Códigos de Rotulado para Resistores

• No todos los resistores se codifican con bandas de color.
• Los resistores de montaje superficial utilizan un marcado tipográfico para indicar su valor y tolerancia.
• Los códigos de rotulado pueden ser numéricos o alfanuméricos.

Rotulación Numérica

• Utiliza tres dígitos para indicar el valor de la resistencia.
• Los dos primeros dígitos proporcionan los primeros dos dígitos del valor de resistencia.
• El tercer dígito corresponde al multiplicador o cantidad de ceros después de los primeros dos dígitos.

Rotulación Alfanumérica

• Utiliza un rótulo de tres o cuatro caracteres con dígitos y letras.
• Generalmente, se compone de solo tres dígitos, o de dos o tres dígitos y una de las letras R, K o M.
• La letra indica el multiplicador y su posición señala el lugar del punto decimal.
• Significado de las letras:
  • R: Multiplicador de 1 (sin ceros adicionales)
  • K: Multiplicador de 1,000 (tres ceros adicionales)
  • M: Multiplicador de 1,000,000 (seis ceros adicionales)

Diodo

• Es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica en un solo sentido.
• Tiene dos partes: el cátodo y el ánodo.

Transistor

• Es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.
• Tiene tres partes: la base (B), el emisor (E) y el colector (C).
• Se encuentran prácticamente en todos los aparatos domésticos de uso diario.

Condensador

• Es un dispositivo utilizado en electrónica para almacenar energía sustentando un campo eléctrico.
• Está formado por un par de superficies conductoras separadas por un material dieléctrico o por el vacío.
• Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una carga eléctrica, positiva en una y negativa en la otra.

LED (Diodo Emisor de Luz)

• Es un diodo semiconductor que emite luz.
• Se usa como indicador en muchos dispositivos y en iluminación.
• Ofrece ventajas como menor consumo de energía, mayor tiempo de vida, menor tamaño, gran durabilidad y fiabilidad.
• Tiene una polaridad; si se conecta al revés, se puede quemar.

LED RGB

• Es un LED que incorpora en su mismo encapsulado tres LEDs.
• Es RGB por las siglas de R (red, rojo), G (green, verde) y B (blue, azul).
• Permiten formar miles de colores ajustando de manera individual cada color.
• Los tres LEDs están unidos por el negativo o cátodo.

Pulsador

• Se utiliza para activar una función.
• Los botones son activados al ser pulsados.
• En su interior tiene dos contactos:
  • NA (normalmente abierto)
  • NC (normalmente cerrado)

Reed Switch

• Es un interruptor eléctrico activado por un campo magnético, por ejemplo, con un imán.
• Si los contactos están normalmente abiertos, se cierran en presencia de un campo magnético.
• Si los contactos están normalmente cerrados, se abren en presencia de un campo magnético.
• Se utiliza en sensores de alarmas antirrobo en puertas y ventanas.

Potenciómetro

• Es una resistencia cuyo valor es variable.
• Permite controlar la intensidad de corriente en un circuito al conectarlo en paralelo.
• En serie permite controlar el voltaje.
• Se utiliza como elemento de control en aparatos electrónicos para variar los parámetros de funcionamiento.

Fotocelda

• Es una resistencia cuyo valor en ohmios varía ante las variaciones de la luz incidente.
• Presenta un bajo valor de resistencia ante la presencia de luz.
• Presenta un alto valor de resistencia ante la ausencia de luz.
• Se encuentra en cámaras, medidores de luz, relojes con radio, alarmas de seguridad y sistemas de alumbrado público.

Zumbador o Buzzer

• Es un transductor electroacústico que produce un sonido o zumbido continuo o intermitente de un mismo tono.
• Sirve como mecanismo de señalización o aviso.
• Se utiliza en automóviles y electrodomésticos.
• Está basado en un sistema electromecánico similar a una campana eléctrica.
• Su construcción consta de dos elementos: un electroimán y una lámina metálica de acero.
• Puede conectarse a circuitos integrados especiales para lograr distintos tonos.

Motor DC

• Es una máquina que convierte la energía eléctrica en energía mecánica, provocando un movimiento rotatorio.
• Su fácil control de posición, paro y velocidad la hacen versátil.
• Se utiliza en la tracción de carros de juguetes de pilas y en las llantas de los robots.