Electrónica 3.º ESO: componentes electrónicos explicados con simulador

¿Qué es la electrónica y en qué se diferencia de la electricidad?

Las dos trabajan con corriente eléctrica, así que la pregunta es legítima. La diferencia no está en el fenómeno, sino en para qué se usa la corriente.

En electricidad, la corriente transporta energía: mueve un motor, calienta una resistencia, enciende una bombilla. En electrónica, la corriente lleva información: mide, decide y controla. Una estufa es electricidad; el termostato que decide cuándo encenderla es electrónica.

De esa idea sale la primera clasificación de los componentes electrónicos, y conviene tenerla clara desde el principio porque vertebra toda la unidad:

Una advertencia que ahorra confusiones: el criterio que usamos aquí es «¿amplifica?», y con él el diodo y el LED son pasivos —transforman o cortan, pero no amplifican—. Encontrarás libros que los llaman activos por estar hechos de semiconductor: son dos formas distintas de clasificar. Elige una y sé coherente.

Resistencias y condensadores: los dos pasivos que más vas a usar

La resistencia y su código de colores

Una resistencia limita el paso de la corriente. Su valor se mide en ohmios (Ω) y, como el componente es diminuto, no cabe escribirlo: se marca con bandas de colores. Las dos primeras bandas son cifras, la tercera dice cuántos ceros añadir y la cuarta —dorada o plateada— es la tolerancia.

El condensador y el tiempo de carga

Un condensador almacena carga entre dos placas separadas por un aislante. Su capacidad se mide en faradios (F), una unidad enorme: en la práctica se usan microfaradios (µF), nanofaradios (nF) y picofaradios (pF), saltando de mil en mil.

Lo interesante es que tarda en cargarse, y ese retardo se puede calcular y usar. La fórmula que se aprende en 3.º ESO es:

t = 5 · R · C

donde t es el tiempo de carga en segundos, R la resistencia en ohmios y C la capacidad en faradios (no en microfaradios: ese es el error de siempre).

Ejemplo resuelto: ¿cuánto tarda en cargarse?

Una resistencia de 1 kΩ con un condensador de 2200 µF:

1. Pasa las unidades: 1 kΩ = 1000 Ω y 2200 µF = 0,0022 F.
2. Multiplica: t = 5 × 1000 × 0,0022 = 11 segundos.

Y al revés, que es como aparece en los exámenes: si quieres un flash de 5 segundos con una resistencia de 500 Ω, despejas C = t ÷ (5·R) = 5 ÷ 2500 = 0,002 F = 2000 µF. Los dos resultados están comprobados en el simulador de la unidad: dan 11,00 y 5,00 segundos exactos.

Componentes que notan lo que pasa fuera

Aquí es donde la electrónica empieza a parecerse a lo que hace por ti cada día. Hay resistencias cuyo valor no es fijo: cambia con la luz, con la temperatura o con un mando. Son la forma más sencilla que tiene un circuito de enterarse del entorno.

Los rangos son enormes, y por eso funcionan tan bien como sensores. En el simulador de la unidad, la LDR pasa de 100 Ω con luz plena a 1 MΩ a oscuras —diez mil veces más—, y la NTC va de 28,7 kΩ a 0 °C hasta 987 Ω a 100 °C.

Un truco para no confundir NTC y PTC: la N es de negativo, la resistencia va al revés que la temperatura; la P es de positivo, van a la par. Y ojo, porque en el esquema se dibujan igual: solo los distingue la marca −t o +t.

Semiconductores y diodos

Un semiconductor no conduce bien ni aísla bien: está en medio, y esa es su gracia, porque podemos decidir cuándo deja pasar la corriente. El material es el silicio, que es básicamente arena y el segundo elemento más abundante de la corteza terrestre.

Silicio puro no sirve de mucho. Lo que lo convierte en un componente es doparlo: añadirle unos pocos átomos de otro elemento por cada millón, para cambiarle el comportamiento. Hay dos formas, opuestas: el tipo N tiene electrones libres de sobra y el tipo P tiene huecos, sitios donde falta un electrón.

Un diodo es exactamente eso con dos patillas: solo deja pasar la corriente en un sentido. Sus patillas se llaman ánodo y cátodo, y la corriente va del ánodo al cátodo, nunca al revés. Montarlo con el + hacia el ánodo es polarización directa (conduce); al revés es polarización inversa (bloquea).

La regla práctica: en el símbolo, la barra marca el cátodo; en el componente real, la franja pintada es lo mismo. Si montas un diodo y no pasa corriente, lo primero que hay que mirar es si está del revés.

Con la misma unión P-N se fabrican tres componentes con oficios distintos: el rectificador (protege y convierte alterna en continua), el LED (que al conducir emite luz) y el Zener (que trabajando en inversa mantiene fija su tensión aunque la de entrada cambie).

Un dato que se entiende mejor midiendo que leyendo. Con la misma pila de 9 V y la misma resistencia de 470 Ω, medido en el simulador de la unidad:

• Un diodo de silicio se queda 0,73 V y deja pasar 17,60 mA.
• Un LED se queda 1,81 V y deja pasar 15,30 mA.

Los dos conducen en un solo sentido; la diferencia es lo que cuesta cruzarlos, y esa tensión de más que pide el LED es la que sale en forma de luz.

El transistor: el componente que lo cambió todo

Todo lo anterior es pasivo: limita, almacena o corta. El transistor es distinto, y es lo que separa de verdad la electrónica de la electricidad: con una corriente diminuta en una patilla controla otra mucho mayor entre las otras dos.

Sus tres patillas tienen nombre y papeles distintos: la base es la que manda, el colector por donde entra la corriente grande y el emisor por donde salen las dos juntas. Hay dos familias, NPN y PNP, según el orden de las capas de silicio, y en el símbolo solo las distingue hacia dónde apunta la flecha del emisor.

Cuánto amplifica: la ganancia

La ganancia es cuántas veces mayor es la corriente de colector que la de base. Y aquí hay una lección que sorprende a casi todos los alumnos: no basta con poner el transistor, hay que darle la corriente de base adecuada. Estas medidas salen del simulador de la unidad, con un LED y su resistencia de 470 Ω:

Mira la primera fila: con 470 Ω el LED se enciende igual, así que a simple vista parece que funciona. Pero por la base están pasando 17,52 mA para controlar 15,27: gasta más de lo que maneja. En clase esto es lo que mejor funciona para explicar la ganancia —que el alumno vea encenderse el LED y descubra, midiendo, que el montaje está mal—, y es exactamente la razón por la que construí el simulador con polímetro.

Además de amplificar, el transistor sirve para encender y apagar sin partes móviles y millones de veces por segundo. Encadena eso miles de millones de veces y tienes un microprocesador: el chip de un móvil actual lleva más de 15.000 millones de transistores haciendo de interruptor.

Pruébalo en el simulador «Laboratorio de electrónica»

Nada de esto se aprende del todo leyendo. El simulador de la unidad tiene una protoboard de verdad —con sus tiras conectadas por dentro, como la del taller— donde los componentes se colocan con dos toques: eliges la pieza y tocas los dos agujeros. Lleva polímetro para medir entre dos puntos cualesquiera, mandos de luz y temperatura para probar los sensores, y doce retos que se corrigen solos: verás las casillas marcarse mientras montas.

Y el LED se quema si te pasas de corriente, que es la mejor forma de aprender por qué siempre lleva resistencia en serie.

Cómo usarlo

Al abrirlo por primera vez sale un tutorial de ocho pasos que va iluminando cada parte. Después: toca un componente de la paleta, toca los dos agujeros donde va, y repite. La pila se conecta a los raíles de los bordes. Si algo no encaja, puedes mover una pieza sin deshacer el montaje o quitar un cable. Y con el botón de retos eliges cuál quieres intentar.

El proyecto: un alumbrado automático

La unidad termina construyendo algo que existe en tu calle: una farola que se enciende sola al anochecer. Junta tres de los componentes que has visto —la LDR que detecta, el transistor que decide y el LED con su resistencia que ilumina— y es, en pequeño, un automatismo completo.

El montaje es un divisor de tensión: una resistencia de 100 kΩ desde el positivo hasta la base y la LDR desde la base hasta masa. A oscuras la LDR sube a 1 MΩ, casi toda la tensión se queda en la base y el transistor conduce. Con luz, la LDR baja a 100 Ω, se lleva la base a masa y el transistor corta.

Medido en el simulador, la farola conmuta a mitad del recorrido del mando de luz, y no de golpe:

• 0 % de luz (noche cerrada) → 14,92 mA: encendida.
• 40 % → 10,86 mA: encendida, más floja.
• 50 % → 2,98 mA: a punto de apagarse.
• 55 % → 0,01 mA: se apaga.

Esa bajada gradual es el transistor trabajando en zona activa antes de cortar del todo.

Y aquí conecta con algo más grande: multiplica esa farola por todas las de un municipio y tienes una política de ahorro energético. El sensor es el ahorro.

Dudas frecuentes