ORMEIG DE

PRÀCTIQUES D’ELECTRÒNICA

Albert Gras Martí Marisa Cano Villalba

49

Materials de suport a la docència en valencià

DEPARTAMENT DE FÍSICA APLICADA

Albert Gras Martí (agm@ua.es) Marisa Cano Villalba (mcv@ua.es) http://www.ua.es/dfa/agm L'edició d'aquest material s'ha fet dins el marc del conveni per a la promoció de l'ús del valencià signat per la Universitat d'Alacant amb la Conselleria de Cultura i Educació de la Generalitat Valenciana. Alacant, maig de 2003 Edició: Universitat d'Alacant. Secretariat de Promoció del Valencià http://www.ua.es/spv/ColJoanFuster.html Apartat de Correus 99 - 03080 Alacant

A/e: S.proval@ua.es tel. 96 590 34 85

Maquetació: Robert Escolano Reproducció: Limencop Universitat d’Alacant. Edifici de Ciències Socials – Planta baixa

http://impresiondigital.limencop.ua.es tel. 96 590 34 00 Ext. 2784

Índex

Dedicatòria................................................................................................... v Presentació .................................................................................................vii Introducció .................................................................................................. ix Addicte a l’electrònica!................................................................................ 1 Fase I de l’ormeig de pràctiques d’electrònica ............................................ 3

Descripció de l’ormeig (equip) de treball .................................................... 5

Pràctiques..................................................................................................... 9 1. Mesura de resistències i característiques de la placa base ............... 11

Apèndix A. Convencions en els dispositius electrònics................... 13

2. El circuit bàsic amb un LED ............................................................ 15

3. Mesura de diferències de potencial (DDP)

i de la força electromotriu (FEM) de la pila .................................... 17

4. Resistències en sèrie ......................................................................... 19

5. Resistències en paral∙lel ................................................................... 21 6. Mesura de la intensitat del corrent elèctric....................................... 23

7. El díode: característiques.................................................................. 27

Apèndix B. Conveni de circulació del corrent

elèctric en un circuit. Què s’hi mou realment .................................. 29

8. LED en sèrie ..................................................................................... 31

9. LED en paral∙lel ............................................................................... 33

10. El transistor: elements ...................................................................... 35

11. El transistor: característiques bàsiques............................................. 37

12. Comprovació d’un transistor ............................................................ 39

13. El transistor: funcionament .............................................................. 41

14. Detector del nivell d’aigua ............................................................... 43 Còpies de la placa base de treball .............................................................. 47

Fase II de l’ormeig d’electrònica............................................................... 49

Descripció de l’ormeig (equip) de treball.................................................. 51

Pràctiques .................................................................................................. 53

15. Regulador de llum............................................................................ 55

16. El condensador: càrrega i descàrrega............................................... 57

17. Temporitzadors ................................................................................ 61

18. El condensador i els corrents variables ............................................ 63

19. Control lluminós .............................................................................. 67

20. Encesa automàtica d'enllumenat. Interruptor crepuscular ............... 69

21. Semàfor electrònic ........................................................................... 71

22. Alarma amb llum permanent............................................................ 73

23. Multivibrator astable ........................................................................ 75 Còpies de la placa base de treball.............................................................. 77

Dedicatòria A la meua filla Azalea, que es va llençar amb més il·lusió que no pas jo a fer els experiments d’un joc d’electrònica i em va convèncer que pagava la pena l’esforç. A totes les alumnes i a tots els alumnes del grup d’ensenyament en català del curs 1997-98 que es van prestar a l’experiment educatiu.

Nota Aquests materials didàctics estan basats en Scantron S.N.1, fabricat per Juegos Scala S.A., Miranda de Ebro (Burgos). És un “joc” per a majors de 7 anys.

AGV-11

vii

Presentació

Des de l’equip de govern de la Universitat d’Alacant valorem la docència en valencià com un component molt positiu en la formació universitària dels futurs professionals llicenciats o diplomats en aquesta Universitat. És una obligació de la Universitat formar professionals eficient que el dia de demà coneguen bé la realitat que els envolta i hi presten amb normalitat els seus serveis. Per això, el domini del valencià propi de l’especialitat tècnica o científica d’aquests estudiants és fonamental per a entendre i per a gestionar el procés de desenvolupament de la societat valenciana i també per a integrar-s’hi amb total normalitat.

Aquest material docent que ara presentem és un resultat més d’aquesta filosofia que impregna l’actual equip de govern de preparar professionals que puguen fer un servei en la societat que ha creat i que manté la Universitat d’Alacant. Per a fer possible que els alumnes actuals, i també els futurs, de la Universitat puguen exercir competentment la seua professió en valencià, hem d’estimular un procés previ d’una certa complexitat que, per les seues característiques, ha de ser lent per necessitat: preparar bons professors que puguen impartir la docència en valencià i disposar de materials de suport adequats.

Per ajudar a aconseguir això, en els darrers anys hem fet convocatòries d’ajudes per a elaborar materials docents en valencià. L’objectiu que hi ha darrere d’aquestes convocatòries és començar a publicar, a poc a poc, materials que tinguen la qualitat suficient. Aquestes iniciatives de suport a l’ús del valencià com a llengua de creació i de comunicació científica són possibles gràcies a l’ajuda de la Generalitat Valenciana (Conselleria de Cultura, Educació i Ciència. Direcció General d’Ordenació i Innovació Educativa i Política Lingüística), a través del conveni per a la promoció de l’ús del valencià, i també al suport de la CAM.

Salvador Ordóñez Delgado Rector

ix

Introducció Diuen que la física és una ciència experimental; tanmateix quasi cap alumna ni

cap alumne que inicia la carrera de Químiques ha fet pràctiques de física, ni ha trepitjat mai un laboratori d’una manera decent/docent. Però l’alumne típic de Química gaudeix de la “cosa” pràctica més que de la teoria.

Per altra banda, bona part de l’alumnat que inicia la carrera de Químiques no ha sentit parlar mai de temes com corrent elèctric, resistència elèctrica, potencial elèctric... (dins l’aula de l’Institutpotser els n’hauran parlat en la EGB, però aquests records es perden en la memòria del temps), per no esmentar els díodes, els transistors...

I, finalment, tot i que hem comprat sovint piles de 1.5 V, pocs de nosaltres seríem capaços d’explicar què signifiquen aquests volts. Potser, també, hem comprat un equip de ràdio o de música “a transistors”. Però, què és un transistor?1

Per tot això, i per moltes altres raons...

Aquestes notes són el resultat (sempre provisional i millorable) d’una experiència educativa basada en experiments casolans d’electricitat i, principalment, d’electrònica. Els components de l’ormeig (o equip o, fins i tot, joc) són elements de circuits, aparells de mesura, i material de laboratori, que l’alumna i l’alumne s’emporta a casa per a experimentar amb ells.

Periòdicament es lliuren fulls amb exercicis pràctics que l’alumna/e ha de fer a casa i, amb la mateixa periodicitat, fer arribar al professor per a la seua correcció.

Electricitat, electrònica, elements i mesures de corrent continu (cc): un projecte en 2 fases

La primera fase del projecte de laboratori casolà pretén donar les primeres passes en el món de la conducció elèctrica i de l’electrònica. Es manejaran resistències, LED, díodes i transistors. I s’introduirà el multímetre com a aparell de mesura. Tot el treball es basarà en el corrent continu proporcionat per una pila.

1 Aquí es pot contar una anècdota. El primer dia del laboratori de Física Aplicada pots trobar-te davant d’una pràctica d’electrònica que diga: Mesura les característiques d’un transistor. Desprès d’haver fet les activitats d’aquest ormeig, segur que no et passa com a uns alumnes de químiques que es van passar uns minuts buscant per damunt la taula de pràctiques on era la ràdio-transistor!

x Ormeig de pràctiques d’electrònica

La segona fase del projecte de laboratori casolà introdueix alguns elements nous, com ara els condensadors, les fotoresistències, els reòstats... i també aprofundeix en les aplicacions.

Manera de treballar i quadern de bitàcola (llibreta de laboratori)

No pots treballar amb fulls solts ni passar a net les mesures ni les anotacions que faces durant el treball pràctic a casa.

Has de dur un quadern de laboratori del què no es puguen arrancar fulls ni, tampoc, afegir-ne. Usa una llibreta de tapes molt fines preferiblement tipus A4, o A5 (no un bloc de moll tipus A4 o tipus foli, perquè són massa pesats a l’hora de corregir-los tots junts). Així serà molt més senzill el transport i la correcció continuada de la tasca periòdica.

Fes-hi anotacions de tot el què vas fent. No passes res “a net”: així evites errors i la introducció de dades falses. A banda, s’aprèn més de la lectura futura del quadern “en brut”, amb equivocacions i ratlles incloses, que d’uns fulls polits. Anota sempre la data i la hora en què fas cada cosa.

Anota en el quadern totes les incidències, pegues, problemes, suggeriments, o descobriments que faces durant la pràctica.

Gradació de les tasques

Aprendràs, a poc a poc, a fer servir el multímetre per a caracteritzar elements de circuit i els propis circuits elèctrics. Per tal d’estalviar-te “rotllo” en els guions de treball, les explicacions detallades es faran únicament la primera vegada que s’escaiga. Si tens cap dubte en pràctiques posteriors, fes referència a les pràctiques que ja hauràs fet!

La primera vegada que em vandonar el material... tot era unpoc estrany

Fins i tot... al principi vaigtenir alguns “problemetes”

I, per això, vaig haver deprendre les precaucionspertinents

El temps passava i tot va anarmillorant

Fins i tot... quasi quasi vaigarribar a l’addicció, i és que...quan alguna cosa t’agrada, totpareix més fàcil, no?

i cada vegada en volia més i més...

En necessite més...

Tant, que em va costar tornarel material...

Però ja he après a viure amb aquesta creu... Tot i que trobe a faltar elmeu “petit laboratori”

Per què el trobe a faltar? Perquè m’agradariaaprendre encara més i convertir-me en...

Fins prompte! (I ja saps: tu també hi cauràs...)

Ormeig de pràctiques d’electrònica

Laboratori d’electrònica casolà

I fase

Digues-m'ho i me n'oblidaré Mostra-m'ho i potser me'n recordaré Fes-m'hi participar i ho comprendré

Proverbi xinès

(Àngel Montes, 1997)

Primeres proves del TV electrònic en color

5

Descripció de l’ormeig (equip) de treball: fase I

Els 13 elements de l’ormeig2

• multímetre (polímetre o AVO): farà d’amperímetre, de voltímetre i d’ohmímetre)

• placa base de treball • pila de 9 V • cables contacte pila • díode 0A91 • 2 LED (roig i verd) • transistor BC549N (≡ BC239) • 4 resistències:

2 de 1 kΩ i 0.5 W 1 de 5 kΩ i 0.5 W 1 de 22 kΩ i 0.5 W

• cable elèctric (del tipus de les línies telefòniques, amb un sol fil conductor de coure en l’interior)

2 Ormeig: conjunt de les eines i instruments d’algun ofici o art, utillatge; aparell d’una nau; arreus d’un animal... (Diccionari de la llengua catalana, IEC, Barcelona, 1995).

Símbols d’alguns elements de treball d’uncircuit electrònic. I: interruptor (no s’usarà enaquestes pràctiques), P: polsador (tampocs’usarà), D: díodes (díode LED i díode model0A91), R: resistències, T: transistor, B:bateria.

4.7 1 k 22 1 k

vermell verd 0A9

BC239

I

D

I P

R

T B

6 Ormeig de pràctiques d’electrònica

Símbols dels aparells de mesura

AVO com a ohmímetre Ω

AVO com a amperímetre A

AVO com a voltímetre V

La placa base de treball

Com que els elements dels circuits han anat reduint-se en els darrers 20 anys més o menys, és habitual dissenyar i cablejar circuits senzills sobre un dispositiu anomenat placa base de treball (en anglès, protoboard o project-board).

Una placa base té centenars de petits forats de plàstic on es poden inserir cables de diàmetre petit. En el model de placa base que mostra la figura, els forats estan connectats elèctricament en columnes verticals de 5 forats a prop del centre de la placa. La part superior de la placa base té dues files horitzontals amb forats connectats en grups de 5. Igual ocorre en la part inferior.

La millor manera de treballar, habitualment, és connectar l’entrada de voltatge a les fileres llargues superiors o inferiors de punts connectats (un terminal de la pila a cada filera de forats); aquestes fileres fan, llavors, el paper de fonts de potència. I les connexions d’elements (com ara resistències, díodes, etc.) es poden fer posant cada pota a cavall entre les dues seccions centrals de la placa. D’aquesta manera guanyem en claredat en el muntatge i en la revisió.

AB

CD

E

FGHIJ

AB

FGHIJ

CD

E

KLMNO

KLMNO

135791113151719212325272931333537394143

135791113151719212325272931333537394143

Esquema de la placa base de treball. (Incloem còpies d’aquesta figura al final de cada fase del projecte, per a retallar-les i enganxar-les als informes de cada pràctica).

Descripció de l’ormeig de treball: fase I 7

Connexions a la placa base: cable conductor La placa base té l’aspecte general de la figura.

Els elements elèctrics i electrònics (resistències, díodes, etc.) poden introduir-se fàcilment en els forats de la placa base.

Els cables del multímetre i, potser, d’algun altre element no entren en la placa base perquè són massa gruixuts per als petits forats de la placa. Per a fer servir aquests cables has de connectar (enrotllar) als extrems un tros de cable conductor al qual hauràs pelat els dos extrems del tipus de cable telefònic, amb un sol fil conductor en l’interior3.

Cables de la pila a la placa base

Pots enganxar als borns de la pila dos trossos de cable amb els extrems pelats; els altres extrems van a la placa base.

Interruptors

En els esquemes dels muntatges electrònics que faràs, sovint hi apareix un interruptor, element que no figura en l’ormeig. L’hauràs de substituir de la manera següent. L’interruptor sol estar al costat de la pila. El paper de l’interruptor és, principalment, que no circule corrent pel circuit fins que l’hages acabat de muntar. També serveix per a augmentar la durada de la pila. Com que no tens interruptors, el que pots fer és, simplement, no connectar un dels terminals de la pila a la placa base fins que siga estrictament necessari.

En definitiva, pots simular l'efecte dels interruptors llevant resistències (o altres elements) del circuit i tancant el circuit amb la resistència (o els elements) que hi queden.

Polsadors

També apareixen polsadors en els esquemes, i no en tens cap en l’ormeig. Els hauràs de substituir de la manera següent. Els polsadors solen aparèixer en branques de circuits amb la finalitat de proporcionar camins alternatius o suplementaris al corrent elèctric. El que pots fer és curtcircuitar els dos punts on hauria d’estar el polsador. Això significa, en concret, que agafes un trosset de cable −al qual hauràs pelat un poc els extrems i hauràs deixat el conductor metàl∙lic a l’aire− i toques amb els extrems pelats del cable els dos punts de la placa base on figura el polsador; o bé toques, directament, les potes dels elements del circuit entre els quals vols fer el curtcircuit.

3 Els cables elèctrics habituals estan fets de molts cables fins interiors. (Pela’n un amb unes tisores o unes alicates, si no ho has fet mai). Els treball amb aquests cables i la placa base és molt més incòmode.

8 Ormeig de pràctiques d’electrònica

En definitiva, pots simular l'efecte dels polsadors amb un tros de fil amb el qual, tocant els dos extrems de la resistència, en curtcircuites una (o més) −en el cas dels polsadors no cal desmuntar res del circuit.

Pràctiques. Fase I

11

Pràctica 1. Mesura de resistències i característiques de la placa base

Mesura de resistències

Comencem parlant de resistència elèctrica R. Aquesta magnitud, que indica quant s’oposa un material al pas del corrent elèctric, es mesura en ohm. La unitat es representa pel símbol Ω la lletra grega omega).

L’aparell que faràs servir per mesurar una resistència elèctrica, el multímetre, també s’anomena, per aquesta raó, ohmímetre.

Originàriament els ohmímetres eren tots analògics (i el resultat es mostrava amb una agulla que indicava el valor de la mesura sobre una escala graduada). Avui dia solen ser digitals (i indiquen directament el resultat numèric de la mesura), com el de l’ormeig.

Ús de l’ohmímetre Has de tenir en compte sempre, les regles següents: 1. Engega el multímetre (segons el model que tingues ho faràs amb un botó

ON/OFF o girant el commutador d’escala). 2. Gira el commutador d’escala fins que estiga en el sector circular

corresponent a la mesura que anem a fer, resistència: Ω o OHM. 3. Les indicacions en cada posició del commutador d’escala són l’abast

d’aquesta escala. Així, si el fixes en l’escala que diu 200, podràs mesurar únicament fins a resistències màximes de 200 Ω. Si el fixes en la d’1 kΩ, la màxima mesura possible serà de 1 kΩ = 1000 Ω. En la de 20 M serà de 20 MΩ (= 20×106 Ω = 20 milions d’ohms).

4. Comença sempre per la posició de major abast (o fons d’escala); normalment, l’escala de 20 M (OHM) o, almenys, en una escala d’abast superior al valor de la resistència que vols mesurar.

5. Per a fer mesures, un dels cables de l’ohmímetre va sempre a l’eixida COM (que significa comuna).

6. Com que volem mesurar una resistència, l’altre cable de l’aparell de mesura ha d’anar a l’eixida que fa VΩ.

7. Si no estan en contacte els altres extrems dels cables de mesura, l’aparell indicarà un 1 i aquest valor estarà apegat a la part esquerra de la pantalla. Això significa que entre els dos cables de l’aparell hi ha resistència infinita. (En altres paraules, no pot circular corrent per l’aire que hi ha entre els dos borns de l’ohmímetre).

Mesura de R • Commutador en Ω • Cable en COM • Cable en VΩ • I aïlla la resistència

12 Ormeig de pràctiques d’electrònica

8. Si poses en contacte els extrems dels cables de l’ohmímetre, l’aparell ha de marcar 0 Ω en totes les escales excepte, potser, en les escales de menor abast (200 Ω, per exemple). Fes-ne la prova.

9. Fes contacte a la resistència amb els extrems dels cables de mesura; gira, si escau, el commutador d’escala fins que quede en l’escala de major sensibilitat (la de menor abast o fons d’escala).

10. Quan mesures una resistència amb l’ohmímetre, sempre s’ha d’aïllar del circuit (treure-la).

Tasques

1a) Les resistències de l’ormeig (i el codi de color) 1. Mesura les resistències del joc amb l’ohmímetre (intenta no tocar-les amb les

mans mentre fas la mesura). (Recorda la regla IX anterior). 2. Compara les resistències mesurades amb el valor nominal (veges el codi de

colors de l’apèndix A). Fes una taula com la següent... 3. Mesura la resistència que tens entre dos dits de mans distintes, i entre dos de

la mateixa mà, i compara-la amb els valors anteriors.

R, segons el codi de colors

R, mesura AVO (en diverses escales)

Escala en què has fet la mesura

4. Mesura de nou les resistències del joc amb l’ohmímetre (però ara agafa-les amb les mans mentre fas la mesura). Notes cap diferència en els resultats?

2a) La placa base de treball Recorda que has de suplementar els cables de l’ohmímetre amb uns trossos de

cables fins, perquè puguen entrar en els forats de la placa base de treball.

1. Investiga la placa de treball amb l’ajut de l’Òhmímetre. Fes servir l’Òhmímetre per a saber si dos punts (per exemple, el punt G37 i el G15) estan connectats entre si. Si ho estan, l’Òhmímetre indicarà 0 Ω (en totes les escales). Si els dos punts no estan connectats elèctricament, marcarà ∞ Ω (veges la regla VII anterior).

2. Se suposa que cadascuna de les columnes de 5 connexions, designada per un mateix nombre i 5 lletres diferents, estan connectades elèctricament. És a dir, es tracta del mateix punt del circuit que muntes. Comprova-ho. I com estan connectades, eventualment, les files exteriors A, B i D E?

3. Fes un esquema de com està connectada, per dins, la placa base de treball. (Nota sobre la placa base de treball: no importa si la teua placa no té la mateixa numeració o les lletres que la que et mostra la figura. Només interessa la idea).

Qüestions a) Quins valors de resistència elèctrica són típics a casa (bombeta elèctrica,

estufa, forn...)? b) Quina resistència elèctrica té un tros de cable de l’ormeig? c) Veges en algun llibre com es defineix un ohm (1 Ω).

1 .

Quan apareix un “1” en lapantalla de l’ohmímetre, elvalor de la resistència éssuperior a l’abast (fonsd’escala).

13

Apèndix A. Convencions en els dispositius electrònics

Recordatori: el multímetre o AVO

(A) Mesura d’intensitat amb l’amperímetre: s’ha de fer sempre després d’obrir el circuit pel punt per on es vol mesurar la intensitat. Una vegada obert (o tallat) el circuit, s’hi han generat dos punts, entre els quals s’intercala l’amperímetre.

(V) Mesura de diferència de potencial amb el voltímetre: s’ha de fer sempre sense modificar el circuit i tocant amb els terminals del voltímetre els dos punts entre els quals es vol mesurar la DDP.

(O) Mesura de resistències: sempre s’ha d’aïllar la resistència que es vol mesurar, o l’associació de resistències, de la resta del circuit. Aleshores ja s’hi poden connectar els terminals de l’ohmímetre.

Codi de colors de les resistències

Els colors que tenen les resistències responen a un conveni d’identificació que ve en la taula següent. Pot ser útil aprendre a usar-lo, però si et classifiques les resistències de l’equip de manera adequada no hauràs de fer-lo servir massa. A banda, sempre és més segur usar l’AVO i mesurar la resistència que tens entre mans.

Per a fer servir la taula amb el codi de colors, has de col∙locar a la dreta el costat de la resistència que té una franja platejada o daurada, igual que en la figura. Aleshores, el darrer dígit indica la tolerància (o l’error en el valor nominal de la resistència), l’anterior és el factor, o potència de 10 de què estan afectats els altres dos dígits. Així, d’acord amb els colors de la resistència concreta, pots trobar-te’n una de (1r dígit) 2 (2n dígit) 7 (factor) × 104 (tolerància) ± 5 %. És a dir, de 2.7 × 105 Ω ± 5 %. (El 5 % són uns 13 500 Ω que pots tenir, de més o de menys, sobre els 270 000 Ω nominals!).

Els valors estàndard de la figura indiquen quines xifres (en definitiva, quins colors) pots trobar-te. Per exemple, en pots tenir de 33, però mai, diguem-ne, de 30 o 36.

x 10-2

x 10-1

x 100

x 101

x 102

x 103

x 104

x 105

x 106

x 107

x 108

x 109

± 10 %

± 5 %

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

CODI DE COLORS PER A RESISTÈNCIES

(plata)

(or)

1r d

ígit

2n d

ígit

Fact

or

Tole

rànc

ia

10 18 33 56

12 22 39 68

15 27 47 82

Valors estàndard

Codi de colors

14 Ormeig de pràctiques d’electrònica

Potes del díode

LED. La pota que has de connectar al born positiu de la bateria, en polarització directa (és a dir, perquè conduïsca el díode), és la llarga:

+ pota llarga — pota curta

Què hem après en la pràctica?

• A mesurar resistències amb l’ohmímetre • que hi ha un codi de colors per a les resistències • com està feta internament la placa base de treball

+

15

Pràctica 2: El circuit bàsic amb un LED

1. Munta el circuit de la figura. (Recorda el que es diu sobre interruptors en la secció “Ormeig de treball...”).

Compte! Mai no connectes directament el LED o un díode a la pila! Sempre ha d’haver-hi una resistència suficientment elevada protegint el LED!

2. Els LED (light emitting diode, ‘díode emissor de llum’) són díodes

semiconductors que emeten llum.4 3. El LED necessita unes condicions específiques per a poder treballar. Si les

alterem podem fer-lo malbé: per exemple, si hi apliquem directament els 9 V que subministra la pila.

4. Per tal d’evitar-ho, hem posat una resistència reguladora d’1 kΩ en sèrie amb el LED.

5. Com major siga la resistència reguladora, el LED rep menys corrent, cosa que implica una lluminositat menor.

6. Recorda que no tens cap interruptor: rellegeix la nota sobre interruptors de la secció “Ormeig de treball...”

4 Els fem servir, en lloc de làmpades pilot de filaments, perquè són més robustos.

Circuit bàsic: el LED llueix.

Pila- + Interruptor

LED1 kΩ

9 V

Pila -+ Interruptor

LED1 kΩ

9 V

Circuit bàsic on no llueix el LED.

16 Ormeig de pràctiques d’electrònica

Qüestions

a) Comprova que el LED fa llum només en una posició de les seues potes en relació amb les de la pila; és a dir, que si muntes el circuit de la figura i fa llum el LED en prémer l’interruptor, quan intercanvies els pols + - de la pila i fas el circuit de la figura el díode no fa llum. Per què?

b) Quina de les dues potes del LED ha de connectar-se al pol ⊕ de la pila? c) Intercanvia l’interruptor pel LED i veges si el circuit funciona igual. d) Fes, en la figura, un esquema de com tens exactament connectat el circuit;

fixa’t en les coordenades de la placa base on tens cada connexió. e) Comprova que funcionen els 2 LED de l’ormeig. f) Comprova l’afirmació anterior canviant la resistència del circuit. g) Comprova si el LED fa llum o deixa de fer-ne pel fet que pegues la volta a la

resistència (és a dir, la connectes a l’inrevés). h) Mesura la resistència del LED (recorda la regla X de la pràctica anterior).

Fes-ho de quatre maneres: agafant-lo amb les mans, i deixant-lo damunt la taula, i en les dues orientacions en què pots connectar-hi l’ohmímetre. Explica les diferències, si n’hi ha.

i) Compara els esquemes 2.1 i 2.2 i indica en roig en cada element del circuit el sentit de circulació dels electrons i, en blau, el sentit de circulació convencional del corrent elèctric.

j) Explica l’afirmació 3a: per què poden fer-se malbé... (Possiblement aquesta qüestió quedarà oberta fins que estudies en Física Aplicada la relació corrent-voltatge per als díodes, i veges que és exponencial).

k) Com sabem (punt 4t) que amb 1 kΩ tenim prou per a protegir el díode? (Ací s’aplica també el comentari anterior).

Què hem après en la pràctica?

• Els díodes només condueixen el corrent en un sentit i no en l’altre. • El sentit del corrent que indica el símbol del díode és el contrari al del

moviment dels electrons.

17

Pràctica 3. Mesura de diferències de potencial (DDP) i de la força electromotriu (FEM) de la pila

Mesura de DDP

Ja hem parlat de resistència elèctrica (R) i hem après a mesurar-la. Ara parlarem de diferència de potencial entre dos punts i de com es mesura. Aquesta magnitud, que indica quanta energia s’aporta per al pas d’un determinat corrent elèctric entre dos punts o s’hi consumeix, es mesura en volt. La unitat es representa pel símbol V −la inicial del nom de l’italià Volta, els qual va inventar una pila el 1800.

1 V (un volt) és la diferència de potencial que hi ha entre dos punts, si per a dur la càrrega d’un coulomb (1 C) entre ells es gasta un joule (1J) d’energia: 1 V = 1 J/1C.

Quan l’energia l’aporta una pila, parlem de FEM −força electromotriu− de la pila. Quan l’energia la consumeix una resistència, parlem de DDP −diferència de potencial− entre els extrems de la resistència.

L’aparell que faràs servir per mesurar una DDP elèctric, el multímetre, s’anomena per aquesta raó voltímetre.

Anota i memoritza aquests sinònims: voltatge, DDP, potencial, tensió...

Ús del voltímetre

Has de tenir en compte sempre, les regles següents:

1. Engega el multímetre (segons el model que tingues ho faràs amb un botó On/Off o girant el commutador d’escala).

2. Gira el commutador d’escala fins a situar-lo en el sector circular corresponent a la mesura que volem fer, DDP en circuits de corrent continu: DCV (direct current voltage; en anglès, corrent continu s’anomena DC −direct current).

3. Les indicacions en cada posició del commutador d’escala són l’abast d’aquesta escala. Així, si el fixes en l’escala que diu 200 m, podràs mesurar únicament fins a voltatges màxims de 200 mV (= 200 mil∙livolt = 0.2 V). Si el fixes en l’escala de 2, la màxima mesura possible serà de 2 V. Si la deixes en la de 20, serà de 20 V. (Les escales de 200 o 1000 V no les faràs servir aquest curs!).

Mesura de V • commutador en DCV • cable en COM • cable en VΩ • i, sense modificar el

circuit, fes contacte en els dos punts entre els quals vols mesurar la DDP

18 Ormeig de pràctiques d’electrònica

4. Comença sempre per la posició de major abast (o fons d’escala); normalment l’escala de 2 (DCV) o, almenys, en una escala d’abast superior al valor de la DDP que vols mesurar.

5. Per a fer mesures, un dels cables del voltímetre va sempre a l’eixida COM (que vol dir ‘comuna’).

6. Com que volem mesurar una DDP l’altre cable de l’aparell de mesura ha d’anar a l’eixida que fa VΩ.

7. Si no estan en contacte els extrems dels cables, l’aparell indicarà un 0.0. (En altres paraules, no hi ha DDP entre els dos borns del voltímetre deixats a l’aire).

8. Si poses en contacte els extrems dels cables del voltímetre, l’aparell ha de marcar 0 V en totes les escales (fes-ne la prova).

9. Quan mesures una DDP amb el voltímetre entre dos punts d’un circuit, no has de modificar el circuit; simplement has de fer-ne contacte amb els fils del voltímetre.

Tasques

1a) La FEM de la pila

1. Mesura la FEM de la pila aïllada: Fes contacte als borns de la pila amb els extrems dels cables de mesura; gira, si escau, el commutador d’escala fins que se situe en l’escala de major sensibilitat (la de menor abast o fons d’escala). (Per què es deu dir que una pila és un “element actiu”?)

2. Mesura la DDP entre els extrems d’una resistència de l’ormeig. (Per què es deu dir que una resistència és un “element passiu”?)

2a) DDP en un circuit

1. Munta el circuit de la figura (pràctica anterior). 2. Sense tocar el circuit, mesura la DDP entre els extrems de la pila i compara-

la amb el valor que has mesurat abans (activitat 1a). (Recorda el consell IX anterior).

3. Mesura la DDP entre els extrems del LED i entre els extrems de la resistència.

4. Comprova si es compleix el principi de conservació d’energia en el circuit: l’energia que subministra la pila és igual a la suma d’energies que dissipen el LED i la resistència.

Qüestions

a) Quins valors de FEM elèctrica són típics? b) I quines DDP? c) Busca en algun llibre la definició de DDP i de FEM i explica-la. d) Reescriu l’afirmació 4 de l’activitat 2a anterior (Comprova si es compleix el

principi de conservació...) en termes de DDP, en lloc d’energia.

19

Pràctica 4. Resistències en sèrie

1. Les resistències es fan servir en els circuits electrònics per a limitar el corrent que circula per les diverses parts d’aquest.

2. Munta el circuit de la figura. (Recorda les notes sobre interruptors i polsadors de la secció “Ormeig...”)

Compte! Mai no connectes directament el LED o un díode a la pila! Sempre ha d’haver-hi una resistència suficientment elevada protegint el LED! 3. En connectar l'interruptor, el LED s'il∙lumina molt dèbilment. En aquest

circuit, obliguem tot el corrent a passar per cada element del circuit. És a dir, el corrent que passa per un dels elements, com ara la resistència de 4.7 kΩ, ha de passar necessàriament per les resistències de 22 kΩ i d'1 kΩ abans d'arribar al LED.

4. Per tant, podem dir que la resistència total del circuit és la suma de totes: 5. RT = 1 kΩ + 22 kΩ + 4.7 kΩ = 27.7 kΩ 6. Si ara premem el polsador P1, o el P2, o els dos simultàniament, variarà la

resistència del circuit i la brillantor del LED. En disminuir la resistència augmenta la intensitat del corrent que passa pel LED.

7. Per exemple, prement P1 i P2 desconnectem les resistències de 22 kΩ i de 4.7 kΩ, i deixem només la d’1 kΩ; el LED farà la màxima brillantor.

8. En resum, la resistència total (o equivalent) d'una associació sèrie de resistències és la suma de totes:

∑=+++=i

iT RRRRR ...321 (4.1)

LED

22 k 4.7 k 1 k

P1 P2

Resistències en sèrie.

20 Ormeig de pràctiques d’electrònica

Qüestions

a) Comprova que es compleix la relació (4.1) en el teu circuit fent les mesures corresponents amb l’ohmímetre. (Recorda les regles sobre com mesurar resistències).

b) Quin paper fa el LED en aquest circuit?

c) Quina diferència hi ha entre l’esquema de la figura i el circuit real que has muntat? (Per exemple, té resistència la pila, tenen resistència els fils que connecten els elements del circuit?).

d) Escriu l’eq. (4.1) tenint en compte totes les resistències del circuit de la figura.

e) Comprova si la FEM de la pila coincideix amb la suma de DDP que has mesurat al llarg del circuit de la figura.

f) Fes, en la figura, un esquema de com tens exactament connectat el circuit; fixa’t en les coordenades de la placa base on tens cada connexió. Indica també en l'esquema com has fet la mesura de DDP i de resistències.

21

Pràctica 5. Resistències en paral·lel

1. Si en lloc de posar les resistències de la pràctica 4 una a continuació de l’altra, les connectem de manera que unim tots el començaments de les resistències i també tots els acabaments, estem forçant que el corrent, que passa pel conductor H, en arribar al punt N es repartisca en dues vessants i que tornen a trobar-se en el punt M.

2. Aquesta disposició de resistències s’anomena connexió en paral·lel i en podem veure l’esquema elèctric en la figura.

3. Fes el muntatge de la figura. (Fixa’t que el LED sempre està connectat a alguna resistència, per no fer-lo malbé: recorda el que diu la pràctica 2).

4. En connectar l’interruptor, el corrent passa per la resistència de 22 kΩ i pel LED. Aquest s’il∙lumina molt poc, gairebé gens, ja que la R de 22 kΩ redueix considerablement la intensitat del corrent.

5. En prémer el polsador P, evidentment fluix per la resistència de 4.7 kΩ un altre corrent que se suma a l’anterior. Això incrementa fortament la intensitat en la resta del circuit i, per tant, la lluminositat del LED.

H

P

4.7 k

22 k N

M

Circuit elèctric amb una associació de resistències

en paral∙lel.

Associació de resistències en paral∙lel.

22 Ormeig de pràctiques d’electrònica

6. Si tenim dues resistències, el valor de la resistència total RT d’una associació en paral∙lel és sempre menor que la resistència més petita de l’associació.

21

111RRRT

+= (5.1)

21

21

RRRRRT +⋅

= (5.2)

7. Fes mesures amb l’AVO de DDP i de resistències. (Compte amb les mesures de DDP! Segueix les regles que ja has vist en la pràctica 3).

Qüestions

a) Comprova amb l’AVO l’eq. (5.2) per al circuit de la figura.

b) Escriu la relació (5.1) per al cas de 3 resistències en paral∙lel i fes l’esquema elèctric corresponent.

c) Com demostraries l’afirmació 6) a partir de l’eq. (5.2)?

d) Explica el punt 5: ¿es manté inalterat el corrent que passa pels 22 kΩ quan premem P? (Ho mesurarem en la pràctica següent).

e) Fes, en la figura, un esquema de com tens exactament connectat el circuit; fixa’t en les coordenades de la placa base on tens cada connexió. Indica també en l’esquema com has fet la mesura d’intensitats/DDP/resistències.

23

Pràctica 6. Mesura de la intensitat del corrent elèctric

Mesura d'intensitat

Ja hem parlat de resistència elèctrica R i de DDP entre dos punts, V. Ara parlarem del corrent elèctric que circula per un conductor elèctric. Aquesta magnitud, que indica quanta càrrega elèctrica travessa una secció transversal qualsevol del conductor, es mesura en amperes. La unitat es representa pel símbol A −la inicial del nom del francès Ampère, qui va investigar sobre electricitat i magnetisme.

Un ampere (1 A) és el corrent que passa per un fil quan circula la càrrega d’un coulomb (1 C) durant un segon (1 s).

Un coulomb és la càrrega equivalent a, per exemple, 6.215×1018 electrons, o el mateix nombre de protons, o un nombre idèntic de cations o d’anions monocarregats.

L’aparell que faràs servir per mesurar un corrent elèctric, el multímetre, s’anomena per aquesta raó amperímetre.

Ús de l'amperímetre

Has de tenir en compte sempre, les regles següents: 1. Engega el multímetre (segons el model, ho has de fer amb un botó On/Off o

girant el commutador d’escala).

2. Gira el commutador d’escala fins que estiga en el sector circular corresponent a la mesura que hem de fer, corrent en circuits de corrent continu: DCA (en anglès, direct current ampers, ‘corrent continu’).

3. Les indicacions en cada posició del commutador d’escala són l’abast de l’escala. Així, si el fixes en l’escala que indica 2 m, podràs mesurar únicament fins a corrents màxims de 2 mA (= 2 mil∙liamper = 0.002 A). Si el fixes en l’escala de 20 m, la màxima mesura possible serà de 20 mA. Si la deixes en la de 200 m, serà de 200 mA (= 0.2 A).

4. Comença sempre per la posició de major abast (o fons d’escala), l’escala de 200 m (DCA). Pots fer malbé l’amperímetre si hi fas passar corrents elevats.

5. Per a fer mesures, un dels cables del voltímetre ha d’anar sempre a l’eixida COM (que significa comuna).

1 A = s1C1

Mesura de I • commutador en DCA • cable en COM • cable en mA • (compte! no en 20 A) • i, tot obrint el circuit

per on vols mesurar elcorrent, fes contacteamb els cables en elsdos punts que hasgenerat

24 Ormeig de pràctiques d’electrònica

6. Com que volem mesurar un corrent elèctric, l’altre cable de l’aparell de mesura ha d’anar a l’eixida que indica mA.

7. Compte: no faces servir mai l’eixida marcada en roig que indica 20 A. Un corrent d’1 A (o de 20 A) és altíssim i molt perillós. Mai no treballaràs amb corrents superiors a mil∙lèsimes d’amper.

8. Si no estan en contacte els extrems dels cables, l’aparell indicarà 0.0. (En altres paraules, no hi ha corrent circulant entre els dos borns de l’amperímetre deixats a l’aire).

9. Si poses en contacte els extrems dels cables de l’amperímetre, l’aparell ha de marcar 0 mA en totes les escales (fes-ne la prova).

10. Quan vulgues mesurar amb l’amperímetre un corrent que passa per un punt d’un circuit, necessàriament has d’obrir el circuit per aquest punt. Una vegada hages tallat el circuit per aquest punt, has de fer-ne contacte amb els fils de l’amperímetre.

Tasques

Corrent en un circuit paral·lel

1. Munta el circuit de la figura (pràctica 5).

2. Obrint el circuit per on calga, mesura el corrent que ix de la pila (recorda la regla X anterior).

3. Obrint el circuit per on calga, mesura el corrent que circula per cada branca de l’associació de resistències en paral∙lel (recorda la regla X anterior).

4. Comprova si es compleix el principi de conservació de càrrega en el circuit: la càrrega (el corrent) que posa en circulació la pila és igual a la suma dels corrents que passen per les dues resistències.

Corrent en un circuit sèrie

1. Munta el circuit de la figura (pràctica 4), i mesura la intensitat del corrent que passa pel circuit en dos casos, quan hi ha connectades les 3 resistències, o només quan n’hi ha dues.

2. Fes la mateixa mesura connectant les resistències per separat al circuit. (És a dir, en tres situacions diferents).

3. Quina conclusió extraus de les dues sèries de mesures anteriors (punts 1 i 2)?

4. Mesura la DDP que hi ha entre el extrems d’una resistència concreta, de les tres resistències, quan està sola en el circuit, o quan en poses dues, o quan tens les tres.

5. Mesura també el corrent elèctric que circula per la resistència concreta que hages triat de les tres, en les mateixes condicions que en el punt anterior. (Vés amb compte sobre com cal mesurar DDP i intensitat!).

6. Fes (a mà, i aproximada), en paper mil∙limetrat (o quadriculat, o fes tu la quadrícula a ull!), una gràfica dels resultats V = V(I) que has obtingut en les tres mesures dels punts 4 i 5, i explica el resultat que n’obtingues.

Pràctica 6. Mesura de la intensitat del corrent elèctric 25

Qüestions

a) Quins valors de corrent elèctric són típics en la vida diària? Pensa, per exemple, en una bombeta de làmpada, en un escalfador elèctric, en una estufa...

b) Busca en algun llibre la definició d’intensitat de corrent elèctric i explica-la.

c) Quins altres tipus de corrents coneixes, i com es mesuren?

d) Pel que fa a la qüestió d) de la pràctica anterior, demostra, fent mesures d’intensitat, “...el punt 5: es manté inalterat el corrent que passa pels 22 kΩ quan premem P?”

e) Intercanvia les posicions de les resistències en el circuit de la figura (pràctica anterior) i comprova que el resultat és el mateix.

27

Pràctica 7. El díode: característiques

1. Hi ha components electrònics que permeten el pas de corrent en els dos sentits, és a dir, si els hi col∙loquem i connectem a l’inrevés el resultat és el mateix.

2. Entre aquests hi ha les resistències, el polsadors, els interruptors, etc.

3. Tanmateix, hi ha components que només permeten el pas del corrent en una direcció. Un d’aquests és el díode. El LED, tot i que és un díode especial (perquè emet llum), manté aquesta característica comuna a tots els díodes.

4. Un díode es pot identificar amb un símbol que indica el sentit en el qual circula el corrent, i amb una referència, com ara 0A91, que distingeix els díodes concrets.

5. Si observes un LED al besllum (figura) veuràs una petit molla (1), la punta de la qual fa pressió sobre una plaqueta rodona (2).

6. Fixa’t en el conveni de circulació del corrent en l’esquema de la figura. El

LED únicament s’utilitza aquí per a indicar el pas de corrent pel circuit.

7. Fes el muntatge de la figura. Observaràs que s’il∙lumina el LED. Això significa que circula corrent pel díode de treball 0A91.

8. El sentit convencional del corrent en el circuit de la figura és el sentit horari: el mateix que el de gir de les manetes d’un rellotge. (Per això es representa d’aquesta manera la fletxa del díode).

0A91

Ànode Càtode

Sentitdel corrent electrònic

(1) (2)

Sentit convencional del corrent

Esquema d'un LED per dins i sentitdel corrent:

• En polarització directa, elmoviment electrònic va delcàtode a l'ànode. El sentitconvencional del corrent ésl’oposat.

• En polarització inversa, el díodecondueix molt poc, i el correntelectrònic i convencional va ensentit contrari al cas depolarització directa.

Símbol d’un díode.

28 Ormeig de pràctiques d’electrònica

9. En realitat, però, pel circuit passen electrons, que es mouen en sentit contrari al rellotge (com en el circuit de la figura, a l’inrevés de les manetes d’un rellotge). Els electrons del pol negatiu de la pila passen del càtode a l’ànode.

10. A aquesta disposició del díode s’anomena polarització directa: el díode es connecta a la pila en la mateixa orientació que el sentit convencional del corrent que genera la pila.

11. Ara inverteix el díode de treball (0A91) de manera que el LED ja no faça llum: no circula corrent suficient pel circuit. El pol negatiu de la pila està connectat a l’ànode del díode de treball i els electrons no poden passar de l’ànode al càtode. A aquesta disposició del díode s’anomena polarització inversa.

12. Nota: No fem cap mal a un díode pel fet de connectar-lo en polarització inversa (sempre que no siga molt gran el potencial aplicat).

13. Fes les mesures següents amb l’AVO: resistència total del circuit, corrent que hi circula, i DDP entre cada element del circuit per separat.

14. Mesura amb l’amperímetre la intensitat que circula pel circuit de la figura quan llevem el LED, i compara la mesura amb la del punt anterior. A quines conclusions arribes?

15. En el muntatge de la figura, mesura la DDP entre el pol negatiu de la pila i l’extrem oposat del díode 0A91 (és a dir, entre dos punts extrems de la branca superior del circuit). Fes també la mesura entre dos punts de la branca inferior (que incloguen el LED i la resistència d’1 kΩ).

Qüestions

a) Llig l’apèndix B que parla sobre el conveni de circulació del corrent elèctric en un circuit i sobre què s’hi mou realment i comenta-ho.

b) Per què diem que el corrent circula pel LED en sentit oposat al de la fletxa que representa el díode?

c) Quina pota del LED és l’ànode, la curta o la llarga? d) Fes, en la figura, un esquema de com tens exactament connectat el circuit;

fixa’t en les coordenades de la placa base on tens cada connexió. Indica també en l’esquema com has fet la mesura d’intensitats, de DDP i de resistències.

e) Mesura la resistència del díode aïllat, en les dues orientacions possibles, i comenta’n el resultat.

f) Per què es diu en el punt 11 corrent suficient..? g) comenta’n el resultat. h) Per què es diu en el punt 11 “suficient” corrent...?

1 kΩ

0A91 Circuit amb un díode de treball,0A91, i un LED que es fa servirper indicar el pas de corrent. Lafletxa sobre la pila indica elsentit convencional del correntque, eixint de la pila en sentithorari, recorre el circuit.

Nota terminològica

«polaritzar un element comara una resistència significa‘aplicar-hi una DDP’».

Nota sobre corrent convencional i corrent

electrònic • Si es parla de corrent

elèctric, sense especificar,fem referència al sentit delcorrent convencional.

• En cas de referir-nosexplícitament al sentit decirculació dels electrons,hem d’especificar i dir“corrent electrònic”.

• En química, podem parlarde corrent catiònic,aniònic...

29

Apèndix B. Conveni de circulació del corrent elèctric en un circuit. Què s’hi mou realment?

Corrent elèctric: flux de càrrega elèctrica

Un corrent elèctric és, simplement, el moviment de càrregues elèctriques en una direcció determinada.

Eixida i entrada de gent en un cine

Per exemple, si ixen espectadores i espectadors d’una sala de cine, per la porta que dóna al carrer, diem que hi ha un corrent de persones (un flux) cap a fora del cine. La sala s’està buidant.

Si, al mateix temps, hi estan entrant noves persones que volen veure la sessió següent, diem que hi ha un corrent de persones (un flux) cap a dins la sala. La sala s’està omplint.

Si per cada persona que ix per la porta d’eixida n’entra una per la porta d’entrada, el nombre de persones que hi ha a la sala no canviarà. Tanmateix, continuem parlant d’un corrent de persones (d’un flux de persones a través de la sala) que ix i d’un altre que hi entra. El corrent global aniria des de l’entrada a la sala cap a la sortida.

Aquest seria l’exemple d’un corrent d’electrons que passa per un cable conductor i fa que la làmpada emeta llum. Tot i haver-hi pas de corrent, el nombre d’electrons en cada segment de cable no varia.

Si hi ha més tipus de càrrega...

Però hi ha situacions, sobretot en química (amb els electròlits), on tenim càrregues de signe oposat (cations i anions). Aquesta situació no es pot donar en l’exemple de les persones que van o vénen del cine. Es pot veure (però no ho farem encara, fins que estiguem més familiaritzats amb conceptes de corrent elèctric), que un corrent d’electrons o d’anions que circula de dreta a esquerra (⇐) és el mateix que si un corrent de protons o de cations circula d’esquerra a dreta (⇒). I si tenim els dos tipus de càrregues simultàniament, el corrent total és la suma dels dos corrents (i no la resta, com podríem pensar innocentment).

30 Pàgina parell (títol del quadern)

Convenció

Aleshores acceptem la convenció que si tenim un corrent de càrregues... • positives movent-se així: ⇒, diem que tenim un corrent positiu que va

d’esquerra a dreta, ⇒ • positives movent-se així: ⇐, diem que tenim un corrent positiu que va de

dreta a esquerra ⇐ • negatives movent-se així: ⇒, diem que tenim un corrent positiu que va de

dreta a esquerra, ⇐ • negatives movent-se així: ⇐, diem que tenim un corrent positiu que va

d’esquerra a dreta, ⇒ En altres paraules, el corrent que passa per una branca d’un circuit coincideix amb el sentit del moviment de les càrregues positives (si n’hi ha) i és oposat al sentit de moviment de les càrregues negatives (si n’hi ha).

Metalls

En el cas de circulació de corrent per un metall, que serà allò que tindrem en bona part dels circuits que treballarem aquí, el que es mou són els electrons lliures del metalls (el famós gas d’electrons de l’enllaç metàl∙lic de què parla la química). Per això, quan parlem dels electrons que circulen en determinat sentit pel circuit, el sentit convencional del corrent serà el contrari al del moviment electrònic.

Semiconductors

Els díodes i els transistors que tens en l’ormeig estan fets de materials semiconductors, habitualment de silici dopat. Les càrregues que circulen per un semiconductor són de dos tipus: electrons càrregues negatives, les velles conegudes!, i forats uns éssers estranys que es comporten com a càrregues positives i que es generen per l’absència d’electró en un enllaç de l’estructura cristal∙lina del semiconductor. Ja parlarem més endavant dels forats (holes, en anglès; hueco, en castellà).

Una pila

L’esquema d’una pila és el d’aquest dibuix.

Símbol d’una pila i sentit convencional del corrent que

subministra a un circuit extern.

Càrrega realitat convenció

+ ⇒ ⇒

+ ⇐ ⇐

− ⇒ ⇐

− ⇐ ⇒

31

Pràctica 8. LED en sèrie

1. Dos (o més) LED connectats en sèrie fan menys lluminositat que connectats aïlladament, posant-ne primer un i, desprès d’haver-lo llevat, l’altre, en el mateix circuit.

2. Munta el circuit de la figura, i comprova, en tancar l’interruptor, que els dos LED s’engeguen. Comprova que els dos LED fan llum de la mateixa intensitat.

3. Si ara prems P2 intermitentment, veuràs que el LED L1 fa distinta lluminositat.

4. En prémer P2 estàs, en realitat, quasi desconnectant L2 i provocant que tot el corrent passe per L1, a través del qual, per tant, augmenta la intensitat i, consegüentment, la lluminositat.

5. Si ara prems P1 i l’amolles veuràs el mateix efecte en L2: aquest augmenta de lluminositat en desconnectar-se L1.

6. Mesura amb l’AVO la DDP que hi ha entre els extrems de la pila i entre cada LED i explica quina relació hi ha entre totes les DDP.

7. Mesura la intensitat del corrent que passa pels díodes en el muntatge de la figura (per cadascun i pels dos), tant quan tens els dos polsadors polsats com un d’aquests. Analitza els resultats que obtingues.

8. Inverteix la posició dels dos díodes en el circuit, mesura el corrent que circula per la pila i compara’l amb el valor anterior. Hi ha diferències?

Nota: Recorda el que es diu sobre interruptors en la secció “Ormeig de treball...”: pots fer un polsador amb un tros de cable i curtcircuitant els LED a mà...

I1 kΩ

L2L1

P2 P1

LED en sèrie.

32 Ormeig de pràctiques d’electrònica

Qüestions

a) Per què es diu en el punt 4 que "...tot el corrent..."

b) Inverteix un dels dos LED en el circuit i explica què ocorre en fer els passos 2 a 4.

c) Fes, en la figura, un esquema de com tens exactament connectat el circuit; fixa’t en les coordenades de la placa base on tens cada connexió. Indica també en l’esquema com has fet la mesura d’intensitats, de DDP i de resistències.

33

Pràctica 9. LED en paral·lel

1. Munta el circuit de la figura. (Ja saps com has de simular l’interruptor i els polsadors).

2. El cas dels LED en paral∙lel és semblant al d'una associació de resistències

en paral∙lel (pràctica 5): obliguem el corrent electrònic que subministra la pila i que passa pel conductor H, i que, en arribar al punt M, es repartisca pels ramals dels dos LED, i torne a ajuntar-se en el nus N. Si eliminem un dels dos LED, tot el corrent passa per la branca on és l'altre.

3. Tot i prémer l’interruptor de la figura, no passarà corrent per enlloc si els dos polsadors no estan tancant els circuits.

4. Fixa’t que, quan parlem de corrent electrònic, el sentit del moviment és contrari al que indica el símbol de la pila: el corrent positiu va pel circuit, per convenció, del born positiu al negatiu de la pila, és a dir, de la barra vertical gran cap a la menuda, a través del circuit. Recorda la nota sobre convenció de corrent positiu de l’apèndix D.

5. Si tanques l’interruptor de la figura i prems els polsadors P1 i P2 simultàniament, els dos LED fan llum d'igual intensitat.

6. En prémer únicament el polsador P2, el LED L1 no fa llum, ja que obliguem a tot el corrent a passar pel ramal de L2 i la seua lluentor augmenta.

7. Si mantens premut el polsador P2 i prems intermitentment el P1 observaràs la diferència de matís de brillantor de L2.

8. Anàlogament pots fer-ho amb L1, si mantens premut P1 i prems o soltes P2 intermitentment.

I 1 kΩ

L2

L1

P2

P1N M

H

LED en paral∙lel.

34 Ormeig de pràctiques d’electrònica

9. Fes les mesures següents amb l'AVO: a) caiguda de potencial en cada branca del circuit i en la resistència b) intensitat del corrent que subministra la pila c) intensitat que circula per cada LED d) resistència total del circuit (exclosa la pila)

Qüestions

a) Explica l’afirmació 6. Per què diem “tot el corrent”?

b) Fes, en la figura, un esquema de com tens exactament connectat el circuit; fixa’t en les coordenades de la placa base on tens cada connexió. Indica també en l'esquema com has fet la mesura d'intensitats/DDP/resistències.

35

Pràctica 10. El transistor: elements

1. El símbol del transistor en circuits electrònics és el de la figura, és a dir, un component amb tres connexions.

Aquesta és ja una diferència significativa respecte dels elements que ja coneixes: piles, resistències i díodes o LED, que només tenen dues potes.

Aquest petit element, el transistor, ha fet evolucionar considerablement el camp de l'electrònica des que es va inventar el 1948 (poc després d'acabar la II Guerra Mundial).

2. Has de memoritzar el nom de les tres connexions del transistor: col·lector, base i emissor.

3. Fes el muntatge de la figura, fent servir el model BC239 (o BC549B). Usa la resistència d'1 kΩ. Vés amb compte amb la posició del transistor en el circuit; alimenta la base amb la pila, i tanca el circuit per l’emissor. (El col∙lector està a l’aire, sense connectar).

4. Si acciones l'interruptor, el LED fa llum. Açò indica que hi circula corrent. Els electrons del pol negatiu de la pila passen de l'emissor a la base del transistor i, a través del LED, tornen al pol positiu de la pila.

El corrent anterior s'anomena corrent de base. Fixa’t que el sentit convencional del corrent coincideix amb el de la fletxa de l’esquema del transistor −va de la base a l’emissor del transistor.

5. Munta ara el circuit 10.4. En prémer l'interruptor, el LED no fa llum; per tant, no hi circula corrent. Els electrons del pol negatiu de la pila no poden passar des de l'emissor del transistor fins al col∙lector. No hi ha corrent de col·lector.

6. Fes les mesures següents amb l'AVO: intensitats, resistències i caigudes de potencial en distints punts del circuit 10.3.

Potes del transistor Si mires el transistor de manera que la part plana quede cap avall, l'ordre

de les potes és el que indica la figura: d’esquerra a dreta: emissor, base i col·lector.

Esquema d’un transistor.

Col∙ lector

Emissor Base

Les tres potes d’un transistor.La fletxa, cap a l’emissor,indica el sentit convencional delcorrent.

Circuit d’alimentació de la base d’un transistor.

36 Ormeig de pràctiques d’electrònica

Qüestions

a) D’on ve el nom transistor?

b) És certa la conclusió del punt 5 anterior, el LED no fa llum; per tant, no hi circula corrent?

c) Comprova que el conveni de la figura és correcte.

d) Fes, en la figura, un esquema de com tens exactament connectat el circuit; fixa’t en les coordenades de la placa base on tens cada connexió. Indica també en l'esquema com has fet la mesura d'intensitats, de DDP i de resistències.

emissor

base

col·lector

Noms convencionals en un transistor. Transistor en un circuit sense alimentació

de base.

37

Pràctica 11. El transistor: característiques bàsiques

1. Vegem ara el comportament del transistor amb el muntatge de la figura següent. Aquest muntatge és el més complex del que has fet fins ara. Pot ser una bona idea començar per posar el transistor en la placa de treball (amb cada pota en una columna diferent, per descomptat!), i anar muntant la resta del circuit a partir d'aquest.

2. Acciona l'interruptor I de la branca externa del circuit, i veuràs que el LED L2, connectat al col∙lector del transistor, no fa llum: ja hem vist en la pràctica anterior que els electrons no poden passar des de l'emissor del transistor fins al col∙lector.

En altres paraules, no hi ha corrent (en sentit de circulació convencional) de col∙lector a emissor, perquè no hi ha corrent de base.

(El LED L1, connectat a la base del transistor, tampoc no fa llum, perquè el circuit està obert per la presència del polsador en la branca central).

3. Ara prem simultàniament l’interruptor I i el polsador P de la branca central; veuràs que els dos LED fan llum.

Què ha ocorregut? En accionar el polsador, s'ha produït un corrent de base i, simultàniament, un corrent de col∙lector.

4. Per tant, podem dir que també poden passar els electrons de l'emissor al col∙lector, però perquè això ocórrega ha d'haver-hi un corrent de base.

1 kΩ

1 kΩ

C

L1

L2

Transistor amb corrent de base ide col∙lector.

38 Ormeig de pràctiques d’electrònica

5. Mesura la resistència total del circuit (llevat de la pila), i compara-la amb la resistència de cada element i branca del circuit. (Recorda com es combinen les associacions de resistències en sèrie i en paral∙lel).

6. Mesura la intensitat del corrent de cada branca del circuit, i compara els valors que n’obtingues.

Qüestions

a) Explica quina diferència hi ha entre el primer circuit de la pràctica 11 (p. 37) i el de la pràctica 10 (p. 36).

b) Fes un esquema dels muntatges de les pràctiques 10 i 11 i indica-hi el sentit convencional de circulació de corrent.

c) Fes un esquema dels muntatges de les pràctiques 10 i 11 i indica-hi el sentit de circulació del corrent electrònic.

d) Fes, en la figura, un esquema de com tens exactament connectat el circuit; fixa’t en les coordenades de la placa base on tens cada connexió. Indica també en l'esquema com has fet la mesura d'intensitats i de resistències.

39

Pràctica 12. Comprovació d’un transistor

1. Per comprovar l’estat d’un transistor pots fer el muntatge d’aquesta figura.

1 kΩP

4’7 k

LED

BC239

2. Fixa’t bé en la polaritat de la pila i en la posició correcta del díode LED i del transistor.

3. En prémer el polsador es produeix un corrent de base, cosa que provoca que el LED s’il∙lumine.

4. Quan amolles el polsador, s’apaga el LED perquè s’interromp el corrent de base i, com que no circula corrent de col∙lector a emissor, el transistor no condueix.

5. En cas que el transistor siga defectuós, em prémer el polsador el LED no farà llum.

6. En aquest cas, hauràs de reemplaçar-lo per un altre de la mateixa classe (fixa’t en el codi que apareix marcat en la part plana de perfil rectangular del transistor, per exemple BC 549B).

7. Mesura la caiguda de potencial en cada branca del circuit i explica els resultats que obtingues.

Circuit per a comprovar transistors.

40 Ormeig de pràctiques d’electrònica

Qüestions

a) Fes, en la figura, un esquema de com tens exactament connectat el circuit; fixa’t en les coordenades de la placa base on tens cada connexió. Indica també en l'esquema com has fet la mesura de DDP.

b) Fes un esquema de quin és el sentit del moviment electrònic en cada branca del circuit de la figura.

c) Fes un esquema de quin és el sentit del corrent (se sobreentén que convencional) en cada branca del circuit de la figura.

41

Pràctica 13. El transistor: funcionament

Introducció

1. Ja sabem que en un transistor únicament poden passar els electrons de l’emissor al col∙lector quan hi ha un corrent pel circuit de la base, és a dir, quan passen electrons de l’emissor a la base.

2. Com ja sabem també, en termes de circulació convencional, un sentit de corrent és positiu quan coincideix amb el sentit del moviment de les càrregues positives. Per contra, si el corrent es deu a càrregues negatives (electrons, anions...), el corrent té el sentit positiu en el sentit contrari al sentit del moviment de la càrrega negativa.

3. Pels cables conductors metàl∙lics únicament circulen electrons. Per l’interior de les piles, ja saps assignatures de química que la cosa és complicada. Per l’interior de díodes i de transistors, la situació és més complicada, com veuràs en l’assignatura de Física Aplicada).

4. Per tant, el corrent a què ens referim en el punt 1 anterior és positiu quan va de col∙lector a emissor; per això la fletxa duu el símbol del transistor: va de col∙lector a emissor. I aquest corrent només circula quan tenim, també, un corrent de base a emissor.

Pràctica 1. Munta el circuit de la figura, que és idèntic al del de la pràctica 11. Els LED

que connectem en la branca del circuit de col∙lector i de base són iguals: els dos tenen la mateixa resistència.

1 k Ω

1 k Ω

I

L1

L2

Transistor amb corrent de base.

42 Pàgina parell (títol del quadern)

2. Per tant, negligint algun factor sense transcendència, podem dir que el corrent de col∙lector i de base són iguals.

3. Activa el polsador P i comprova que els dos LED fan llum d’igual lluminositat.

4. Obri la branca inferior del circuit de la figura per algun punt −per exemple, trau del circuit una pota de la resistència−, i veuràs que, en prémer el polsador, només fa llum el LED superior. Explica per què fa llum un LED, i per què no fa llum l’altre LED.

5. Torna a deixar el circuit com en la figura. Una vegada que hages comprovat que els dos LED fan llum semblant en prémer el polsador, substitueix el LED del circuit de base (L1) per la resistència de 22 kΩ i prem de nou P. El LED connectat al circuit del col∙lector fa la mateixa lluminositat abans!

6. Fixa’t que hem augmentat la resistència en el circuit de base i, per tant, la intensitat del corrent de base és menor. Tanmateix, pel circuit del col∙lector passa pràcticament el mateix corrent!

7. Podem concloure d’aquestes experiències amb el transistor que, per mitjà d’un corrent de base molt dèbil, podem controlar el pas d’un corrent de col∙lector 100 vegades superior o més, com si es tractés d’un interruptor. I podem, a més a més, regular la intensitat d’aquest corrent de base a força de variar el debilíssim corrent de base.

8. Fes mesures de caigudes de potencial, corrents i resistències en el circuit de la figura, i explica allò que n’obtingues.

Qüestions

a) Fes, en la figura, un esquema de com tens exactament connectat el circuit; fixa’t en les coordenades de la placa base on tens cada connexió. Indica també en l'esquema com has fet la mesura d'intensitats, de DDP i de resistències.

b) Comprova, mesurant la resistència del LED amb l’AVO, si és certa l’afirmació del punt 10. A quina conclusió arribes?

c) Deixa connectades simultàniament la resistència de 22 kΩ i el LED L1 i veges si s’aprecia algun canvi en la lluminositat del LED L2. Explica el resultat que en tragues.

d) Tot i que l’afirmació 11 és certa i molt important, perquè és la raó de la importància pràctica d’un transistor, què hem demostrat realment amb aquesta pràctica? Hem comprovat tot allò que es diu en el punt 11?

43

Pràctica 14. Detector del nivell d’aigua

1. Fem servir els coneixements d’electrònica per fer el primer muntatge pràctic: un detector de nivell d’aigua. Per exemple, com funciona la cisterna del vàter? Com fa per tallar el plenament d’aigua?

2. L’aigua és conductora de l’electricitat, a causa de les substàncies dissoltes que conté.

3. Basant-nos en aquesta propietat, construirem un dispositiu amb el qual es pot controlar a distància un determinat nivell de l’aigua d’un dipòsit.

4. Munta el circuit de la figura. Connecta dos cables en dos punts M i N de la placa base. Introdueix en un receptacle buit un got, per exemple els extrems d’aquests cables. La barra, opcional, de la figura serveix per a subjectar, per exemple, dues pinces d’estendre roba. I per a mantenir els cables tibants pots lligar-ne als extrems uns petits objectes metàl∙lics. També pots, simplement, usar cocodrils com a extrems.

5. Emplena amb aigua el receptacle fins que els extrems dels cables hi queden submergits. En aquest moment es tanca el circuit elèctric i comença a circular corrent a través de l’aigua. Però el LED no fa llum. Què ocorre?

6. Nota: en un primer intent de fer aquesta pràctica, el LED sí que va fer llum! Una opció que tens de situar-te en les condicions del guió és utilitzar un receptacle més ample i que els contactes metàl∙lics estiguen més separats: així s’augmenta la resistència. a) Una altra opció és substituir la resistència d’1 kΩ per una de 22 kΩ o

major. El LED farà menys llum (o no gens).

I

1 k

N

MPinces

Barra

Peces metàl·liques

Circuit detector del nivells d’aigua d’undipòsit: ús d’un díode.

44 Ormeig de pràctiques d’electrònica

b) Seguim amb el punt 5. El que ocorre és que l’aigua és conductora, però té molta resistència i només permet el pas d’un corrent tan dèbil que no pot fer llum el LED.

c) Necessitem d’un dispositiu que amplifique aquest corrent dèbil fins un valor suficient perquè el LED faça llum. Aquesta és la missió del transistor acoblat en el circuit de la figura.

d) Fes el muntatge de la figura. Una manera de procedir és començar per posar el transistor en la placa base tot sol, i tot seguit anar fent les branques del circuit.

Fixa’t que ara el LED fa llum amb el màxim de lluminositat: el dèbil corrent de base que passa a través de l’aigua permet un corrent pel col∙lector que és, almenys, 100 vegades major. Aquest corrent és suficient per a fer brillar el LED. Fes mesures de corrent, DDP i resistències en els circuits de les figura.

Qüestions

a) Fes, en la figura, un esquema de com tens exactament connectat el circuit; fixa’t en les coordenades de la placa base on tens cada connexió. Indica també en l'esquema com has fet la mesura de DDP, d'intensitats i de resistències.

b) Com es mesura automàticament el nivell de gasolina en un cotxe (la llum de la reserva)?

c) Acaba de descriure, amb un mínim de paraules, el muntatge de la figura: “Tenim una pila en sèrie amb un polsador i una resistència ...”

d) Explica l’afirmació d’augment de resistència que apareix en el punt 6.

e) Com es pot passar del primer muntatge al segon sense haver de desfer el circuit primer?

f) Com podríem completar el segon muntatge per tal que es tallara automàticament el plenament del dipòsit?

g) Quan el LED faça llum, en el punt 11, lleva amb cura el transistor i intercanvia els contactes de col∙lector i d’emissor. Fa llum ara el LED? Per què?

M

N

1 k

1 k

BC239

I

Circuit detector del nivells d’aigua d’undipòsit: ús d’un transistor.

Pràctica 14. Detector del nivell d’aigua 45

h) Torna al punt 11, i manté premut el polsador. Ara trau de l’aigua un dels cables, i explica el que ocorre. I si acostes el cable fins que faça un contacte mínim amb l’aigua?

i) Fes el joc del ET: amb el muntatge del punt 11, trau els dos cables de l’aigua i toca’ls amb les dues mans. Fa llum el LED? Per què?

j) I si ara fas que un germanet o una germaneta agafe un dels cables, i tu l’altre? Quina diferència hi ha entre estar vosaltres dos dempeus sense tocar-vos, o amb el xiquet assegut sobre les teues cames, o fent el ET: dempeus, separats, i tocant-vos únicament la punta de dos dits (de les mans que no sostenen els cables, per exemple). Explica tot allò que hi observes (quant al fet que el LED faça llum o no).

k) Fes contacte amb els dos cables i una mà teua. Veges ara quina diferència de lluminositat del LED hi ha quan els cables fan bon contacte amb la mà (els prems entre els dits, per exemple), o quan només fan contacte les puntes dels cables i la mà. Per què hi ha aquesta diferència?

l) Fes proves amb diferents materials (taula, roba, la mina d’un llapis...) i explica les troballes que faces.

47

AB

CD

E

FGHIJ

AB

FGHIJ

CD

E

KLMNO

KLMNO

135791113151719212325272931333537394143

135791113151719212325272931333537394143

AB

CD

E

FGHIJ

AB

FGHIJ

CD

E

KLMNO

KLMNO

135791113151719212325272931333537394143

135791113151719212325272931333537394143

AB

CD

E

FGHIJ

AB

FGHIJ

CD

E

KLMNO

KLMNO

135791113151719212325272931333537394143

135791113151719212325272931333537394143

Còpies de la placa de treball

Còpies de la placa de treball perquè les retalles i les enganxes al final de cada pràctica amb el teu esquema.

Ormeig de pràctiques d’electrònica

Laboratori d’electrònica casolà

II fase

51

Descripció de l’ormeig (equip) de treball: fase II

AVO, placa base i 27 components

• 1 AVO (multímetre o polímetre) • 1 placa base de treball • 1 pila de 9 V • 2 LED: 1 roig, 1 verd • 3 condensadors electrolítics: 12.5 µF, 125 µF, 470 µF • 1 fotoresistència • 1 potenciòmetre de 47 kΩ • 1 díode 0A91

• 3 transistors: 1 BC337 i 2 de BC549 (≡ BC239) • 1 tros de cable • 10 resistències:

1 de 220 Ω, 2 d’1 kΩ; 2 de 5 kΩ (o de 4.7 kΩ); 1 de 22 kΩ; 1 de 47 kΩ; 1 de 100 kΩ; 1 de 600 kΩ; 1 d’1 MΩ.

22 k

47 k

1 K

220 Ω

110 k

1 K

560 k

47 k

1 M

12 k

vermell verd 0A91

12.5 µF 125 µF 470 µF

BC239 BC239 BC337

PT

I

D

R

C

T

I: interruptor i polsador; D: LED i díode; R: fotoresistència i resistència;C: condensador; PT: potenciòmetre; T: transistor

Pràctiques. Fase II

55

Pràctica 15. Regulador de llum

Objectiu

Aquest experiment et permetrà conèixer el fonament dels reguladors de llum que s'utilitzen en sales cinematogràfiques, escenaris de teatre, estudis fotogràfics...

Element electrònic nou: el potenciòmetre

Farem servir un element nou de l’ormeig, el potenciòmetre (PT). Un potenciòmetre és una resistència variable, el valor de la qual podem regular mitjançant la rotació d’un caragol.

Escodrinya una miqueta el PT i les tres potes que té. Hi ha un esquema del PT sobre una cara lateral de l’element. Aquest esquema numera les potes (1, 2 i 3) i indica quina funció tenen.

El valor màxim de la resistència del PT el podem obtenir si el connectem entre les dues potes dels extrems. Podem obtenir un valor intermedi (de 0 Ω fins a la resistència màxima del PT) si el connectem entre una pota de l’extrem i la pota central.

Si tens dubtes sobre quin és el valor de la resistència variable que tens entre un extrem i la pota central, mesura’l amb l’ohmímetre.

Fonament

En l’esquema de la figura tens un circuit tancat senzill si elimines mentalment totes les branques excepte la malla de la pila i el PT. Aleshores, la caiguda de tensió entre els borns del PT serà igual a la FEM de la pila. Per tant, entre un extrem del PT i el punt central hi ha una caiguda de potencial variable, segons la posició del caragol del PT.

Ja saps que si varia la tensió que apliquem a un circuit, varia també el corrent.

BC337

I

1 k

PT4,7 k

Tensió = 0 volts

Tensió = 9 volts

Regulador de llum.

56 Ormeig de pràctiques d’electrònica

En aquest experiment (observa l'esquema de la figura), la tensió que apliquem a la base del transistor, respecte del col∙lector, podem variar-la per mitjà del potenciòmetre des de zero volts fins a la tensió de les piles (9 V).

Per consegüent, el corrent de la base del transistor també variarà des de zero fins a la màxima intensitat que permeta la resistència de 4.7 kΩ.

Muntatge

Munta el circuit segons el pla. Has de parar especial esment en la posició del transistor i del potenciòmetre PT. Fixa’t que el PT no pot connectar-se de manera que dues potes estiguen en la mateixa columna de la placa de treball.

En girar l'espiga del potenciòmetre PT, varia la intensitat de llum del LED.

Observaràs que, si parteixes del punt de tensió nul∙la entre un extrem i el centre del PT (en cas que la resistència entre les dues potes esmentades siga nul∙la), hi ha un sector de gir potenciomètric en el qual el LED roman completament apagat. Ocorre que, quan el corrent que passa pel LED va augmentant progressivament, no fa llum si no té encara prou intensitat.

Així mateix, en el punt de màxima intensitat de llum hi ha un altre sector de gir en el qual no varia la lluminositat del LED. Això indica que s'ha abastat la màxima intensitat de corrent que permet passar la resistència del LED. Encara que seguisca augmentat la intensitat en la base, la intensitat del col∙lector es manté invariable. En aquest cas es diu que el transistor està saturat.

Qüestions

a) Fes un esquema de com està connectada, per dins, la placa base de treball.

Nota sobre la placa base de treball: no importa si la teua placa no té la mateixa numeració o les mateixes lletres que la que es mostra en les pàgines anteriors. Només interessa que mostres l’esquema de com ho has fet.

Per a facilitar-te la tasca de representar les connexions, al principi dels apunts de l’ormeig tens unes quantes còpies de la figura de la placa base: retalla-les i apega-les en el quadern, al final de cada pràctica. b) Explica breument, amb les teues paraules, com i per què funciona el

regulador de llum.

c) Fes les mesures de V, I, i R que cregues d’interès, i explica els valors que n’obtingues.

57

Pràctica 16. El condensador: càrrega i descàrrega

Objectiu

Aquest experiment et permetrà conèixer el fonament dels condensador i l’ús en circuits.

El condensador

Ara coneixeràs un altre component que s’utilitza molt sovint en electrònica: el condensador. El condensador està format per dues làmines metàl∙liques (anomenades armadures), separades per un material aïllant, anomenat dielèctric. Els terminals externs del condensador estan connectats, internament, a cadascuna de les armadures.

Els condensadors de l’ormeig tenen l’aspecte d’un cilindre, perquè s’han enrotllat les armadures perquè ocupen un espai reduït.

Càrrega i descàrrega

Si connectem un condensador a una pila (figura), la làmina unida al pol negatiu de la pila es carrega d'electrons (i s’hi posa a potencial negatiu) i, al contrari, en la làmina connectada al pol positiu es produeix una pèrdua d'electrons, de manera que hi predominen les càrregues positives (potencial positiu). Quan la diferència de potencial entre les dues làmines ha abastat el valor de la tensió de la pila, el condensador ha quedat completament carregat —per a aquesta pila—, i cessa el corrent de càrrega.

La pila ha actuat de bomba elèctrica, i ha dut electrons a l’armadura positiva i n’ha llevat de l’armadura negativa del condensador.

Si desconnectem el condensador de la pila, es mantindrà la càrrega elèctrica en les armadures, perquè no té camí (conductor) per on descarregar-se. Per a descarregar un condensador és necessari unir els terminals a un circuit, perquè, a través del circuit, els electrons de la làmina negativa fluïsquen a la positiva (figura). Quan desapareix la diferència de potencial entre les làmines, el condensador ha quedat descarregat.

Dielèctric

Làmines

Condensador carregant-se, connectat a una pila.

Condensador descarregant-se a través d’una resistència.

58 Ormeig de pràctiques d’electrònica

Pràctica

Fem un experiment. Munta el circuit de la figura. Pots identificar fàcilment el condensador pel símbol. Posa especial atenció en el muntatge del condensador: la fletxa que té dibuixada indica el sentit convencional del corrent. També has d'anar amb compte amb la posició del transistor.

Acciona l'interruptor i assegura't que ha quedat tancat. Prem el polsador P1 durant uns segons. Aparentment, sembla que no ha passat res; tanmateix, en aquest curt espai de temps el condensador ha quedat completament carregat.

Deixa de prémer el polsador P1 i prem ara P2. El LED s'engega amb la màxima lluminositat. Si mantens premut P2, el LED es manté encés durant uns pocs segons, a la fi dels quals perd la lluminositat i s'extingeix totalment.

Explicació

En prémer P2, els electrons de la làmina negativa del condensador passen per l'emissor del transistor a la base, i per la resistència de 22 kΩ i P2 a la làmina positiva del condensador. És a dir, s’estableix un corrent convencional de l’armadura positiva a la negativa; aquest corrent va de la base del transistor a l’emissor.

El condensador comença a descarregar-se de manera que es forma un corrent per la base del transistor i, com a conseqüència d'aquest corrent de base, es produeix, com hem experimentat en pràctiques anteriors, un corrent d'emissor a col∙lector que engega el LED. Quan el condensador s'ha descarregat, i cessa el corrent de base, s'apaga el LED.

Qüestions

a) Els condensadors no tenen, normalment, polaritat. Tanmateix, el tipus especial de condensador que fas servir en aquesta pràctica, anomenat condensador electrolític, sí que en té. Per què? Per a què?

b) La pota curta d’un condensador electrolític és l’armadura positiva o la negativa? (Recorda el significat de la fletxa que duu dibuixat el condensador i que es dirigeix cap a la pota curta).

BC239

I

1 1 kΩ

22 kΩ12.5 µF

+

-

P1

P2Muntatge experimental.

Pràctica 16. El condensador: càrrega i descàrrega 59

c) La circulació de càrrega en la figura és correcta, en sentit figurat. Què és el que circula realment en tots dos casos? I en quin sentit es mouen els portadors de càrrega, en sentit horari o antihorari?

d) Si tens premuts els dos polsadors simultàniament (P1 i P2), el LED mai no s’apaga. Per què?

e) Què ocorre si canvies el condensador per un de major capacitat?

f) Si vols comprovar per què recomanen que es descarreguen els condensadors abans de posar-se a reparar qualsevol aparell electrònic (o electrodomèstics, com ara un TV), fes el següent (en una cambra fosca, o de nit): carrega un condensador com has fet abans en la pràctica (es veurà millor l’efecte com més gran siga la capacitat) i, amb els llums de la cambra apagats, fes que una fulla d’unes tissores, per exemple, toque les dues potes del condensador. Què observes? Com deuen fer, doncs, les persones especialistes en reparacions electròniques per descarregar els condensadors?

61

Pràctica 17. Temporitzadors

Objectiu

Aquest experiment et permetrà conèixer el fonament dels aparells que tenen un control automàtic de temps, com ara els semàfors. Farem una aplicació pràctica del procés de càrrega i descàrrega dels condensadors.

Introducció

Amb el circuit de la pràctica II.2 hem experimentat el comportament d'un condensador en un procés de càrrega i de descàrrega. Ara toca preguntar-nos, quina quantitat d'electricitat pot acumular un condensador? Això depèn de la grandària i la constitució d’aquest. Uns poden acumular-ne major quantitat d'electricitat que d’altres. A aquesta possibilitat d'acumular electricitat l'anomenem capacitat i es mesura amb la unitat anomenada Farad. En la pràctica s'utilitza un submúltiple, el microfarad (µF), que equival a la milionèsima part d'un Farad, i el picofarad (1 pF = 1 µµF).

Els condensadors es poden carregar i descarregar a gran velocitat, quasi instantàniament, però també es pot efectuar aquesta càrrega o descàrrega lentament, a una velocitat regulada i controlada.

Pràctica

Fem un experiment que utilitze aquesta qualitat del condensador. Munta el circuit. Para especial esment en la posició dels transistors i del condensador, ja que aquest és de tipus electrolític i té polaritat. (Més avant parlarem de com simular el paper del polsador P).

BC239

I

1 kΩ

4,7 kΩ

12.5 µF +

- P

BC239

1 kΩ 1 MΩ

T 2 T 1

“A”

“B”

Muntatge del temporitzador.

62 Ormeig de pràctiques d’electrònica

Acciona l'interruptor i comprova que el circuit ha quedat connectat. El LED tardarà a encendre's uns 20 o 25 s. A què es deu aquest retard?

Perquè passe un corrent de l'emissor al col∙lector del transistor T1, capaç d'encendre el LED, és necessari que passe un corrent feble per la base del transistor T2.

Doncs bé, perquè es produïsca aquest corrent de base ha d'existir en el punt "A" una certa tensió, és a dir, entre els borns "A" i "B" del condensador ha d'haver-hi una certa diferència de potencial. En altres paraules, el condensador ha de tenir certa càrrega d'electricitat.

Quan connectem l'interruptor, flueix un corrent feble a través de la resistència d’1 MΩ, que inicia la càrrega del condensador. Així augmenta progressivament, durant aquest procés, la diferència de potencial en el condensador, fins abastar el valor necessari per a fer circular corrent per la base del transistor T2 i, en conseqüència, encendre el LED. Si premeu el polsador P durant un instant, el condensador es descarrega a través d'aquest, i s’inicia un cicle nou. (Nota: el paper del polsador P el pots fer, simplement, si curtcircuites les dues potes del condensador amb un tros de cable).

De què depèn el procés de càrrega? Substitueix la resistència d’1 MΩ per altres de diferents valors i comprovaràs

que, si varia el valor de la resistència, també varia el temps de càrrega del condensador.

Però no sols podem variar el temps variant la resistència. Si variem la capacitat del condensador també es produeix el mateix efecte. Col∙loca novament la resistència d’1 MΩ i substitueix el condensador de 125 µF pel de 470 µF. Observaràs que el LED tarda a encendre's quasi 70 s. Efectivament, si posem un condensador de més capacitat, aquest necessita més temps per a carregar-se, ja que acumula més quantitat d'electricitat.

Aplicacions Aquests enginys, anomenats temporitzadors, tenen gran aplicació en diferents

aparells de funcionament automàtic, com ara els semàfors de circulació.

Qüestions a) Quan estiga engegat el LED, lleva el condensador:

a. Per què continua engegat el LED? b. Si ara tornes a posar el condensador, per què s’apaga el LED?

b) S’engega el LED si has descarregat el condensador i no està tancat el circuit pel punt del polsador que hi ha al costat de la resistència de 4.7 kΩ? Per què sí, o per què no?

c) Quina relació hi ha entre el temps d’engegada del LED si fas servir, seqüencialment, els tres condensadors de l’ormeig?

d) Si poses en sèrie dos condensadors, el temps que tarda a engegar-se el LED és major o menor que la suma dels temps que tarda si els poses per separat? Quina conclusió en traus?

63

Condensador i corrent variableamb el temps.

Pràctica 18. El condensador i els corrents variables

Objectiu

Aquest experiment et permetrà conèixer el fonament dels circuits que transformen corrents variables amb el temps en corrents continus.

Muntem ara dos circuits amb la finalitat d’experimentar el comportament del

condensador amb corrents variables.

BC239

I

1 kΩ

4.7 kΩ12.5 µF +

-

P

Corrent variable

Munta el circuit de la figura. Abans de connectar el condensador, representat amb línies discontínues, fes l’assaig següent: després de connectar l’interruptor, prem el polsador P intermitentment a un ritme d’unes dues pulsacions per segon.

Amb aquestes pulsacions hem produït un corrent variable en la base del

transistor, per la qual cosa passa, també, un corrent variable intermitent pel LED. Connecta a continuació el condensador de 12.5 µF en la posició indicada amb

les línies discontínues (para esment en la posició del condensador electrolític, perquè aquest tipus de condensador té polaritat). Si prems novament el polsador P, també intermitentment, observaràs que el LED brilla contínuament.

64 Ormeig de pràctiques d’electrònica

Què passa? El condensador rep un corrent intermitent a través del polsador, però suficient per a mantenir-lo constantment carregat. D’aquesta manera la tensió constant en el borns del condensador fa circular per la base del transistor un corrent també constant.

Conclusió

Podem dir, doncs, que amb un condensador es pot convertir un corrent variable en un corrent uniforme (constant).

Corrent continu

Munta el circuit de la figura i experimentarem amb el circuit en dues versions: amb el pont MN o amb un condensador que substitueix el pont. Fes primer el muntatge amb el pont MN i sense el condensador.

BC239

I

1 k Ω

1 kΩ

220 Ω

+ -

12.5 µF

-

+

MN

P

En connectar l’interruptor I, el llum s’engega de forma continuada.

Evidentment, hi ha un corrent de base uniforme a través del pont MN i de la resistència d’1 kΩ (la dibuixada verticalment). Si a continuació prems el polsador P, el LED s’apaga. Has connectat, per mitjà del polsador, el born de base del transistor al pol negatiu i, per tant, no circula corrent per la base. Si prems l’interruptor P intermitentment, el LED s’engega intermitentment, com cal esperar.

Substitueix ara el pont MN pel condensador de 12.5 µF i connecta

l’interruptor. El LED, després de produir un lleuger centelleig, roman apagat. No passa corrent per la base del transistor, com quan premies el polsador P en el muntatge anterior, perquè ho impedeix el condensador. Tanmateix, si prems el polsador P intermitentment, el LED brilla també intermitentment.

Conclusions

Després d’aquest experiment, podem dir que els condensadors no permeten el pas d’un corrent continu (constant en el temps), però si d’un corrent variable en el temps.

Condensador i corrent constant.

Pràctica 18. El condensador i els corrents variables 65

Qüestions

a) Explica exactament per què s’engega el LED quan fas la prova de polsar P en el muntatge de la figura, sense haver-hi el condensador.

b) Explica exactament per què s’engega el LED quan fas la prova de polsar P en el muntatge de la figura, quan hi ha el condensador.

c) Què ocorre en l’última part de la pràctica segona (corrent continu) si canvies el condensador per un de major capacitat?

d) Explica exactament què ocorre en l’última part de la pràctica segona: com és que s’engega el LED de la manera que ho fa?

67

Pràctica 19. Control lluminós

Objectiu

Agafar experiència amb un nou component, la fotoresistència.

Agafa el component que està encapsulat. Observa la plaqueta que es troba a l’interior del tub de plàstic negre: és una cèl∙lula fotoconductora de, probablement, sulfur de cadmi.

Pràctica “A”

Munta el circuit "A" amb la fi d’experimentar el comportament d’aquest nou component. Posa atenció en la posició del transistor.

Una vegada connectat l’interruptor, si hi ha prou llum en l’ambient s’encendrà el LED. Si tapes amb un tros de cartó (o amb el dit) la boca del tub, de forma que la cèl∙lula fotoconductora no reba llum, el LED reduirà la seua lluminositat o s’apagarà totalment.

1 kΩ

22 kΩ

FR

“A”

A què és degut? Muntada en un circuit elèctric, la cèl∙lula foto-conductora es comporta com una resistència més, però la resistència al pas del corrent depèn de la llum que rep. Així, en aquest experiment, en interceptar la llum que rep, hi augmenta la resistència i, en conseqüència, disminueix el corrent que circula per la base del transistor.

Esquema d’una fotoresistència.

Muntatge “A”.

68 Ormeig de pràctiques d’electrònica

Pots fer l’experiment a l’inrevés. En la foscor d’una habitació el llum roman apagat. Si apropes un misto encès a la cèl∙lula fotoconductora, s’il∙luminarà el LED.

Amb aquest component podem fer dispositius diferents, com ara: detectors d’incendis, alarmes antirobatori, etc.

Pràctica “B”

Munta a continuació l’experiment "B". En aquest circuit utilitzem dos transistors, amb la qual cosa augmentem considerablement la sensibilitat del dispositiu. Observaràs que una de les resistències del circuit apareix en la figura amb dos valors: 100 kΩ i 560 kΩ. En ambients molt il∙luminats has d’utilitzar la resistència 100 kΩ, i en ambients foscos, la de 560 kΩ.

1 k

22 k

100 k560 k

FR

T2

T1

Qüestió

Explica amb paraules senzilles com funciona el dispositiu.

Muntatge “B”.

69

Pràctica 20. Encesa automàtica d'enllumenat. Interruptor crepuscular

Objectiu

Aquest experiment et permetrà conèixer el fonament dels circuits d’engegada o apagat automàtic...

Introducció

Les instal∙lacions d'enllumenat públic normalment estan proveïdes d'uns dispositius automàtics que encenen els fanals de nit i els apaguen en clarejar. El funcionament d'aquests elements es fonamenta en la cèl∙lula fotoconductora que hem experimentat en la pràctica II.5.

Muntatge

Munta el circuit de la figura. Posa atenció en la posició dels transistors i del condensador de 470 µF. Usa un LED de cada color.

I

560 k 4,7 k 4,7 k1 k

L1 L2

T3

BC337

T2

BC239

22 k

+470 microF

−

BC239

T1

FR

Interruptor crepuscular.

70 Ormeig de pràctiques d’electrònica

En accionar l'interruptor s'encendran els LED durant un instant breu. Després romandran apagats, sempre que la cèl∙lula fotoconductora reba prou llum.

Si fas aquest experiment a casa després de fer-se de nit, comprovaràs que, si apagues la llum de l'habitació, automàticament s'encenen els LED del dispositiu i, si l'encens, aquestes s'apaguen. Hauràs observat un cert retard en apagar-se els LED. Efectivament, el dispositiu està proveït d'un temporitzador com el de la pràctica II.5. Aquest evita que quede la via pública totalment fosca quan, per exemple, la cèl∙lula rep durant uns segons llum procedent d'un raig en una nit de tempesta, ja que, quan s'apaguen durant un moment els llums moderns emprats en enllumenats públics, tarden uns segons a recuperar-ne la màxima lluminositat.

Si encens el llum de l'habitació només durant un moment i l’apagues, observaràs que els LED de l’experiment romanen encesos.

Funcionament

El funcionament és semblant al de l'experiment "B" de la pràctica II.5. Quan la cèl∙lula no rep llum hi augmenta considerablement la resistència i, per tant, també la tensió entre els borns. Això origina un corrent per la base del transistor T1, el qual se satura. Tota la intensitat que passa per la resistència 47 kΩ passa ara a través d'aquest transistor, de manera que cessa totalment la intensitat en la base de T2, que queda bloquejat. Comença, doncs, a circular corrent per la base de T3: aquest transistor, que es trobava bloquejat, comença a conduir, cosa que fa que s’encenguen ara els LED.

Si la cèl∙lula rep novament llum queda bloquejat T1 però, de la mateixa forma

que en l'experiment del la pràctica II.5, no circularà corrent per la base de T2 fins que s'haja carregat el condensador 470 µF.

Qüestió

Explica amb paraules senzilles com funciona el dispositiu.

71

Pràctica 21. Semàfor electrònic

Objectiu

Aquest experiment et permetrà conèixer el fonament dels dispositius que commuten llums.

Muntatge

Munta el circuit seguint el pla de la figura. Observa la posició invertida del transistor T2. No has de muntar el polsador P dibuixat a traços. Connecta l’interruptor. Els LED s’encenen alternativament. És a dir, quan s’encèn L1, s’apaga L2 i viceversa, com un semàfor electrònic, però a velocitat alta.

Aquest circuit s’anomena multivibrador estable. Hem vist en la pràctica II.2 com un condensador es carrega per mitjà del corrent de base d’un transistor, i es descarrega per mitjà d’un polsador. De manera semblant, els condensadors d’aquest circuit es carreguen a través d’un corrent de base dels transistors, i es descarreguen a través de les resistències de 47 kΩ i de 100 kΩ. Aquest procés de càrrega i de descàrrega el fan alternativament, és a dir, quan un s’està carregant l’altre s’està descarregant, i viceversa.

Veiem el procés al complet. Considerem el moment en què està encès el LED L1 i apagat el LED L2. T1 està conduint i T2 bloquejat. El condensador 125 µF es carrega amb el corrent de base del transistor T1, i a través de L2, fins a abastar entre les plaques pràcticament la tensió de les piles. Al mateix temps es descarrega el condensador 12.5 µF a través de 47 kΩ i L1.

BC239

I

100 k

+ −

12,5 microF

-

+

47k

125 microF

− +

BC239

L1

T1

L2

T2

Semàfor electrònic (circuit multivibrador estable).

72 Ormeig de pràctiques d’electrònica

Quan aquest s’ha descarregat completament, comença a fluir corrent per la base de T2 (més endavant entendràs per què). En crear-se un corrent de base en T2, aquest se satura, i en saturar-se, el born (+) del condensador 125 µF queda connectat al pol negatiu del circuit (ja hem vist en altres experiments que un transistor funcionant en saturació o bloqueig és, pràcticament, un interruptor).

Podem dir que el born positiu del condensador de 125 µF ha quedat connectat a l’emissor del transistor T1 i, ja que hi són connectats els borns del condensador, la tensió pròpia de càrrega (la base de T1) està en aquest moment polaritzada a una tensió negativa respecte a l’emissor.

Aleshores cessa de circular corrent per la base, ja que els electrons no poden passar de la base de l’emissor. T1 es bloqueja, i s’apaga L1. Aquest transistor roman en aquest estat de bloqueig mentre hi haja tensió entre els borns del condensador de 125 µF. Aquesta tensió va decreixent a mesura que el condensador es descarrega a través de la resistència 100 k.

Quan s’ha descarregat totalment, comença a fluir novament corrent per la base de T1, que se satura, de manera que s’inicia a continuació un nou cicle, en el qual els protagonistes són ara el condensador de 12.5 µF i el transistor T2. I així, successivament, van produint-se alternativament aquest cicles.

Pots variar els temps d’encesa d’un llum o d’un altre substituint el condensador, o la resistència de descàrrega, per altres de diferents valor.

Connecta ara el polsador P. En prémer-lo, queda permanentment encès el LED L1 i apagat el L2. La base de T2 està connectada a la mateixa tensió de l’emissor i queda bloquejat. D’aquesta manera podem interrompre la intermitència dels LED.

Qüestió

Explica amb paraules senzilles com funciona el dispositiu.

73

Pràctica 22. Alarma amb llum permanent

Objectiu

Aquest experiment et permetrà conèixer el fonament de les alarmes.

Introducció

De vegades, quan s’ha d’instal∙lar un dispositiu d’alarma per mitjà d’una cèl∙lula fotoconductora, cal que la senyalització d’alarma es mantinga constant, encara que l’acció que ha motivat aquesta alarma siga molt breu.

Munta el circuit seguint el pla de la figura. Posa especial atenció en la posició dels transistors.

BC337 T3

100 k

P

T2 BC239

4,7 k

T1 BC239 1 k

FR560 k

Alarma amb llum permanent.

74 Ormeig de pràctiques d’electrònica

Prem P, per apagar el díode LED. Si la cèl∙lula rep prou llum, el LED romandrà apagat.

Si interceptes aquesta llum, encara que siga per un breu espai de temps, (per exemple, passant ràpidament la mà sobre la cèl∙lula), s’encén el llum i roman en aquest estat. Per apagar-lo, has de prémer P.

Quan connectem l’interruptor, el transistor T1 condueix saturat, cosa que impedeix que T3 reba corrent en la base i, per tant, aquest roman bloquejat i el llum apagat. Quan la cèl∙lula no rep llum, augmenta la seua resistència, i provoca un corrent per la base de T2, el qual se satura. T1 es bloqueja, T3 se satura i s’encén el llum i roman en aquest estat. Quan premem P, T3 queda bloquejat, per la qual cosa T1 se satura.

Qüestió

Explica amb paraules senzilles com funciona el dispositiu.

75

Pràctica 23. Multivibrador astable5

L’esquema i la foto mostren un mulitivibrador astable: els LED verd i roig s’encenen de manera alternativa.

5 Tret d’un correu electrònic de 31/03/1998, sobre: Undergraduate Physics book (2), de: syu@mqg.biglobe.ne.jp a phys-l@atlantis.uwf.edu (http://www2s.biglobe.ne.jp/~syuLove/tikatika.jpg i http://www2s.biglobe.ne.jp/~syuLove/tika2.gif).

Nota: com que la proposta ésd’usar una bateria de 3 V,pots fer servir la de 9 V del’ormeig si hi afegeixes unaresistència en sèrie d’uns 300Ω.

77

AB

CD

E

FGHIJ

AB

FGHIJ

CD

E

KLMNO

KLMNO

135791113151719212325272931333537394143

135791113151719212325272931333537394143

AB

CD

E

FGHIJ

AB

FGHIJ

CD

E

KLMNO

KLMNO

135791113151719212325272931333537394143

135791113151719212325272931333537394143

AB

CD

E

FGHIJ

AB

FGHIJ

CD

E

KLMNO

KLMNO

135791113151719212325272931333537394143

135791113151719212325272931333537394143

Còpies de la placa de treball

Còpies de la placa de treball perquè les retalles i les enganxes al final de cada pràctica amb el teu esquema.