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Se muestran los artículos pertenecientes al tema Electrónica en el automóvil.

ELECTRICIDAD APLICADA AL AUTOMÓVIL

Una buena presentación de diapositivas para iniciarse en el tema de la electricidad y de la electrónica aplicada al automóvil.

Visto en mecanicavirtual

Electricidad y electrónica

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22/11/2011 23:55. vicente sánchez #. Electrónica en el automóvil No hay comentarios. Comentar.

COMPONENTES ELECTRÓNICOS

No hace tanto tiempo que los vehículos no montaban nada de electrónica; el oficio de mecánico y electricista de automóvil es cada día mas especializado y la electrónica se ha convertido en la base de los vehículos actuales. Ya no hablamos ni tan siquiera de unos pocos dispositivos electrónicos para gestionar algunos aspectos concretos del funcionamiento de los vehículos, sino de la gestión integral de los vehículos. El conocimiento de los fundamentos de los componentes electrónicos puede servirnos para facilitar la interpretación de algunos de los esquemas con los que nos tendremos que enfrentar a lo largo de nuestra vida profesional, si bien no es imprescindible conocerlos, desde un punto de vista de la práctica diaria.

Haremos un repaso de algunos de los elementos semiconductores que se emplean en los circuitos electrónicos del automóvil, pero la idea principal es continuar con el estudio de los sensores y actuadores para tratar de entender como funcionan y como se comunican entre sí a través de las unidades de control con el fin de tratar de deducir las pruebas que hay que realizar para su correcta diagnosis.

La evolución de la tecnología en los vehículos está íntimamente relacionada con el incremento de uso de la electrónica en este sector. La electrónica permite el control de muchos parámetros de funcionamiento en los vehículos, lo que facilita la conducción; esto y que cada día se fabrican componentes más pequeños y con más posibilidades de gestión de distintas funciones hacen que esta historia común ya no tenga posibilidad de detenerse.

En artículos anteriores vimos, a modo de introducción, como se comportaban las cargas eléctricas en los cristales semiconductores cuando les aplicábamos tensión y cuando no se la aplicábamos; también vimos lo que sucedía cuando uníamos dos cristales impurificados positiva y negativamente (la unión PN), etc.

Es el momento de comenzar a hablar de componentes.

DIODO


Es, por su constitución, la unión de un semiconductor de tipo P con uno de tipo N. Sabemos que cuando se unen estos componentes, en la zona de contacto se produce la difusión parcial de cargas de tipo P hacia la zona negativa del diodo y de cargas N hacia la zona positiva del diodo; también sabemos que esta difusión provoca la reconversión de cargas (equilibrio entre cargas de distinto signo, las cargas negativas ocupan los huecos positivos)

En la zona de contacto se crea una zona neutra desde el punto de vista electrónico, pero al relacionarla con el entorno, la zona neutra que se encuentra en el lado N del diodo es, con relación a esta zona, positiva y la zona neutra en el entorno del lado P es negativa con relación al entorno.

Tenemos cuatro zonas en el diodo: un lado P, un lado N, una zona neutra que en el lado P es negativa y una zona neutra que en el lado N es positiva. Esto es lo que hay dentro del diodo; por fuera lleva dos conexiones, una unida al lado P y otra al lado N.

La zona neutra se llama capa de barrera y, dependiendo del material empleado, tiene una tensión de difusión de 0,3 o 0,7 voltios para el germanio y el silicio respectivamente.

La característica del diodo es que solamente permite el paso de corriente si está conectado en sentido directo, por lo que se puede intuir que una de las funciones principales será la de la rectificación de corrientes, aunque tiene más.

Cuando conectamos un diodo en sentido directo, es decir, el lado P del diodo al polo positivo de la fuente de alimentación y el lado N al polo negativo de la fuente, y se supera el valor de la tensión de difusión propio de la capa de barrera, ésta se anula y permite el paso de electrones portadores de carga eléctrica entre negativo y positivo.

 

Cuando conectamos el diodo en sentido inverso (polo positivo con región N y polo negativo con región P) la capa de barrera se comporta al contrario debido a la atracción y repulsión de cargas, teniendo esto como consecuencia el ensanchamiento de la capa de barrera, impidiendo el paso de corriente.

Podemos entender que un diodo se comporta como una resistencia que puede ser muy baja o muy alta dependiendo del sentido de la conexión al circuito; también funciona como una válvula que solo permite el paso en una dirección y lo bloquea en la contraria.

17/11/2010 00:24. vicente sánchez #. Electrónica en el automóvil No hay comentarios. Comentar.

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ELECTRICIDAD PARA PCPI DE AUTOMOCIÓN

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Con los sitios que propongo desde los siguientes enlaces podemos realizar un buen repaso de la materia estudiada relacionada con la electricicidad aplicada al automóvil.

La fuente de información es educaplus.org y las aplicaciones en concreto son:

CIRCUITOS ELÉCTRICOS

LEY DE OHM

RESISTENCIAS EN PARALELO

RESISTENCIAS EN SERIE

Se acerca la realización de las pruebas de acceso y es necesario repasar estos conceptos.

07/04/2010 23:29. vicente sánchez #. Electrónica en el automóvil No hay comentarios. Comentar.

UNIÓN PN

En el anterior post relacionado con la electrónica vimos la necesidad de impurificación de los semiconductores para que fueran aptos para su uso en electrónica; vimos también que dependiendo de los materiales empleados se creaban semiconductores de tipo P y semiconductores de tipo N.


¿Qué sucede si unimos un semiconductor de tipo P con uno de tipo N?

Parece fácil pensar que las cargas negativas del tipo N se unirán con las del tipo P "anulándose" unas a otras, pero no es esto lo que sucede.
En el momento en los dos semiconductores se unen, en la superficie de contacto se produce la migración de cargas y huecos de un lado al otro de los cristales; del lado P pasan al lado N cargas de positivas y del lado N pasan a lado P cargas negativas.

 

En este proceso se produce una recombinación de portadores de carga, pero esta recombinación está supeditada a la desaparición de las dos cargas que se recombinan; lo que se consigue es que en la zona de difusión se pierden cargas de uno u otro signos en función de que el cristal sea P o N. Aparece una zona neutra dieléctrica: la unión PN
La unión PN es neutra desde el punto de vista eléctrico; aunque se trate de una zona en la que solo hay el producto de la recombinación de cargas, en relación con el entorno la capa creada en el cristal P es negativa con respecto a su entorno y la capa creada en el cristal N con realción a su entorno es positiva. Este espacio neutro es lo que se denomina capa de barrera y, por sus características eléctricas impide el paso de más cargas de uno a otro cristal. Ahora las cargas negativas son repelidas por la zona negativa de la capa de barrera que se ha creado en el lado positivo y viceversa.

Comprender la formación y el comportamiento de la capa de barrera facilitaré el estudio de los semiconductores como el diodo, el transistor, los tiristores, etc., que abordaremos en posteriores entregas.

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IMPURIFICACIÓN DE SEMICONDUCTORES

La necesidad de controlar la conducción en los semiconductores en unos márgenes concretos de temperatura hace que sea necesaria su impurificación. Esto se consigue por medio de la agregación de materiales que generan semiconductores de tipo p o semiconductores de tipo n. La impurificación se debe realizar de manera muy precisa y controlada (por poner un ejemplo con cantidades significativas se puede hablar de la mezcla de 10000 toneladas de germanio o silicio en estado prácticamente puro con 1 gramo de impurezas)

 

¿En qué consiste la impurificación?

La impurificación consiste en añadir materiales que donen electrones de conducción a los cristales semiconductores, en el caso de la impurificación de tipo n o que desequilibren el número de electrones en el sentido de robar uno del cristal en el caso de la impurificación p.

Para conseguir materiales semiconductores de tipo n se deben utilizar materiales pentavalentes, es decir con cinco electrones de conducción en la última capa. Cuatro de estos electrones se unen a los del germanio o silicio en forma de enlace covalente quedando un electrón libre para la conducción eléctrica. El electrón sobrante es ahora un electrón de conducción y el material donante en un ion positivo.

Los materiales empleados en la impurificación de tipo n son necesariamente los que tienen cinco electrones de valencia: fósforo, arsénico y antimonio.

En cuanto a la impurificación de tipo p es fácil deducir el tipo de materiales que se deberán utilizar; materiales con tres electrones en la última capa o trivalentes. El efecto es el mismo que en el caso de los materiales de tipo n, pero en este caso los tres electrones de valencia de los materiales con los que se impurifica se unen por medio de enlace covalente con los átomos del cristal semiconductor; como solamente hay tres electrones que aportar a la unión, se genera un hueco, que como ausencia de carga negativa se convierte en un portador de carga positiva. El átomo con el que se impurifica se convierte en un ion negativo y también es llamado aceptor.

Los materiales empleados para esta impurificación son el boro, el aluminio, el galio y el indio, todos ellos trivalentes

De esta manera es como podemos aumentar la conductividad del germanio y del silicio; dependiendo del grado de impurificación variamos tambien el grado de conductividad. La impurificación se realiza de manera que los pares hueco-electrón propios de la conducción intrínseca se encuentren en minoría, por lo que la conducción del semiconductor dependerá exclusivamente de la impurificación.

 

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MATERIALES SEMICONDUCTORES

En el anterior artículo bajo la etiqueta "electrónica en el automóvil" hablamos sobre los materiales conductores de la electricidad y sobre los materiales aislantes. En concreto relacionamos el nº de electrones de conducción (los de la última capa) y el nº de capas con la mayor o menor facilidad de los materiales para conducir la electricidad. Cuanto menor es el nº de electrones en la última capa y cuanto mayor sea el nº de capas tendremos materiales mejores conductores.

¿Qué sucede con los materiales que se denominan semiconductores?

En cuanto a su estructura atómica hay que decir que tienen cuatro electrones en su última capa. Esto podrían hacernos pensar que se trata de unos materiales buenos conductores de la electricidad.

Pero tanto el germanio como el silicio (que son los materiales semiconductores mas importantes en la industria) realizan entre sus átomos un tipo de unión que los convierte prácticamente en aislantes: El enlace covalente.

 

El enlace covalente consiste en que los electrónes de la última capa de un átomo comparten otros cuatro electrones de los átomos que están alrededor,

generando una estructura en forma de red muy estable en cuanto a las propiedades eléctricas.

Al compartir estos electrones, cada átomo tiene en su última capa a ocho electrones girando alrededor de su nucleo y esto modifica su comportamiento eléctrico, ya que las últimas capas son ahora muy estables desde el punto de vista eléctrico. Se podría decir que los semiconductores son dieléctricos, pero en los fenómenos eléctricos influyen tambien otras cuestiones como la temperatura. Si en el entorno del cero absoluto conseguimos una situación de reposo total de los electrones, según vayamos aumentando la temperatura los átomos comienzan a oscilar, tanto más cuanto mayor sea la temperatura. Esto provoca la ruptura de algunos enlaces covalentes y los electrones que se liberan comienzan a comportarse como electrones de conducción que se desplazan libremente por la estructura del cristal.

La ausencia de un electrón de su órbita genera también un hueco libre que tambien se desplaza libremente por la estructura del cristal. Cada vez que se produce este fenómeno se dice que se ha generado un par hueco-electrón. El nº de pares hueco-electron aumenta rápidamente con la temperatura, aumentando así el nº de portadores de carga. De esto podemos deducir que aun el cristal semiconductor más puro es  ligeramente conductor.

A esta conducción se la denomina "intrínseca" ya que todo el proceso se produce internamente, es decir, los portadores decarga proceden del mismo material; la conducción intrínseca aumenta con la temperatura.

El proceso descrito también se produce en dirección contraria; cuando los electrones y los huecos se desplazan desordenadamente por la estructura del cristal, puede suceder que se produzca el choque entre un electrón y un hueco y que uno atrape al otro; es lo que se denomina recombinación. Para una misma temperatura el nº de pares hueco-electrón se mantiene constante, por lo que cuando se produce la recombinación de un par se genera otro par en algún otro punto.

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20/11/2009 00:12. vicente sánchez #. Electrónica en el automóvil No hay comentarios. Comentar.

MATERIALES CONDUCTORES DE LA ELECTRICIDAD

Desde el punto de vista de la conductividad eléctrica podemos clasificar los materiales en conductores, aislantes y semiconductores. Para entender esta clasificación, y como asunto previo y necesario para adentrarnos en la electrónica, repasaremos brevemente la estructura atómica de los materiales y la influencia que esto tendrá sobre el grado de conductividad.

Para estudiar este aspecto emplearemos el modelo atómico de Bohr que, aunque superado por otros modelos, sirve como referencia para el estudio de este tema.

Lo que se propone es este modelo es que los átomos que forman la materia están compuestos por un núcleo y una corteza. En el núcleo habitan las cargas positivas o protones y los neutrones, que ejercen una función de aglutinante nuclear e impiden que las fuerzas de repulsión entre cargas del mismo signo consigan la desintegración del núcleo.

En la corteza están las cargas negativas o electrones. Los electrones están alejados del núcleo y en constante movimiento alrededor de su órbita, de manera que el efecto centrífugo impide que sean atraídos por el núcleo, que como se ha dicho es positivo con relación a su entorno.

Según Bohr los electrones solo pueden moverse dentro de una órbita concreta y con unos niveles de energía determinados. Dentro de estos niveles de energía se pueden establecer distintas órbitas, pero hasta que no se completa un nivel de energía no puede iniciar la construcción de otro superior. Así tenemos que para un átomo de hidrógeno  (H) existirá una órbita con un electrón. El helio (He) tendría dos electrones en ese primer nivel. Pero para el siguiente elemento (litio) el primer nivel estaría lleno y no se podría colocar en él ningún electrón más, por lo que aparecería un segundo nivel con dos órbitas; en la primera se colocaría el tercer electrón que forma parte del litiio (Li).

 

En la imagen se puede ver como se estructuraría el átomo del Cobre según este modelo. Los diferentes estratos se van llenando progresivamente (el primero con una órbita y dos electrones, el segundo con dos órbitas, una con dos electrones y otra exterior con seis, un tercer estrato con tres órbitas con dos, seis y diez electrones y un último estrato con una órbita con un solo electrón)

Aceptamos que la estructura atómica de los diferentes elemento se organiza del mismo modo, aunque con diferente número de electrones.

Desde el punto de vista de la conducción eléctrica, lo relevante es el número de electrones de la última capa y el número de capas. En la siguiente imagen se ve un esquema de las capas en tres dimensiones del átomo de Cobre (Cu) y del átomo de Plata (Ag)

 

La característica común es que en la última capa tienen un solo electrón y lo que les diferencia es que en el caso de la plata existe una capa más que el el cobre.

A los electrones de la última capa, por ser los encargados de la conducción eléctrica se les denomina así; electrones de conducción. La fuerzas de atracción que ejerce el núcleo sobre estos electrones será menor cuanto más separados estén el núcleo de los electrones; podemos afirmar que estos dos materiales son buenos conductores de la electricidad por tener un solo electrón el la última capa y además que la plata es mejor conductor que el cobre por tener su electrón de conducción más alejado del núcleo.

Mientras no se aplica una fuerza que ordene el movimiento de los electrones de conducción estos se desplazan desordenadamente por el metal, pero cuando se aplica una tensión, los electrones de conducción se dirigen hacia el polo positivo del generador con el que aplicamos la tensión. Cuanto mayor sea el número de electrones de conducción, mejor será la conductividad del material.

Pasa lo contrario con los aislantes; sus últimas capas están completas de electrones la movilidad de estos es prácticamente nula fuera de las órbitas establecidas.

Enlaces relacionados:

http://vicentesanchez.blogia.com/2009/031201-electronica-en-el-automovil.-introduccion.php

http://vicentesanchez.blogia.com/2009/033001-electronica-en-el-automovil-clasificacion-de-sensores.php

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NUEVO TEMA: ELECTRÓNICA EN EL AUTOMÓVIL

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A partir de este curso, y con el objetivo de organizar los artículos de este blog, sobre todos los relacionados con la técnica del automóvil, aparece un nuevo tema "electrónica en el automóvil". Ya durante el curso pasado inicié lo que quiere ser una serie sobre este tema; los próximos artículos sobre electrónica aplicada al automóvil aparecerán bajo esta etiqueta. Esto no quiere decir que abandone los demás temas; el blog no va a perder de vista su objetivo de  informar sobre distintos aspectos de la formación profesional y de servir de herramienta de estudio a los alumnos.

Para inaugurar este tema dejo los enlaces a estos dos artículos.

Introducción

Clasificación de sensores

 

 

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