Aunque es posible avanzar sin tener conocimientos de electrónica, en esta práctica vamos a hacer una pausa para introducir al alumno en la base de la electricidad y electrónica para una mejor experiencia del curso de Arduino.
Pero recuerdas que puedes visitar mi curso de electrónica para novatos en esta misma página web en el siguiente ENLACE.
Conceptos básicos.
Estos conceptos te enseñarán lo necesario para entender cómo se fundamenta un circuito eléctrico y cómo son los fenómenos producidos por la electricidad. Por cierto, la electricidad es un flujo de electrones que son atraidos por un potencial eléctrico de un sitio a otro. Vamos a detallar.
F.E.MDesignada como Fuerza Electro Motriz, es la causa que produce el desplazamiento de electrones en un circuito desde el polo negativo al polo positivo (sentido real de la corriente), creando una diferencia de potencial entre ambos polos.
Observa el siguiente circuito:
Circuito eléctrico básico con bombilla y pila.
La pila (o batería), se conecta directamente a la bombilla en serie, es decir el extremo positivo de la pila (cable rojo), se conecta a un terminal de la bombilla. El circuito se cierra por el otro terminal de la bombilla que se conecta al negativo (cable negro), de la pila. Por eso mismo la bombilla está encendida: hay una circulación de corriente desde la pila de un terminal positivo hasta su terminal negativo producto de la F.E.M interna de la pila que obliga a los electrones de la misma pasar por la bombilla.
Intensidad de corriente eléctricaEs la cantidad de carga eléctrica que atraviesa una sección del conductor en unidad de tiempo.
Circuito básico de intensidad de corriente.
En la imagen anterior puedes ver que ya hemos conectado una placa protoboard al circuito y que hemos utilizado conectores para conectar ambos dispositivos (la pila y la bombilla. Al estar conectados directamente en serie, como puedes ver, la F.E.M de la pila, obliga a los electrones a moverse. Y ese movimiento de electrones es la corriente eléctrica que, depende entre otros factores de:
● Resistencia eléctrica: Es la oposición física que presenta un material al paso de la corriente eléctrica. Los átomos del material resistivo ofrecen resistencia al paso de los electrones a su través. En el circuito anterior, la resistencia eléctrica está formada por el hilo conductor de la bombilla y los cableados de conexión eléctrica. También existe una resistencia interna de la pila.
● Voltaje eléctrico: La F.E.M obliga a los electrones a desplazarse por el circuito generando una diferencia de potencial entre los electrones para que estos se desplacen. Esa diferencia de potencial es lo que se llama voltaje.
La intensidad de corriente, el voltaje y la resistencia están estrechamente ligadas entre sí, pues variando los valores de una en un circuito, variarán los valores de las otras. Esto es lo que se conoce como Ley de Ohm.
Donde la intensidad es igual a la tensión aplicada a un circuito dividida entre la resistencia total del mismo.
Esquema representativo de la ley de Ohm.
Existen otras magnitudes eléctricas como por ejemplo la potencia eléctrica, que es el trabajo eléctrico (en julios (J)), realizado en unidad de tiempo (segundos).
Si introduciendo la potencia en el gráfico anterior de la ley de Ohm, nos queda como ves:
Función de potencia añadida a la ley de Ohm.
Protoboard.
La placa de prototipos es una placa de plástico con ranuras practicadas diseñadas específicamente para realizar pruebas de circuitos eléctricos sin tener que diseñar una placa integrada para tal fin, ya que en esa, no se pueden agregar componentes adicionales o quitarlos sin soldarlos nuevamente.
En el mercado existen varios modelos y tamaños que pueden incluir conexiones adicionales. Si eres uno de los intrépidos que te has comprado el Kit starter de Arduino UNO, dicho kit incluirá una protoboard de 400 pines, suficiente como para montar una gran variedad de proyectos. De todas formas, las placas son extensibles ya que tienen un troquelado en los lados que las permiten unirse a otras placas para ampliar espacio.
Placa protoboard te sirve para crear circuitos sin soldar.
La placa protoboard no es más que una placa con múltiples orificios distribuidos de forma que los que se encuentran en la misma columna están unidos mediante chapas metálicas por su parte posterior. En la figura de arriba, puedes ver que la protoboard se cataloga en columnas (números) y filas (letras), y las dos filas superiores que se utilizan para alimentación y masa.
El primer grupo de letras ABCDE, designan la columna superior y el segundo grupo de letras FGHIJ, designan el segundo grupo.
Las columnas están separadas entre ellas. Cuando se introduce un componente en la placa protoboard, ésta ofrece doble función sobre el componente: ofrece suficiente presión sobre el terminal para sujetar el componente, además de facilitar la conexión eléctrica del terminal.
Estrutura de la placa de prototipos.
Practicándo con diodos. Montaje básico.
Ya hemos visto que los diodos LED son dispositivos electrónicos que emiten luz cuando se aplica una corriente eléctrica en su interior. Para nuestras prácticas los utilizaremos para saber cuándo un puerto digital ha activado su salida y está en HIGH.
El LED se suele utilizar junto a una resistencia eléctrica para que limite la corriente que circulará por su interior ya que, como he mencionado, al estar configurado el puerto digital como baja impedancia, la intensidad es máxima y debe de protegerse al diodo por la alta intensidad que podría dañarlo (un diodo Led rojo puede tolerar hasta 100mA como máximo de pico, pero es recomendable limitar la corriente a 20mA), y el puerto configurado como salida proporcionará hasta 50mA).
Si conectasemos el diodo LED directamente a la pila de 9V, teniendo en cuenta que el LED tiene una resistencia interna de aproximadamente 22 a 28Ω como estás viendo en la siguiente imagen:
Montaje directo del LED a la pila.
Esto generaría una corriente de:
I = 409mA
Lo que destruiría el LED rapidamente, porque su máxima corriente de pico suele ser de entre 80 y 100mA.
Por eso limitaremos el paso de corriente mediante una resistencia eléctrica de 450Ω como ves a continuación.
Diodo LED con resistencia limitadora para evitar su rotura.
Recuerda que el diodo Led conecta su cátodo al negativo y su ánodo al positivo de alimentación. El cátodo es la patilla más corta mientras que el ánodo es la patilla más larga.
Estructura del diodo LED.