Transcript ESTRUCTURA ATOMICA • Para comprender que es la corriente eléctrica debemos partir de la partícula elemental que conforma toda materia.

ESTRUCTURA
ATOMICA
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Para comprender que es la corriente eléctrica debemos partir de la partícula elemental que conforma toda materia. Esta partícula, de muy pequeño
tamaño, es el átomo.
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Como podemos observar en la imagen anterior, la estructura de un átomo
es una estructura planetaria. Una masa central denominada núcleo contiene cargas positivas a las que llamamos protones, y orbitando alrededor de
ese núcleo se encuentran unas partículas mucho más pequeñas, cargadas
negativamente, los electrones.
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Cabe destacar que en la estructura atómica tenemos tantos protones en el
núcleo como electrones girando en derredor, por ello el átomo eléctricamente es una partícula sin carga.
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Esta situación de neutralidad, se produce como consecuencia de las dos
fuerzas que actúan sobre los mencionados elementos. Una de ellas es la
fuerza de atracción que existe entre los electrones y los protones, ya que
las cargas de distinto signo se atraen y las de igual signo se repelen
(Ley de Coulomb).
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La otra fuerza mencionada es la fuerza centrífuga, generada por el movimiento orbital de los electrones alrededor del núcleo.
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Entregando energía al átomo, puede ser calor u otro tipo de energía, podremos romper ese equilibrio eléctrico permitiendo que ciertos electrones escapen de la estructura del átomo. A esos electrones los llamaremos electrones libres y diremos que dicho átomo posee carga positiva.
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Para adquirir carga negativa, el átomo acumula más electrones en sus órbitas que los que le corresponden, es decir que “atrapa” electrones libres; así
cargado buscará desprenderse de ellos para volver al estado de equilibrio.
Fc
Fa
Electrón
libre
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Teniendo en cuenta la cantidad de energía que le entregamos al átomo para liberar electrones, podemos clasificar a los materiales en:
 Conductores
 Aislantes
 Semiconductores
MATERIALES
CONDUCTORES
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Hay ciertos materiales que al entregarles pequeñas cantidades de energía
liberan electrones, esto sucede cuando las partículas negativas ubicadas
en las órbitas más alejadas del núcleo y expuestas a una mayor fuerza centrífuga que de atracción, emigran atraídas por otros átomos. Estos materiales son denominados conductores.
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Existen diferentes calidades de conductores, cuanto mayor sea la facilidad
que tenga un átomo en desprenderse de sus electrones mayor será la conductividad del material que constituya. Entre los mejores conductores se
encuentran los metales preciosos (platino, oro y plata), que debido a sus
elevados costos, el oro y la plata, son utilizados solamente en algunos contactos internos de componentes extremadamente sensibles a las variaciones de temperatura.
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Entre los conductores más usuales podemos mencionar el cobre, que reúne las condiciones necesarias de conductividad para la mayoría de los tendidos y artefactos eléctricos.
MATERIALES
AISLANTES
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Por el contrario hay otros materiales que necesitan grandes cantidades de
energía para liberar algún electrón y es debido a que la fuerza de atracción
es extremadamente elevada, y por lo tanto difícilmente se produce la migración de los mismos, de esta forma el átomo permanece eléctricamente neutro. A estos materiales los denominamos aislantes o dieléctricos.
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Existen diferentes calidades de aislantes. Entre los mejores encontramos a
la porcelana, que es utilizada en componentes donde su fragilidad no es
motivo de riesgo. Uno de los materiales más utilizados como dieléctrico es
un plástico parecido al P.V.C., debido a su fácil maleabilidad y a su alto
grado de aislación.
MATERIALES
SEMICONDUCTORES
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Entre los materiales conductores y aisladores, existen unos denominados
semiconductores. Estos en estado puro son esencialmente aislantes, pero
mediante procesos industriales complejos se los trata de manera tal que en
ciertas condiciones liberan electrones al aplicarle cierta cantidad de energía.
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A este tipo pertenecen los materiales como el germanio y el silicio, que
fueron durante décadas los componentes principales de los dispositivos
electrónicos. En la actualidad se utiliza normalmente el silicio.
CORRIENTE
ELECTRICA
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Luego de esta breve explicación estamos en condiciones de comprender
porque físicamente se define la corriente eléctrica como el desplazamiento
de electrones libres por un conductor, es decir el movimiento o flujo de
electrones que van migrando de átomo en átomo.
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Para medir la corriente eléctrica utilizamos una unidad denominada Amperio (A), que representa la cantidad de carga que circula por unidad de tiempo, pero para los fines prácticos suele resultar una magnitud demasiado
grande, por lo que se utilizan unidades más pequeñas denominadas submultiplos. Los más frecuentes son: el miliamperio (mA) que equivale a la
milésima parte del Amperio, y el microamperio (µA) que representa la
millonésima parte del Amperio.
Unidad patrón
A= AMPERIO
Submúltiplos:
mA (miliamperio)= 0.001 A
µA (microamperio)= 0.000001 A
DIFERENCIA
DE
POTENCIAL
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Hemos dicho que para obtener electrones libres deberemos entregarle a
los átomos una cierta energía; ésta puede ser energía eléctrica.
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Para comprender este fenómeno con mayor facilidad, pensemos por un
momento en dos tanques, con distintos niveles de agua cada uno de ellos.
Si los comunicamos por medio de una manguera, conectada en sus respectivas bases, notaremos que comienza a circular agua por ella (desde el
tanque con mayor nivel hacia el de menor nivel), hasta que ambos queden
nivelados, con lo cual la diferencia de niveles pasa a ser nula, en estas
condiciones no existirá corriente neta de agua por dentro de la manguera.
TENSION
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De esta experiencia, podemos deducir que la corriente de agua que se
generó fue provocada por la diferencia de niveles entre los dos tanques. De
igual manera se puede definir la causa de la circulación de la corriente
eléctrica.
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Cambiando los tanques de agua, por cuerpos cargados con distinto nivel de
cargas y conectados por medio de un conductor (cable), diremos que la diferencia de potencial eléctrico entre ambos, es la tensión aplicada al
cable.
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Viéndolo a niveles microscópicos, si un átomo posee carga positiva (ha
perdido un electrón) y otro posee carga negativa (ha ganado un electrón),
entre ambos existe una diferencia de potencial, entendiéndose con estas
palabras a la fuerza que aparece entre ellos y que provoca la circulación de
corriente cuando se los une. Esta diferencia de potencial o tensión se mide
en Voltios (V).
SEÑALES
CONTINUAS
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Las señales continuas son aquellas que no varían su polaridad con el
transcurso del tiempo, esto significa que poseen un polo positivo y otro
negativo totalmente definidos. Por lo tanto su formato es el de dos líneas
rectas, que corresponden al positivo y al negativo.
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Un ejemplo de esto es la señal entregada por una pila o batería, notaremos
que si a ésta, la colocamos en un equipo al revés (polaridad invertida), de
como lo determinó el fabricante, éste no funcionará, y hasta probablemente
se deteriore.
SEÑALES
ALTERNAS
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Hasta aquí hemos considerado a la corriente y a la tensión como algo uniforme que se mantiene en el tiempo. Sin embargo existen generadores que
varían la diferencia de potencial cambiando permanentemente su polaridad,
pasando de positivo a negativo en forma sucesiva. En estos casos diremos
que este generador produce una Tensión Alterna.
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El formato de esta señal es una sinusoide, es decir que su variación obedece a una función trigonométrica llamada seno.
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Como ejemplo diremos que la tensión suministrada por las compañías de
electricidad es de este formato y que su Amplitud (tensión) es de 220 VCA
(voltios de corriente alterna).
POTENCIA
ELECTRICA
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Hasta el momento, hemos definido dos magnitudes que caracterizan al proceso eléctrico, la corriente y la tensión. Ahora bien, de nada nos sirve tener
uno de estos dos parámetros sin el otro, por eso surge el concepto de potencia eléctrica que contiene en sí mismo a ambos valores.
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Matemáticamente es el producto entre la tensión y la corriente. Según la
potencia será por ejemplo la cantidad de calor que irradie una estufa eléctrica; la cantidad de luz emitida por una lamparita, etc. Podemos decir entonces que este parámetro está muy relacionado con todo aquello que se
refiera al consumo eléctrico.
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La potencia se mide en Watt (W) y como las demás unidades posee múltiplos y submúltiplos.
Unidad Patrón
W = Watt o Vatio
Múltiplo:
1 KW ( Kilovatio ) = 1000 W
Submúltiplo:
1 mW ( milivatio ) = 0.001 W
MULTIMETRO
O
TESTER
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El multímetro o tester es un instrumento de medición que se puede utilizar con los mas variados fines, por ejemplo la medición de: tensiones, integridad de componentes, resistencia, continuidad, etc.
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En nuestro campo (que es el de las PC), solo vamos a utilizar algunas de
sus funciones.
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Existen dos tipos de tester, el analógico y el digital. El digital será el
tester que aprenderemos a utilizar en nuestro curso de armado y
reparación de PC.
MULTIMETRO
ANALOGICO
MULTIMETRO DIGITAL
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Ahora aprenderemos a medir magnitudes eléctricas con el tester:
– 1) Dependiendo del tipo de medición que tengamos que realizar
giraremos la llave selectora a la sección que corresponda en el tester.
– 2) Lo siguiente será seleccionar el valor inmediatamente superior al
que queremos verificar. Si el valor seleccionado en el tester fuese
inferior al que debemos medir, el mismo daría un resultado erróneo
fácilmente identificable con el ¨1¨ en el display.
– 3) Si no conocemos el valor a verificar, empezaremos a medir con la
escala más grande hasta que la medición sea correcta.
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Tomemos como ejemplo que deseamos verificar la tensión de una batería
de 9 V. El primer paso será llevar la llave selectora a la zona de tensiones
continuas y dentro de ella elegir la escala de 20 V.
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Si ahora fuera necesario medir la tensión por ejemplo de un prolongador,
deberemos colocar la llave en la zona de tensiones alternas, y elegir la escala más adecuada a la amplitud a medir.
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Supongamos ahora que deseamos verificar el estado de un fusible de un
circuito.
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Giramos la llave selectora hasta la zona donde se encuentra un símbolo
que es un triangulo acostado con una línea vertical en su vértice.
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Dicho símbolo representa a un componente electrónico denominado diodo
semiconductor y que luego, al tratar la fuente de alimentación veremos su
utilidad.
FUENTE
DE
ALIMENTACION
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La fuente de alimentación se encarga de transformar la tensión alterna de
línea en las pequeñas tensiones de corriente continua necesarias para que
funcione cada uno de los dispositivos que forman parte de una PC. Los
dispositivos se conectan a ella mediante enchufes estandarizado diseñado
para tal fin.
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Los ordenadores personales utilizan un tipo de fuente de alimentación muy
particular denominada fuente conmutada o switching. Una de sus características es que no utiliza un transformador de entrada para reducir la tensión de línea a los valores requeridos; además son circuitalmente mucho
más complejas que las usadas corrientemente para alimentar a equipos
electrónicos.
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Las razones por las que se usa este tipo de fuentes son muchas, dentro de
las cuales podemos mencionar la potencia.
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Las fuentes de PC’s llegan a entregar corrientes de salida de hasta 30 A
con tensiones de 5 V; si se utilizara un transformador en la entrada que
pudiera suministrar esa potencia, la fuente sería extremadamente grande,
pesada y costosa.
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Otra particularidad de estas fuentes, es que observan la carga conectada
en su salida, para ir entregando la corriente necesaria. A este proceso se lo
denomina “realimentación”.
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En la actualidad encontramos 2 tipos de fuentes de alimentación las AT y
las ATX.
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Desde el punto de vista técnico no hay diferencias entre estas fuentes en lo
que se refiere a su principio de funcionamiento, solo una variación en cuanto al tamaño y algunas características de funcionamiento (mejoras) por parte de las ATX.
FUENTES
AT
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Las fuentes que trabajan bajo la norma AT, son las mas antiguas y en la
actualidad están prácticamente en desuso.
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Este tipo de fuentes entregan 4 voltajes diferentes y el de masa; estos son:
+12V, –12V, +5V y –5V.
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Los voltajes negativos se utilizan para modular la transferencia de tensión.
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La tensión de 12V se emplea para alimentar los motores de las diferentes
unidades de la PC. Por ejemplo Disqueteras, Discos Rígidos, Ventiladores,
etc.
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La tensión de 5V se utiliza para alimentar los circuitos electrónicos de los
distintos componentes lógicos del ordenador, como ser la lógica electrónica
de las unidades de discos, placas de expansión, la mayoría de los componentes de la placa principal, etc.
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Estas presentan una estructura externa e interna que estudiaremos en sus
partes más esenciales a continuación.
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Comencemos por su estructura externa. En la parte trasera, como
observamos en la imagen anterior, encontramos los siguientes elementos:
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Entrada de tensión: Aquí se conecta el cable que provee tensión
alterna a la fuente, normalmente denominado cable de power.
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Salida auxiliar: Se la utiliza para proveer tensión a los monitores que
emplean este tipo de conector.(Dependiendo del fabricante esta salida no
se encuentra).
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Ventilador: Este es el encargado de extraer aire caliente del interior de la
fuente como así también del interior de la PC, esto gracias a que la fuente
posee una parrilla en la parte interior.
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Llave Inversora: Esta permite seleccionar entre 220V y 110V (tener en
cuenta que la red eléctrica en la Argentina provee 220V, dependiendo del
fabricante esta llave esta anulada para evitar accidentes)
Parrilla
De
Ventilación
CONEXIÓN
DEL
INTERRUPTOR
DE
ENCENDIDO
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Como primera medida tomaremos el cable negro que sale del frente de la
fuente y separaremos sus cables internos de la siguiente manera:
– El cable Negro y el Blanco, que son los que proveen la tensión de entrada de
220 V, por una parte.
– El cable Marrón y el Azul, que son los que permiten el retorno de la tensión
desde el interruptor a la fuente, por otra parte.
• Nota: En algunas fuentes de alimentación los cables que entregan los 220v son el marrón y el azul, para mayor seguridad,
se deberá medir dichos cables.
CONECCION DE LA LLAVE
LLAVE DE ENCENDIDO
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Hay que tener especial cuidado de no conectar los pares de cables sobre el
mismo interruptor, sino que habrá que conectar uno que traiga tensión y
uno que permita el retorno, caso contrario se producirá un cortocircuito.
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La llave de encendido tendrá cuatro conexiones divididas por un tabique en
el caso de ser bipolar.
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Y habrá que conectar un cable con tensión y uno de retorno de cada lado
del tabique.
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Si el interruptor de encendido no tiene tabique y cuenta con tan solo dos
conexiones, entonces hablamos de un switch unipolar.
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Y en este caso, si la fuente tiene dos cables, uno será el que trae la tensión
y el otro el retorno.
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Pero puede ocurrir que por un recambio de fuente u otro motivo, la misma
sea de cuatro hilos, en ese caso lo que deberemos hacer será utilizar un
puente para juntar un cable con tensión y uno de retorno, así solo quedará
uno con tensión y otro con retorno para conectarlos en la llave.
CONEXIÓN
DE
P8 Y P9
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Para conectar P8 y P9 debemos buscar sobre el motherboard una serie de
12 pines en línea sobre una base blanca, este será el lugar donde los colocaremos.
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Hay que poner especial atención a la forma en que estos se conectarán ya
que los cables negros de estos conectores deben estar hacia el centro y no
hacia fuera, puesto que una mala conexión podría quemar el motherboard.
CONECCION AL MOTHERBOARD
• Figura 634, fasículo 29 página 212
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La manera en la que están distribuidas las tensiones y los colores de los
cables, es la siguiente:
– 1º- tres rojos juntos que tienen una tensión de + 5 Vcc para alimentar a los
componentes electrónicos de la placa principal y sus interfaces.
– 2º- uno blanco en el cual hay una tensión de - 5 Vcc.
– 3º- cuatro cables negros que son masas.
– 4º- uno de color azul con una tensión de - 12 Vcc.
– 5º- uno amarillo en el que hay + 12 Vcc.
– 6º- uno naranja denominado Power Good con una tensión de + 5 Vcc
CONECTORES DE FUENTE
Rojo
+5Vcc
Amarillo
+12Vcc
Blanco
-5Vcc
Azul
-12Vcc
Naranja
Power Good
Rojo
+5Vcc
Negros
P8
P9
Conectores de la fuente para el Motherboard
CONEXION
DE
CABLES DE ALIMENTACION
DE
DISPOSITIVOS
•
Estos no presentan mayor inconveniente ya que tienen solo una posición
correcta de conexión con el dispositivo.
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Es normal que de estos conectores se desprenda otro de menor tamaño,
pero también de 4 cables, que se utiliza para alimentar la disquetera.
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Como se observa en la imagen, estos conectores están formado por grupos
de cuatro cables cada uno, y se los utiliza para alimentar periféricos internos de la PC. La tensión de + 5 Vcc de estos conectores, se utiliza para
alimentar a los componentes electrónicos y la de + 12 Vcc a los motores de
los drivers.
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En algunas fuentes solemos encontrar dos cables finos, uno rojo y otro
negro, con tensiones de + 5 Vcc y GND (masa) respectivamente y se los
utiliza para alimentar al display del panel frontal.
CONECTORES DE FUENTE
PARA DISPOSITIVOS
Negros
Amarillo
+12Vcc
Rojo
+5Vcc
ESTRUCTURA
INTERNA
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Después de haber comentado la estructura externa de la fuente AT, pasemos a comentar la lógica electrónica de la misma.
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Como ya hemos explicado anteriormente, ésta es una fuente denominada
conmutada y cuyo circuito electrónico lo observamos en la imagen siguiente.
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Anteriormente comentamos que una de las funciones de la fuente de PC es
convertir la tensión alterna que recibe en su entrada de alimentación en una
señal continua. Para ello dispone de un circuito formado por cuatro diodos
semiconductores al que denominamos rectificador,
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El aspecto que presenta un diodo semiconductor es el mostrado en la imagen siguiente.
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El circuito rectificador recibe la señal alterna y la convierte en una continua,
la cual técnicamente se la denomina continua rectificada, cuyo aspecto es
el que nos muestra la imagen siguiente.
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Esta tensión continua rectificada no es útil para alimentar a los circuitos
electrónicos de la PC. Para lograr una señal utilizable, dicha continua pasa
por un segundo circuito que se encargará de filtrarla para asemejarla a la
continua ideal.
•
Esta función la cumplen unos componente electrónicos denominados capacitores electrolíticos cuyo aspecto es como el mostrado en la imagen siguiente.
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La forma de la señal a la salida del circuito de filtro es la mostrada en la
imagen siguiente.
FUENTES
ATX
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Las fuentes que trabajan bajo la norma ATX, son las mas utilizada en la actualidad, ya que poseen varias mejoras en cuanto a su funcionamiento.
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Estas fuentes se caracterizan por ser de encendido y apagado digital ya
que se prenden por pulsos de tensión y además se pueden apagar por
Software. Tienen un menor tamaño con respecto a las AT e incorporan una
doble parrilla de ventilación en la parte interna y muy comúnmente ya no
traen la salida de tensión auxiliar donde suelen conectarse algunos monitores.
• Figura 658, fasículo 30, página 231
•
Las fuentes ATX poseen 5 voltajes y masa a diferencia de las AT que
poseen 4 voltajes y masa. Estos voltajes son: +12V, -12V, +5V, -5V y 3,3V .
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Las tensiones de 5 y 12 V., tanto positivas como negativas, son utilizadas
para los mismos fines que los descriptos en la fuente AT.
• La tensión de 3,3 V se incorpora debido a que las características
de diseño de las nuevas PC, hacen que sus componentes consuman menos tensión que antes, Ej. (Microprocesador, memorias,
placas de video, etc.), si no se hubiera incorporado este nuevo
voltaje tendríamos que colocar mayor cantidad de reguladores de
tensión en los motherboard, algo impensado si tenemos en cuenta
que los mismos tienden a ser cada vez más pequeños y con mucho
mayor cantidad de elementos integrados.
ESTRUCTURA
EXTERNA
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En la parte trasera de la fuente encontramos:
– Entrada de tensión: Aquí se conecta el cable que provee tensión alterna a la
fuente.
– Ventilador: Este ventilador es el encargado de extraer aire caliente desde el
interior de la fuente como de la PC, esto gracias a que la fuente posee una doble
parrilla en la parte interior.
– Llave Inversora: Esta permite seleccionar entre 220V y 110V (tener en
cuenta que la red eléctrica en la Argentina provee 220V)
– Switch de tensión principal: Este switch se lo utiliza como interruptor principal del sistema, deja o no pasar tensión en la fuente, esto es porque las fuentes ATX trabajan con encendido digital. Esta característica tan particular requiere
que la fuente siempre este encendida para poder ejecutar el encendido electrónico.
• Figura 659, fasículo 30, página 231
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En la parte delantera de la fuente encontramos una serie de cables que se
clasifican de la siguiente forma:
– Cable de conexión al motherboard: Este es un conjunto de cables que
terminan en una ficha de 20 conectores.
– Cables con conectores para dispositivos: Estos cables se encargaran
de alimentar a los diferentes dispositivos dentro de la PC.
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Pasos a seguir para conectar una fuente ATX
– 1- Conexión del conector de 20 pines: Este conector se colocará sobre
otro conector de 20 pines, pero tipo hembra que se encuentra sobre la superficie
de la placa principal. Estos conectores solo ensamblan en una posición, para
evitar el mal conexionado y el posterior problema que esto traería. Por ejemplo
Motherboard quemado.
– 2- Conexión de cables de alimentación de dispositivos: Estos no
presentan mayor inconveniente ya que tienen solo una posición correcta de conexión con el dispositivo. Es normal que de estos conectores se desprenda otro de menor tamaño, pero también de 4 cables,
que se utiliza para alimentar la disquetera de 3.5 “.
• Estos pasos se deberán realizar con la fuente desconectada.
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Para poner en funcionamiento una fuente de alimentación del tipo ATX sin
estar conectado a la placa madre de deberá puntear el cable verde con
cualquier masa (negro).