Polarización en electrónica - ¿qué vale la pena saber al respecto?

Polarización en electrónica - ¿qué vale la pena saber al respecto?

El término "polarización" a menudo se asocia con el término "polaridad" y esto no es una coincidencia, porque la palabra latina "polaris" significa literalmente "polar". En el contexto de la electrónica, o en el sentido más amplio de la física del estado sólido y el electromagnetismo, la polarización es un fenómeno fundamental, sin el cual estos campos no podrían existir y desarrollarse. La polaridad es la base del flujo de corriente DC y, en consecuencia, del funcionamiento de toda la tecnología de procesamiento de señales, por lo que es esencial comprender su funcionamiento y su importancia para los componentes electrónicos. El tema es muy amplio, por lo que esta vez nos centraremos solo en algunos temas que son de vital importancia para las personas que dan sus primeros pasos en el mundo de la electrónica: cómo marcar los componentes polarizados, los riesgos asociados a la polarización y los métodos para prevenirlos.

¿Qué es la polaridad eléctrica?

La polarización es la separación de los elementos de un sistema específico en dos grupos de naturaleza opuesta. Esto es exactamente lo que nos ocupa cuando analizamos la definición de voltaje eléctrico, entendido como la diferencia de potenciales eléctricos entre dos puntos de un circuito eléctrico dado. Estos dos puntos son regiones polarizadas (opuestas), una de las cuales se caracteriza por una acumulación significativa de electrones cargados negativamente y la otra por su deficiencia. Esto se puede comparar con los extremos de las pilas AA, uno de los cuales está marcado con el símbolo "+" y el otro con el símbolo "-". Como puede adivinar fácilmente, estos son polos opuestos, es decir, puntos polarizados, donde el extremo negativo de la batería es la región de acumulación de electrones y el positivo es la región donde faltan. La polaridad en el caso de una batería es constante, porque aquí estamos tratando con corriente continua, por lo que siempre fluye en la misma dirección, del polo positivo al polo negativo. En el caso de la corriente alterna (como la de nuestros enchufes eléctricos domésticos), también nos ocupamos de la polaridad, aunque cambiando periódicamente. La periodicidad (frecuencia) de los cambios en la polarización de la corriente alterna se indica con el símbolo "Hz", con el valor (en este caso) de 50, lo que significa que hay 50 ciclos de cambios de polarización en un segundo, y en cada uno de estos ciclos, los electrones primero se mueven en un sentido y luego en el otro, luego todo vuelve al punto de partida y comienza el siguiente ciclo.

Sin polarización, es decir, separación de electrones, no habría flujo de corriente. Cabe señalar aquí que en el resto de este texto invariablemente hablaremos de la corriente continua, que es utilizada por prácticamente todos los componentes electrónicos y que es generada por todas las baterías, acumuladores o fuentes de alimentación de red, Se utiliza para cargar teléfonos inteligentes. En su caso, la corriente de electrones fluye del polo "+" al polo "-" y no cambia su dirección o valor cíclicamente. Es constante y se presenta en el gráfico como una línea recta, paralela al eje del tiempo.

De entrada, también vale la pena recordar que algunos materiales son excelentes conductores y no es difícil provocar en ellos polarización de carga, mientras que otros son aislantes (dieléctricos), en los que es muy difícil polarizar, aunque no es hasta cierto punto imposible. El primer grupo incluye metales (hierro, oro, plata, cobre) y conductores iónicos (agua salada), y muchos plásticos (PVC, Poliamida, Polietileno, Poliuretano). Al aplicar un campo eléctrico a los primeros (por ejemplo, una pieza de metal), provocamos polarización de electrones, lo que significa que las nubes cargadas negativamente de electrones libres se desprenden de los núcleos atómicos cargados positivamente y se acumulan en un área: en la pared del conductor, engrosando la carga negativa del polo. Por otro lado, los núcleos atómicos desprovistos de electrones representan el polo positivo.

En el caso de los aisladores, la aplicación de un campo eléctrico produce una polarización mucho más débil, llamada polarización atómica, porque es el resultado de átomos enteros de diferentes cargas eléctricas deslizándose suavemente entre sí, sin mover libremente los electrones libres. La fuerza de polarización, es decir, la separación de las cargas eléctricas de manera ordenada, es tan pequeña en su caso que simplemente se desprecia. Además de los dieléctricos típicos, también existen sus variedades especiales, como, entre otros, piezoeléctricos y piroeléctrico, en los que la polarización se produce por esfuerzos mecánicos (los primeros) o cambios de temperatura (los segundos).

Por lo tanto, la polarización es un fenómeno extremadamente común. Vale la pena percibirlo como la disposición de las cargas eléctricas dentro de un espacio u objeto dado, en dos regiones separadas y opuestas, una de las cuales representa la acumulación de cargas negativas y la otra, las positivas.

Principios de marcado de cables y fuentes de corriente continua

La designación clave aquí es el símbolo de DC, y antes de llegar a los cables, debemos comenzar con los dispositivos, como las fuentes de alimentación de DC. Todos ellos deberán llevar en la carcasa, en lugar visible (placa de características) la indicación tanto de la corriente que requieren en la entrada (si la toman) como de la corriente en su salida. El usuario es informado sobre esto por los códigos internacionales AC y DC. Un ejemplo aquí puede ser un cargador de teléfono, que conectamos a la red AC 230V/50Hz en nuestro enchufe y al que -por otro lado- conectamos un teléfono móvil, recibiendo corriente DC de su salida. Este tipo de fuente de alimentación (junto a las celdas, que es la fuente más común de corriente continua) puede, por ejemplo, tener una entrada marcada como "ENTRADA 100-240V ~50-60 Hz 0.6A", y una salida " SALIDA CC 5V ... 3.0A". Además, en la especificación técnica, el teléfono también tiene una indicación de la corriente que requiere y allí aparece el símbolo de DC, que informa al usuario que este dispositivo requiere una fuente de alimentación de DC. En resumen: cualquier equipo, dispositivo y componente que funcione con corriente continua debe estar marcado con la abreviatura DC o posiblemente su equivalente gráfico "...".

Pasando a los cables de CC, recordamos que estamos tratando aquí con los potenciales "+" y "-", lo que significa que el cable de cada uno de ellos debe distinguirse de alguna manera del otro. Por supuesto, se trata de la seguridad a la hora de trabajar con la instalación, como la reparación o el montaje del dispositivo, así como la seguridad durante el uso o la ampliación de la instalación.

Los estándares actuales, luego de la unificación en 2007, establecen que los cables con potencial positivo se deben hacer en rojo, y los cables con potencial negativo se deben hacer en azul o negro (se trata básicamente del aislamiento de estos cables). Muchos fabricantes también utilizan marcas adicionales en forma de sobreimpresiones con los símbolos "+" y "-" o "L+" y "L-". También sucede que ambos cables están hechos de aislamiento negro, por lo que para distinguir uno de ellos, el que tiene potencial negativo, debe marcarse con una línea discontinua.

Amenazas y métodos de protección contra la polarización incorrecta.

La principal amenaza en el caso de suministrar componentes electrónicos con corriente continua (DC) es el riesgo de conexión inversa de potenciales y (como consecuencia) daños a los sistemas operativos. Por lo tanto, los fabricantes utilizan ciertas patentes que le permiten reconocer la polaridad y distinguir el potencial positivo del negativo. La primera y más obvia es marcar los cables con colores o símbolos, como se describió anteriormente. La segunda es poner los símbolos "+" y "-" en los lugares apropiados. La tercera es variar la longitud de los filamentos o patas (en el caso de componentes como condensadores y diodos LED). El extremo más largo es el polo positivo (ánodo) y el más corto es el polo negativo (cátodo). Todas estas marcas pueden resultar poco fiables: las huellas pueden desgastarse, las patas pueden acortarse o romperse, y mientras tanto los cables pueden sustituirse por otros, en colores completamente diferentes y de cualquier longitud, etc. De ahí la necesidad buscar protecciones que protejan contra los efectos de una polarización incorrecta, por ejemplo, aquellas que sólo dejan pasar la corriente en un sentido. Una de esas protecciones, que se puede utilizar al diseñar dispositivos, es un sistema con un diodo que, cuando se polariza correctamente, conduce la corriente y le permite alimentar el receptor, y cuando se invierte la polaridad, provoca una caída de voltaje tan significativa. que el receptor está protegido. También se utilizan sistemas con diodos, que no provocan ninguna caída de tensión, pero cuando la fuente de alimentación se conecta a la inversa (por ejemplo, baterías) toman toda la corriente y hacen que se funda el fusible que protege al receptor. Otras soluciones son transistores MOSFET conectados al circuito positivo o negativo, que limitan la corriente cuando los polos están conectados al revés.

Polaridad de los conectores de potencia

Una corriente DC polarizada fluye a través del conector de alimentación hacia la electrónica. Aunque cada vez con más frecuencia estos conectores realizan simultáneamente la función de transmisión de señales, su función principal es permitir el flujo de carga desde la fuente de alimentación hasta el dispositivo o sistema electrónico conectado que requiere corriente continua. Por esta razón, el conector de alimentación no debe ser de construcción arbitraria, sino elementos claramente marcados para el flujo de potencial positivo y elementos separados para el flujo de potencial negativo. Como resultado, todos los conectores de alimentación en la electrónica deben estar polarizados, un excelente ejemplo de ello son los enchufes (y enchufes) de alimentación de muchos dispositivos electrónicos, como decodificadores de TV, cámaras, teléfonos inteligentes y muchos más. Sus enchufes para fuentes de alimentación casi siempre están equipados con un "menos" en el medio (pin interior) y un "más" en el exterior (brida exterior). Es una buena práctica marcarlos de alguna manera por parte de los productores, pero no es una regla. A veces sucede (muy ocasionalmente) que la polaridad en el enchufe se invierte, pero generalmente tal evento termina sin ningún daño, porque es común usar protecciones en las entradas de alimentación que bloquean el voltaje de DC conectado al revés. Las fuentes de alimentación equipadas con interruptores de polaridad también son una solución interesante: estos dispositivos le permiten adaptarse a cualquier eventualidad.

Componentes electrónicos polarizados

Los componentes del circuito electrónico están polarizados y, por supuesto, "funcionan" con corriente continua polarizada. Un buen ejemplo son los LED, que deben conectarse correctamente a los cables de DC: cada uno de sus dos electrodos (cátodo y ánodo) debe marcar "más" y "menos" respectivamente. No es diferente con los condensadores polarizados, que, a diferencia de los bipolares, para los que no importa la conexión correcta o inversa, se caracterizan por una polaridad específica que debe observarse. Suelen ser condensadores electrolíticos de considerable capacidad, pero muy susceptibles de sufrir daños en caso de error al conectarlos a las fuentes de alimentación. Por supuesto, su polarización está marcada, p.ej., a través de diferentes longitudes de patas.

Finalmente, cabe mencionar los propios electrolitos y su conductividad iónica. Estas sustancias están presentes en condensadores y baterías. El fenómeno de la conductividad iónica de los electrolitos va acompañado de cambios de iones que tienen lugar bajo la influencia de la electrólisis provocada por el flujo de corriente. Son desplazamientos que consisten en la separación de iones positivos y negativos, lo que da como resultado un sistema polarizado en el que se pueden distinguir dos polos distintos.

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