1 Mediciones eléctricas y electrónicas

1.1 Explicar el funcionamiento de dispositivos semiconductores

Aislantes.

La magnitud de la banda prohibida es muy grande ( 6 eV ), de forma que todos los electrones del cristal se encuentran en la banda de valencia incluso a altas temperaturas por lo que, al no existir portadores de carga libres, la conductividad eléctrica del cristal es nula.Un ejemplo es el diamante.

Conductores.

No existe banda prohibida, estando solapadas las bandas de valencia y conducción. Esto hace que siempre haya electrones en la banda de conducción, por lo que su conductividad es muy elevada. Esta conductividad disminuye lentamente al aumentar la temperatura, por efecto de las vibraciones de los átomos de la red cristalina. Un ejemplo son todos los metales.

Semiconductores.

La magnitud de la banda prohibida es pequeña ( 1 eV ), de forma que a bajas temperaturas son aislantes, pero conforme aumenta la temperatura algunos electrones van alcanzando niveles de energía dentro de la banda de conducción, aumentando la conductividad. Otra forma de aumentar la conductividad es añadiendo impurezas que habiliten niveles de energía dentro de la banda prohibida.El germanio y el silicio son semiconductores.

Los materiales semiconductores son aquellos que están situados entre los conductores y los aislantes. O sea tienen un menor coeficiente de conductividad que los materiales conductores, y un mayor coeficiente de conductividad que los materiales aislantes.

El diodo, el transistor y muchos otros componentes electrónicos están hechos con materiales semiconductores. Los más utilizados son el silicio y el germanio.

Semiconductores de tipo P. Se obtienen al añadir impurezas como el boro o el indio.

Tienen gran tendencia a captar electrones.

Semiconductores de tipo N. Se obtienen al añadir impurezas como el fósforo y el antimonio. Tienen gran tendencia a captar electrones.

Un diodo es un componente electrónico que permite el paso de la corriente en un sentido y lo impide en el contrario. Está provisto de dos terminales, el ánodo (+) y el cátodo (-) y, por lo general conduce la corriente en el sentido ánodo- cátodo.

La polarización directa se produce cuando el polo positivo del generador eléctrico se une al ánodo del diodo y el polo negativo se une al cátodo. En este caso el diodo se comporta como un conductor y deja pasar la corriente.

La polarización inversa se produce cuando el polo positivo del generador eléctrico se une al cátodo del diodo y el negativo al ánodo. En este caso el diodo no permite el paso de la corriente.

Diodos LED. Es un tipo de diodo que convierte en luz toda la energía eléctrica que le llega, sin calentarse. Los diodos LED están polarizados es decir solo iluminan cuando están conectados correctamente al generador de corriente. Los LED funcionan con intensidad comprendida entre 10 y 20 mA. Para evitar que se fundan suelen conectarse en serie con una resistencia.

Un transistor es un componente eléctrico que se emplea para dos cosas: Pueden utilizarse como interruptor, bloqueando o dejando pasar corriente a través del colector. Puede utilizarse como amplificador. Consta de tres partes: el emisor, el colector y la base.

1.2 Funcionamiento y uso de un multímetro analógico y digital

Medir: Validación de una ley, armar circuitos y medir para ver si se cumple una ley de ohm verificar midiendo las variables. Medición con objeto de mantenimiento, calibración, supervisión, evaluación de prototipos de diseño, procesos que requieran supervisión (monitoreo continuo) a fin de tomar decisiones importantes sobre su operación.

Alguna de las definiciones importantes que se deben de considerar al momento de medir son las siguientes:

Exactitud: la exactitud de una medición especifica la diferencia entre el valor medido y el valor real de una cantidad. La desviación del valor verdadero es un índice de que tan exactamente se ha llevado a cabo una lectura.

Precisión: la precisión especifica la repetibilidad de un conjunto de lecturas, hechas cada una en forma independiente con el mismo instrumento. Se determina una estimación de la precisión mediante la desviación de la lectura con respecto al valor promedio.

Las mediciones juegan un papel importante en la validación de las leyes de la ciencia. También son esenciales para estudiar, desarrollar y vigilar muchos dispositivos y procesos. Sin embargo el proceso mismo de medir implica muchos pasos antes de producir un conjunto útil de información. Para estudiar los métodos que produzcan mediciones efectivas se considera el proceso de medición como una secuencia de 5 operaciones:

Operación # 1: El diseño de un dispositivo eficiente de medición, este paso comprende una selección adecuada del equipo disponible y una interconexión correcta de los diferentes componentes e instrumentos.

Operación # 2: Manejo inteligente de aparatos de medición.

Operación # 3: El registro de los datos de modo claro y completo. La información registrada debe darnos una referencia inequívoca para interpretaciones futuras.

Operación # 4: El cálculo de la exactitud de la medición y las magnitudes de los posibles errores implícitos.

Operación # 5: La preparación de un informe que describa la medición y sus resultados para aquellos que puedan utilizarse en su empleo.

La finalidad de Medir es con el objeto de mantenimiento, calibración, supervisión, evaluación de prototipos de diseño, proceso que requieran supervisión (monitoreo continuo) a fin de tomar decisiones importantes sobre su operación.

Las mediciones de voltaje se efectúan con dispositivos tan variados como voltímetros electromecánicos, voltímetros digitales, osciloscopios y potenciómetros. Los métodos para medir corrientes emplean los instrumentos llamados amperímetros.

Un amperímetro siempre se conecta en serie con una rama del circuito y mide la corriente que pasa a través de él. Un amperímetro ideal sería capaz de efectuar la medición sin cambiar o perturbar la corriente en la rama. Sin embargo, los amperímetros reales poseen siempre algo de resistencia interna y hacen que la corriente en la rama cambie debido a la inserción del medidor.

En forma inversa, un voltímetro se conecta en paralelo con los elementos que se miden. Mide la diferencia de potencial (voltaje) entre los puntos en los cuales se conectan. Al igual que el amperímetro ideal, el voltímetro ideal no debería hacer cambiar la corriente y el voltaje en el circuito que se está midiendo. Esta medición ideal del voltaje sólo se puede alcanzar si el voltímetro no toma corriente alguna del circuito de prueba. Sin embargo, la mayoría de los voltímetros reales trabajan tomando una corriente pequeña, pero finita y por lo mismo también perturba el circuito de prueba hasta cierto grado.Los medidores que determinan el voltaje y/o corriente se pueden agrupar en dos clases generales: a) Medidores analógicos. b) Medidores digitales.

Un multímetro, también denominado polímetro, tester o multitester, es un instrumento de medición que ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo dispositivo.

Las funciones más comunes son:

voltímetroamperímetro

óhmetro. Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de electrónica y electricidad.Multímetro o polímetro analógico

1. Las tres posiciones del mando sirven para medir intensidad en corriente

continua(D.C.), de izquierda a derecha, los valores máximos que podemos

medir son:500μA, 10mA y 250mA (μA se lee microamperio y corresponde

a 10 − 6A=0,000001A y mA se lee miliamperio y corresponde a 10 −

3 =0,001A).

2. Vemos 5 posiciones, para medir tensión en corriente continua (D.C.= Direct

Current), correspondientes a 2.5V, 10V, 50V, 250V y 500V, en donde

V=voltios.

3. Para medir resistencia (x10Ω y x1k Ω); Ω se lee ohmio. Esto no lo usaremos

apenas, pues observando detalladamente en la escala milimetrada que

está debajo del número 6 (con la que se mide la resistencia), verás que no

es lineal, es decir, no hay la misma distancia entre el 2 y el 3 que entre el 4

y el 5; además, los valores decrecen hacia la derecha y la escala en lugar

de empezar en 0, empieza en (un valor de resistencia igual a significa que

el circuito está abierto). A veces usamos estas posiciones para ver si

un cableestá roto y no conduce la corriente.

4. Como en el apartado 2, pero en este caso para medir corriente

alterna (A.C.:=Alternating Current).

5. Sirve para comprobar el estado de carga de pilas de 1.5V y 9V.

6. Escala para medir resistencia.

7. Escalas para el resto de mediciones. Desde abajo hacia arriba vemos una

de 0 a 10, otra de 0 a 50 y una última de 0 a 250.

Multímetros con funciones avanzadas

Más raramente se encuentran también multímetros que pueden realizar funciones

más avanzadas como:

Generar y detectar la frecuencia intermedia de un aparato, así como un

circuito amplificador con altavoz para ayudar en la sintonía de circuitos de

estos aparatos. Permiten el seguimiento de la señal a través de todas las

etapas del receptor bajo prueba.

Realizar la función de osciloscopio por encima del millón de muestras por segundo

en velocidad de barrido, y muy alta resolución.

Sincronizarse con otros instrumentos de medida, incluso con otros multímetros,

para hacer medidas de potencia puntual ( Potencia = Voltaje * Intensidad ).

Utilización como aparato telefónico, para poder conectarse a una línea

telefónica bajo prueba, mientras se efectúan medidas por la misma o por otra

adyacente.

Comprobación de circuitos de electrónica del automóvil. Grabación de ráfagas

de alto o bajo voltaje.

Un polímetro analógico genérico o estándar suele tener los siguientes

componentes:

Conmutador alterna-continua (AC/DC): permite seleccionar una u otra

opción dependiendo de la tensión (continua o alterna).

Interruptor rotativo: permite seleccionar funciones y escalas. Girando este

componente se consigue seleccionar la magnitud (tensión, intensidad, etc.)

y el valor de escala.

Ranuras de inserción de condensadores: es donde se debe insertar el

condensador cuya capacidad se va a medir.

Orificio para la Hfe de los transistores: permite insertar el transistor

cuya ganancia se va a medir.

Entradas: en ellas se conectan las puntas de medida.

Habitualmente, los polímetros analógicos poseen cuatro bornes (aunque también

existen de dos), uno que es el común, otro para medir tensiones y resistencias,

otro para medir intensidades y otro para medir intensidades no mayores de

20 amperios.

Es una palabra compuesta (multi=muchas Metro=medidas Muchas medidas)

Multímetro Digital

El multímetro digital es un instrumento electrónico de medición que generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente, aunque dependiendo del modelo de multímetro puede medir otras magnitudes como capacitancia y temperatura. Gracias al multímetro podemos comprobar el correcto funcionamiento de los componentes y circuitos electrónicos.

Leyendo el instructivo: Es importante leer el instructivo del fabricante para asegurar el buen funcionamiento del instrumento y evitar accidentes en el operario.

Ventajas sobre el multímetro analógico: Una palabra lo dice todo, exactitud.

PARTES Y FUNCIONES DE UN MULTÍMETRO DIGITAL.A continuación describiremos las partes y funciones de un multímetro (Steren MUL-270), pueden cambiar la posición de sus partes y la cantidad de funciones, es por eso que cada parte tiene un símbolo estándar que identifica su función.

1.- Power: Botón de apagado-encendido.

2.- Display: Pantalla de cristal líquido en donde se muestran los resultados de las mediciones.

3.- Llave selectora del tipo y rango de medición: Esta llave nos sirve para seleccionar el tipo de magnitud a medir y el rango de la medición.

4.- Rangos y tipos de medición: Los números y símbolos que rodean la llave selectora indican el tipo y rango que se puede escoger. En la imagen anterior podemos apreciar los diferentes tipos de posibles mediciones de magnitudes como el voltaje directo y alterno, la corriente directa y alterna, la resistencia, la capacitancia, la frecuencia, prueba de diodos y continuidad.

5.- Cables rojo y negro con punta: El cable negro siempre se conecta al borne o jack negro, mientras que el cable rojo se conecta al jack adecuado según la magnitud que se quiera medir. A continuación vemos la forma en que se conectan estos cables al multímetro.

6.- Borne de conexión o jack negativo: Aquí siempre se conecta el cable negro con punta.

7.- Borne de conexión o jack para el cable rojo con punta para mediciones de voltaje (V), resistencia (Ω) y frecuencia (Hz). Su símbolo es el siguiente.

8.- Borne de conexión o jack para el cable rojo con punta para medición de miliamperes (mA).

9.- Borne de conexión o jack para el cable rojo con punta para medición de amperes (A).

10.- Zócalo de conexión para medir capacitares o condensadores.

11.- Zócalo de conexión para medir temperatura.

UTILIZANDO EL MULTÍMETRO DIGITAL.

a) Midiendo resistencia: Medir una resistencia es un procedimiento sencillo, lo primero que hacemos es conectar los cables en los jacks correctos, luego movemos la llave selectora al símbolo Ω y escogemos el rango adecuado de acuerdo a la resistencia proporcionada por el resistor, si no lo sabemos, escogemos el rango más alto y lo disminuimos poco a poco hasta llegar a un cantidad diferente de uno (el uno indica que el rango es muy pequeño para medir esa resistencia) y con el mayor número de decimales, tocamos los extremos del resistor con las puntas roja y negra y finalmente multiplicamos la cantidad por el valor del rango. En la imagen anterior medí un resistor de 800 ohms y en la lectura me dio .809 por manejar el rango de 200 ohms a 2 kohms (2000 ohms), por lo que media realmente 809 ohms.

Esto lo podemos comprobar teóricamente al observar las bandas del resistor y hacer las operaciones correspondientes por medio de su código de colores.

b) Midiendo voltaje (voltaje continuo o directo): Ahora mediremos una pila AA de 1.5 V, esta algo gastada así que veamos que sucede. Lo primero que haremos es colocar la punta del cable rojo en el electrodo positivo de la pila y el negro en el negativo, el resultado aparece en la pantalla del multímetro como lo podemos ver a continuación.

c) Midiendo capacitancia y corriente: Al medir un capacitor o condensador, este debe estar descargado ya que almacena energía, y se debe tener cuidado al medir corriente.

d) PRUEBA DE DIODOS

1. Conecte la punta de prueba negra a la toma COM y la punta de prueba roja a la toma V/W/F (NOTA: La polaridad de la conexión de la punta de prueba roja es positiva “+”)

2. Ajuste el selector giratorio en la posición y conecte la punta roja al ánodo y la punta negra al cátodo del diodo que está probando. El multímetro mostrará la caída aproximada de tensión del diodo. Si se invierte la conexión solo aparecerá la cifra”I” en la pantalla.

e) PRUEBA DE TRANSISTORES

1. Ajuste el selector de funciones en la posición hFE.

2. Identifique si el transistor es del tipo NPN o PNP y localice la punta del emisor, la base y el colector. Inserte las puntas del transistor que se está probando, en los huecos adecuados de la toma de pruebas del panel frontal.

3. La pantalla LCD mostrará el valor aproximado hFE en la condición de prueba de corriente base 10mA y Vce 3,2V.

f) MEDIDA DE TEMPERATURA

1. Ajuste el selector de funciones en la posición temp y en la pantalla LCD se mostrará la temperatura ambiente actual.2. Inserte la sonda de termopar tipo “K” en la toma de medida de temperatura y toque con ella el objeto al que desea medir su temperatura. Lea el valor en la pantalla LCD.

1.3 Funcionamiento y uso del osciloscopio

Osciloscopio (ORC)

¿Qué es un osciloscopio?

El osciloscopio es básicamente un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo.

El eje vertical, a partir de ahora denominado Y, representa el voltaje; mientras que el eje horizontal, denominado X, representa el tiempo.

¿Qué podemos hacer con un osciloscopio?

Básicamente esto:

Determinar directamente el periodo y el voltaje de una señal. Determinar indirectamente la frecuencia de una señal. Determinar que parte de la señal es DC y cual AC. Localizar averías en un circuito. Medir la fase entre dos señales. Determinar que parte de la señal es ruido y como varia este en el tiempo.

Pantalla, ajustes del trazo, posición vertical

El osciloscopio es un instrumento muy útil para realizar mediciones tanto AC como DC . Permite visualizar las formas de las ondas que se presentan en un circuito. Este instrumento básicamente traza la amplitud (la tensión) de la forma de onda contra el tiempo en un tubo de rayos catódicos (CRT / TRC).

Para que la señal se presente estática en la pantalla, ésta es trazada varia veces por segundo, así parece continua en el tiempo.

Al poder visualizar la señal, es posible:- Ver la amplitud de la señal (tensión pico, tensión pico-pico). Se calcula con las divisiones en sentido vertical de la pantalla del TRC- Obtener la frecuencia. Se calcula con las divisiones en sentido horizontal de la pantalla del TRC- Confirmar o no si es la señal esperada en el punto donde se mide.

En una medición de una señal en DC, el multímetro podría considerarse el equipo de medición preferido, pero esta medición carecería de información como el rizado, si este existiera.

El osciloscopio que se presenta es para fines didácticos, de dos canales, con características básicas comunes a la mayoría de ellos.

Hay osciloscopios mucho más modernos, con más canales, son digitales, tienen muchas características más, pero en esencia todos tienen el mismo objetivo y principio.

Características del Osciloscopio

La pantalla del osciloscopio. La pantalla es simplemente un TRC (tubo de rayos catódicos) en el cual el rayo de electrones es deflectado (desviado), para trazar la curva en la pantalla.

Los osciloscopios normalmente tienen dividida la pantalla en 8 divisiones verticalmente (eje Y) y la medición se hace en voltios (V.) y 10 divisiones horizontalmente (eje X) y la medición se hace en segundos (Seg.)

Es conveniente establecer en la pantalla del osciloscopio el nivel de cero (0) voltios, en la línea horizontal central. Esta ubicación divide la pantalla en una parte superior y una inferior, permitiendo visualizar tanto valores positivos como negativos. Haciéndolo de esta manera también asegura que la señal se pueda visualizar con la mejor exactitud posible. Es muy útil tanto en DC como en AC.

Ajuste de intensidad (intensity) y enfoque (focus) del trazo. El control de intensidad del trazo aumenta o disminuye, según se aumente (a la derecha) o disminuya (a la izquierda) la rotación de la perilla.

Control de enfoque del trazo permite aclarar la presentación de la señal en la pantalla cuando se aumenta la rotación de la perilla (a la derecha) y reducir la claridad de la presentación de la señal en la pantalla cuando se disminuye la rotación de la perilla (a la izquierda)

Posición vertical del trazo. Con este control se modifica la posición (vertical) del trazo en la pantalla (ver línea horizontal roja en el gráfico de la pantalla del osciloscopio). Hay dos controles de este tipo, uno para cada canal del osciloscopio. (Muchos osciloscopios tiene dos canales, esto

significa que se pueden hacer dos mediciones simultáneas). Hay también osciloscopios de 1 canal y de más de 2 canales.

Ajuste del trazo en forma horizontal

Este ajuste permite mover el trazo para poder acomodarlo y lograr una mejor medición.

Algunos osciloscopios permiten ampliar este eje por 5 (X5) o por 10 (X10) cuando se jala (tira) de este control.

Esto permite ampliar el tiempo de barrido de cada división por una de las escalas antes mencionadas.

Los terminales de entrada y su uso.

Hay dos terminales de entrada y tienen dos modos diferentes en que se utilizan:

- El primer modo (modo de operación normal) es aquel en que el osciloscopio se utiliza para medir tensiones de entrada y son desplegadas en la pantalla. Las entradas se pueden utilizar por separado.- El segundo es el modo X-Y. En este caso las dos entradas se utilizan simultáneamente

Las entradas verticales son los canales A, B que se pueden utilizar separados o simultáneamente (DUAL). El canal que se utiliza se escoge en el selector de canal (mode selector). Cuando se escoge el modo ADD se suman las entradas de los dos canales y se despliega en la pantalla como un solo trazo..

Cuando el osciloscopio se utiliza en modo X-Y, la entrada 1 o X es la entrada horizontal y la entrada 2 o Y es la entrada vertical.Algunos osciloscopios pasan al modo X-Y mediante un botón o interruptor, otros lo logran con el selector TIME / DIV.

Invertir señal de entrada del segundo canal

Los canales de un osciloscopio se pueden llamar canales 1 y 2, canales A y B o canales X y Y.

En muchos casos se utiliza la perilla de posición vertical del segundo canal para invertir la señal que se mide. Para lograr esto normalmente se jala (tira) de la perilla.

En otros osciloscopios esta opción puede aparecer como un interruptor disponible sólo para el segundo canal

Nota:Canal 1 = Canal X = Canal ACanal 2 = Canal Y = Canal BCanal = Channel = CH

Selector AC – GND – DC

Este selector es muy importante. Permite visualizar la señal que se mide según la necesidad.

Hay un selector de este tipo por canal y tiene tres posiciones: AC – GND – DC.

La mayoría de las señales (formas de onda) a medir (visualizar) tienen tanto un componente en corriente continua (CD), como un componente en corriente alterna (AC). En algunas ocasiones sólo se desea ver la componente AC en otras no.

Posición AC: Esta posición permite ver sólo la componente de corriente alterna de la señal que se mide, eliminado la componente DC, si la tuviera.

Para lograrlo hay en serie con el terminal de entrada de cada canal del osciloscopio un condensador (capacitor) de gran

valor, bloqueando la componente DC. (Acordarse que un capacitor no permite el paso de la corriente directa)

Esta posición permite ver, por ejemplo, el rizado de una fuente de tensión, eliminando la componente DC que ésta tiene a la salida.

El inconveniente que existe con este tipo de medición es que cuando se hace a bajas frecuencias, deforma la forma de onda de la señal medida, debido a la carga y descarga del capacitor de bloqueo (el condensador de gran valor mencionado anteriormente)

Posición GND: Esta posición desconecta las entradas del osciloscopio. La pantalla del ORC presenta una línea horizontal que establece el nivel de cero (0) voltios.

Esta opción es útil cuando se desea establecer el nivel de cero voltios, en la pantalla a conveniencia, con ayuda de la perilla de ajuste vertical del trazo.

Por ejemplo en vez de tener el trazo en el centro de la pantalla (como se acostumbra), se puede correr para arriba o para abajo según se desee. Ver Ajuste de la posición vertical del trazo

Posición DC: En esta posición la señal que se desea medir se presenta exactamente como es. (Una combinación de AC y DC).

Hay que tener cuidado y tomar en cuenta que la componente DC de la señal (que se elimina en la medición AC), puede tener un valor grande y cause que la señal en la pantalla no se pueda ver. Para resolver el problema se establece la escala de medición vertical de forma adecuada (se verá más adelante

Selección del modo de operación (Mode)

Hay cuatro modos de operación en un osciloscopio: Canal 1 (CH 1), Canal 2 (CH 2), Dual y Add.

Canal 1: Con el selector Mode en esta posición sólo se permite ver en la pantalla del osciloscopio la señal que entra por el canal 1. Cuando el canal 1 está activo, la entrada que pudiera haber en el canal 2 no se visualiza en la pantalla.

Canal 2: Con el selector Mode en esta posición sólo se permite ver en la pantalla del osciloscopio la señal que entra por el canal 2. Cuando el canal 2 está activo, la entrada que pudiera haber en el canal 1 no se visualiza en la pantalla.

Dual: Cuando se escoge esta opción, las dos entradas verticales del osciloscopioCH1 y CH2 (canal 1 y canal 2) se visualizan simultáneamente en la pantalla. Este modo de operación permite comparar las dos señales de entrada del osciloscopio en la pantalla.

Ejemplo: Una señal podría ser la entrada a un amplificador y la otra podría ser la salida del mismo. Esta comparación permitiría ver la ganancia del amplificador, si tienen la misma fase, si hay distorsión en la salida debido a la amplificación, si la frecuencia ha variado, etc...

Add: Cuando se escoge esta opción se utilizan las señales de los dos canales y se realiza una suma. El resultado de la suma es la señal que se despliega en la pantalla.

La suma es directa y se recomienda tener los dos canales con la misma escala de medición vertical.

¿Cómo hacer una resta de dos señales?

Se logra invirtiendo la señal del canal 2 (CH 2). Con el canal 2 invertido y ejecutando la suma (Add) se obtiene el mismo resultado que si hiciera la resta: CH 1 – CH 2., y este resultado será el que se despliegue en lapantalla.

Nota: Para invertir la señal del canal 2, algunos osciloscopios tienen un interruptor y en otros hay que tirar (jalar) la perilla de posición vertical del canal 2.

Ganancia vertical (en amplitud) de las señales de entrada. Ganancia vertical variable

Ganancia vertical

Cuando una señal se despliega en la pantalla del osciloscopio, se puede obtener su amplitud real multiplicando la cantidad de divisiones verticales por la escala de cada división.

Si la señal tiene una amplitud de 3 divisiones y cada división tiene un valor de 5 voltios, entonces la amplitud de la señal es de 15 voltios

En algunas ocasiones la señal puede tener una gran amplitud (100 Voltios o más) o puede ser muy pequeña (del orden de los milivoltios). En estos casos, para poder visualizar la señal y para poder verla aprovechando el espacio que da la pantalla del osciloscopio, se selecciona la escala que más convenga.

- Si al señal es muy pequeña, ejemplo: Una señal senoidal de 25 milivoltios (mV) de amplitud, se puede escoger la escala de 5mV/Div. (5 milivoltios por división) y la señal se desplegará en la pantalla ocupando verticalmente 5 divisiones

- Si la señal es grande, ejemplo: Una señal senoidal de 35 voltios de amplitud, se puede escoger una escala de 5 voltios/Div. (5 voltios por división)

Para poder escoger la escala de medición en el sentido vertical, se utilizan los controles de ganancia vertical.

Hay que tomar en cuenta que si se utiliza un osciloscopio de dos canales para ver dos señales, es posible que cada señal tenga una ganancia diferente.

Esto significa que, las señales podrían verse muy parecidas en la pantalla del osciloscopio, pero pueden ser de amplitudes muy diferentes en la realidad.

Ganancia vertical variable

Los osciloscopios típicos tienen una perilla más pequeña de color rojo, en la perilla de ganancia vertical (ver diagrama), que siempre debe estar totalmente girada a la derecha (hace un click, cuando es así). Esto asegura que haya una correcta calibración y una lectura confiable en la pantalla

Esta perilla se utiliza cuando, por alguna razón, se desea variar la amplitud de la señal fuera de los límites que permite la perilla de ganancia vertical

Cambiando la base de tiempo en un osciloscopio

Cambiar la base de tiempo es muy útil en un osciloscopio pues ayuda a visualizar cualquier señal que se mida de manera que se pueda “estirar” o “encoger” su presentación a lo “ancho” de la pantalla (horizontalmente)

Cuando se ve una señal en la pantalla del osciloscopio, se puede medir su periodo contando el número de cuadrículas o divisiones que hay a lo largo del eje horizontal. (El periodo es la “distancia” que se mide sobre una señal periódica, desde un punto cualquiera hasta sobre ella hasta que este punto se vuelva a repetir). Ver corriente alterna

Una vez contadas las divisiones, se multiplican por la escala escogida para cada división.

Ejemplo: Midiendo un periodo. Si tengo 5 divisiones de 10 milisegundos, el periodo es de 50 milisegundos y la frecuencia es: f = 1 / T = 1 / 50 x 10 -3 = 20 Hertz

Si se mide otra señal de una frecuencia muy diferente, es necesario hacer un ajuste a la escala horizontal (la base de tiempo), de manera que se obtenga la mejor visualización de la señal en la pantalla.

¿Cómo se cambia la base de tiempo?

Para cambiar la base de tiempo en un osciloscopio, se utiliza una perilla de control llamada Time / Div. (tiempo por división). Ver la figura

Esta perilla de control escoge, para este osciloscopio, una escala que va desde 0.2 uSeg. hasta 0.2 Seg. por división.

Notas importantes:- Si se está visualizando más de una señal, las dos tendrán la misma escala de base de tiempo. Aún así se pueden ver en forma simultánea escogiendo la escala adecuada. De esta manera se pueden hacer comparaciones entre las frecuencias y periodos de las señales, entre otras cosas.- La perrilla interior (en color rojo) siempre debe de estar al máximo a la derecha (calibrado) para obtener una lectura confiable

Esta perilla se utiliza con el propósito de variar la escala fuera de los límites normales de la perilla de control de la base de tiempo, con el propósito de visualizar la forma que tiene una onda. (Siempre hay que regresarla a su ubicación por defecto. Al máximo a la derecha)

¿Qué significa disparar el trazo en un osciloscopio de rayos catódicos?

Sucede que cuando una señal es recibida por la sonda o punta del osciloscopio, hay un mecanismo (un circuito) que le dice a nuestro instrumento (el osciloscopio) que debe empezar a graficar esa señal en la pantalla.

Cuando la señal aparece por primera vez en la sonda, ésta señal se aparece en la pantalla. Cuando el gráfico de la señal llega al extremo derecho de la pantalla, el osciloscopio presenta nuevamente el gráfico en la misma. Esto último se repite continuamente. Es muy importante que el trazo empiece siempre en el mismo lugar para obtener una lectura confiable

En el siguiente diagrama se muestran los controles típicos para el control del disparo.

Ajustando los controles de disparo

Los ajustes se pueden hacer con los siguientes controles:- Trigger Signal Source Selector: Selector de la fuente de la señal de disparo (Source en el diagrama)- Level Adjustement Control Control de ajuste de nivel (Level Pull Autoen el diagrama)- Slope Adjustement Control: Determina si el punto de disparo es en el flanco ascendente (+) o

descendente (-) de la señal (Slope en el diagrama)- Sync Mode selector: Tipo de acople de la señal de disparo. Puede ser AC, DC, rechazo de alta frecuencia, rechazo de señales de TV, etc. Estas últimas son especiales pues son útiles para eliminar "ruido" de las señales de disparo y así evitar falsos disparos. (Sync en el diagrama)

Trigger Signal Source Selector

Con el propósito de disparar el trazo exactamente en el mismo momento en cada ciclo de la señal de entrada, se utiliza una señal de referencia conectada al circuito de disparo

Hay cuatro fuentes posibles: Ver el diagrama. - INT- CH B

- LINE- EXT (Ext. Trig)

Seleccionando INT como señal de disparo. (selecciónINTermitente) Esta fuente de disparo utiliza el canal A y el canal B para realizar el disparoSeleccionando CH-B como señal de disparo. Se utiliza en el caso en que no hay ninguna señal aplicada al canal A o cuando la señal B es una buena señal para ser utilizada como disparoSeleccionando A.C. como señal de disparo. En este caso elosciloscopio de rayos catódicos utiliza una señal proveniente de las linea A.C. como referencia para el disparoSeleccionando EXT como señal de disparo. Esta opción es muy útil para utilizar cualquier señal como señal de disparo. Es utilizada cuando la señal de referencia debe ser muy exacta.

Ajuste del nivel de disparo

Esta perilla se utiliza para ajustar la posición vertical en la señal para la cual el circuito de disparo se activará.

En algunos osciloscopios esta opción funciona automáticamente (ver perilla en el gráfico que cuando se jala / tira (pull) lo convierte en automático. Y si el nivel de disparo automático no está disponible....

Cuando se da vuelta la perilla a la derecha, el nivel de disparo aumenta y significa que el trazo se

activará en una posición vertical positiva de la señal.

1.4 Funcionamiento y uso de generadores de funciones

Un Generador de Funciones es un aparato electrónico que produce ondas senoidales, cuadradas y triangulares, además de crear señales TTL. Sus aplicaciones incluyen pruebas y calibración de sistemas de audio, ultrasónicos y servo.

Este generador de funciones, específicamente trabaja en un rango de frecuencias de entre 0.2 Hz a 2 MHz. También cuenta con una función de barrido la cual puede ser controlada tanto internamente como externamente con un nivel de DC. El ciclo de máquina, nivel de offset en DC, rango de barrido y la amplitud y ancho del barrido pueden ser controlados por el usuario.

1. Controles, Conectores e Indicadores (Parte Frontal)

1. Botón de Encendido (Power button). Presione este botón para encender el generador de funciones. Si se presiona este botón de nuevo, el generador se apaga.

2. Luz de Encendido (Power on light). Si la luz está encendida significa que el generador esta encendido.

3. Botones de Función (Function buttons). Los botones de onda senoidal, cuadrada o triangular determinan el tipo de señal provisto por el conector en la salida principal.

4. Botones de Rango (Range buttons) (Hz). Esta variable de control determina la frecuencia de la señal del conector en la salida principal.

5. Control de Frecuencia (Frecuency Control). Esta variable de control determina la frecuencia de la señal del conector en la salida principal tomando en cuenta también el rango establecido en los botones de rango.

6. Control de Amplitud (Amplitude Control). Esta variable de control, dependiendo de la posición del botón de voltaje de salida (VOLTS OUT), determina el nivel de la señal del conector en la salida principal.

7. Botón de rango de Voltaje de salida (Volts Out range button). Presiona este botón para controlar el rango de amplitud de 0 a 2 Vp-p en circuito abierto o de 0 a 1 Vp-p con una carga de 50W . Vuelve a presionar el botón para controlar el rango de amplitud de 0 a 20 Vp-p en circuito abierto o de 0 a 10 Vp-p con una carga de 50W .

8. Botón de inversión (Invert button). Si se presiona este botón, la señal del conector en la salida principal se invierte. Cuando el control de ciclo de máquina esta en uso, el botón de inversión determina que mitad de la forma de onda a la salida va a ser afectada. La siguiente tabla, muestra esta relación.

9. Control de ciclo de máquina (Duty control). Jala este control para activar esta opción.

10.Offset en DC (DC Offset). Jala este control para activar esta opción. Este control establece el nivel de DC y su polaridad de la señal del conector en la salida principal. Cuando el control esta presionado, la señal se centra a 0 volts en DC.

11.Botón de Barrido (SWEEP button). Presiona el botón para hacer un barrido interno. Este botón activa los controles de rango de barrido y de ancho del barrido. Si se vuelve a presionar este botón, el generador de funciones puede aceptar señales desde el conector de barrido externo (EXTERNAL SWEEP) localizado en la parte trasera del generador de funciones.

12.Rango de Barrido (Sweep Rate). Este control ajusta el rango del generador del barrido interno y el rango de repetición de la compuerta de paso.

13.Ancho del Barrido (Sweep Width). Este control ajusta la amplitud del barrido.

14.Conector de la salida principal (MAIN output connector). Se utiliza un conector BNC para obtener señales de onda senoidal, cuadrada o tiangular.

15.Conector de la salida TTL (SYNC (TTL) output connector). Se utiliza un conector BNC para obtener señales de tipo TTL.

2. Controles, Conectores e Indicadores (Parte Trasera)

1R. Fusible (Line Fuse). Provee de protección por sobecargas o mal funcionamiento de equipo.

2R. Entrada de alimentación (Power Input). Conector de entrada para el cable de alimentación.

3R. Conector de entrada para barrido externo. (External Sweep input connector). Se utiliza un conector de entrada tipo BNC para controlar el voltaje del barrido. Las señales aplicadas a este conector controlan la frecuencia de salida cuando el botón de barrido no está presionado. El rango total de barrido es también dependiente de la frecuencia base y la dirección deseada del barrido.

4R. Selector de voltaje (Line Voltaje Selector). Estos selectores conectan la circuitería interna para distintas entradas de alimentación.

3. Funciones y Aplicaciones

ONDA SENOIDAL

Una onda senoidal se puede obtener en el conector de la salida principal cuando se presiona la opción de onda senoidal en el botón de función y cuando cualquier botón del rango de frecuencia está también presionado. La frecuencia de la onda se establece por la combinación del botón de rango y el control de variación de frecuencia. La salida tendrá que ser revisada con un osciloscopio. Se debe proceder de la siguiente manera:

1. Para obtener una señal senoidal, se deben seguir las siguientes instrucciones:

Control InstrucciónBotón de encendido (Power button)

Encendido (presionado)

Botón de rango (Range button)

Botón de 1 KHz presionaldo

Disco de frecuencias (Frequency Dial)

1.0

Control de ciclo de máquina (Duty Control)

Presionado

Control de offset en DC (Dc Offset Control)

Presionado

Control de amplitud (Amplitude Control)

Presionado

Botón de inversión (Invert button)

No presionado

Botón de voltaje en la salida (Volts out button)

No presionado (posición de 0-20)

Botón de funciones (Function button)

Presional el botón de onda senoidal

Botón de barrido (Sweep button)

No presionado

Línea de selección de voltaje (Line voltage selector)

Checar la salida de voltaje para el rango de salida de la línea (90-132 o 198-250)

La conexión de cables se muestra en la sig. figura:

2. Fija la perilla de volts por división (VOLTS/DIV) a 2 V, la perilla de segundos por división (SEC/DIV) a 0.2 ms y el resto de los controles en la posición de operación normal.

3. La frecuencia de salida puede ser calculada tomando el recíproco del período de la forma de la señal.

4. La frecuencia de salida puede establecerse con mayor precisión utilizando un contador de frecuencia (Frequency Counter) conectando la salida del generador de funciones directamente al contador, o usando un cable BNC con conexión en T de la salida del generador de funciones al osciloscopio y al contador al mismo tiempo.

Cuando se familiariza con la configuración para lograr una señal senoidal a la frecuencia del ejemplo anterior, cambie el rango de frecuencias y rote el disco de frecuencias, observando el osciloscopio o el display del contador. Lea el voltaje de salida del generador conectando a éste un multímetro, situado en la función de voltaje en AC (AC Volts). Con esto, será posible leer el valor rms de la señal senoidal y compararla con la señal pico a pico (p-p) vista en el osciloscopio. El valor rms debe ser 0.3535 veces el valor p-p visto en el osciloscopio. Las ondas senoidales son utilizadas para checar circuitos de audio y de radio frecuencia.

Las frecuencias más altas del generador de funciones pueden ser utilizadas para simular la portadora para la banda de AM. Con un capacitor en serie con el centro del conector en la salida principal, las señales de audio pueden ser inyectadas a cualquier equipo de audio.

ONDA CUADRADA

Una onda cuadrada se puede obtener en el conector de la salida principal cuando se presiona la opción de onda cuadrada en el botón de función y cuando cualquier botón del rango de frecuencia está también presionado. La frecuencia de la onda se establece por la combinación del botón de rango y el control de variación de frecuencia.

La salida puede verificarse con un osciloscopio utilizando la misma conexión utilizada en la onda senoidal. La frecuencia de salida puede establecerse con mayor precisión utilizando un contador de frecuencia (Frequency Counter) conectando la salida del generador de funciones directamente al contador, o usando un cable BNC con conexión en T de la salida del generador de funciones al osciloscopio y al contador al mismo tiempo.

Para ajustar el generador de funciones para que opere con una onda cuadrada, los controles pueden estar ajustados de la misma manera con la que se obtuvo la señal senoidal, excepto la opción de onda cuadrada en el botón de función debe estar presionada. No se podrá tener un valor rms muy exacto para una onda cuadrada con el multímetro o cualquier otro medidor digital o analógico, porque están calibrados para obtener valores rms de señales senoidales.

La señal de onda cuadrada puede ser utilizada para simular señales pulsantes. La onda cuadrada es frecuentemente usada para pruebas y calibración de circuitos de tiempo.

ONDA DIENTE DE SIERRA

Una onda triangular se puede obtener en el conector de la salida principal cuando se presiona la opción de onda triangular en el botón de función y cuando cualquier botón del rango de frecuencia está también presionado. La frecuencia de la onda se establece por la combinación del botón de rango y el control de variación de frecuencia.

La salida puede verificarse con un osciloscopio utilizando la misma conexión utilizada en la onda senoidal. La frecuencia de salida puede establecerse con mayor precisión utilizando un contador de frecuencia (Frequency Counter) conectando la salida del generador de funciones directamente al contador, o usando un cable BNC con conexión en T de la salida del generador de funciones al osciloscopio y al contador al mismo tiempo.

Para ajustar el generador de funciones para que opere con una onda triangular, los controles pueden estar ajustados de la misma manera con la que se obtuvo la señal senoidal, excepto la opción de onda cuadrada en el botón de función debe estar presionada. No se podrá tener un valor rms muy exacto para una onda cuadrada con el multímetro o cualquier otro medidor digital o analógico, porque están calibrados para obtener valores rms de señales senoidales.

Uno de los usos más comunes de la onda triangular es para hacer un control de barrido externo para un osciloscopio. Es también usada para calibrar los circuitos simétricos de algunos equipos.

TTL

Una señal TTL (Transistor-Transistor-Logic) puede obtenerse a la salida del conector SYNC. El rango del pulso es controlado por los botones de rango y el disco de frecuencia. La simetría de esta forma de onda puede ser controlada con el control de ciclo de trabajo. La señal TTL está también disponible en el modo de barrido. La amplitud de la señal TTL se fija a 2 Vp-p (ona cuadrada).

El pulso TTL es utilizado para injectar señales a circuitos lógicos con el propósito de hacer pruebas.

SALIDA DEL BARRIDO

Todas las salidas que se pueden obtener del generador de funciones pueden utilizarse en modo de barrido. Estas salidas son utilizadas en conjunto con otros instrumentos de prueba para producir una señal de frecuencia modulada. El uso de una señal de barrido es un método común en circuitos de sintonización y para controlar el ancho de banda de circuitos de audio y de radio frecuencia.

VOLTAJE CONTROLADO POR LA ENTRADA PARA BARRIDO EXTERNO

Esta característica permite que el generador de barrido sea controlado por una fuente de voltaje externa. Cuando está en operación este modo, el botón de barrido no debe estar presionado por lo que los controles de rango de barrido y ancho de banda de barrido tampoco están en operación. El voltaje en DC aplicado a la entrada determina las características del barrido de la señal a la salida del conector principal o SYNC (TTL)

2 Normas y requerimientos

2.1 Normas nacionales

Las NOM son las regulaciones técnicas que contienen la información, requisitos, especificaciones, procedimientos y metodología que permiten a las distintas dependencias gubernamentales establecer parámetros evaluables para evitar riesgos a la población, a los animales y al medio ambiente. Están presentes en prácticamente todo lo que te rodea, agua embotellada, licuadoras, llantas, ropa, etc.El gobierno es el encargado de identificar los riesgos, evaluarlos y emitir las NOM. Sin embargo en el proceso se suman las consideraciones de expertos externos provenientes de otras áreas. Las NOM están conformadas por comités técnicos integrados por todos los sectores interesados en el tema, no únicamente gobierno sino también por investigadores, académicos y cámaras industriales o de colegios de profesionistas. Antes de que una norma entre en funcionamiento, debe existir un consenso entre el Comité Consultivo Nacional, donde a través de Profeco, tú como consumidor también tienes un representante, puesto que son discusiones de carácter técnico y científico.

Normas de Seguridad y métodos de prueba. Su objetivo: que los productos funcionen con materiales, procesos, sistemas y métodos que eviten ponerte en riesgo. Gracias a ellas tu estufa no se incendiará mientras cocinas.Normas de eficacia energética. Garantizan que uses (y disfrutes) satisfactoriamente los productos y servicios. Además este tipo de normas propician la conservación del medio ambiente. Es genial bañarse con una regadera que no se tapa, pero resulta aún mejor si ésta es ahorradora de agua.Normas de prácticas comerciales. Verifican que los prestadores de servicios te brinden la información necesaria, a fin de que disfrutes de servicios solventes y evites ser objeto de prácticas abusivas, desleales o coercitivas. Además de que tengan a la vista sus precios y que sus contratos sean justos.Normas de información comercial. Se aseguran de que los productos te den a conocer sus características, naturaleza, cantidades, advertencias y, en general todos los elementos que te permitan tomar mejores decisiones. Para algunos puede ser obvio, para otros es difícil distinguir si una prenda es de poliéster o algodón.Normas metodológicas. Su objetivo es que los instrumentos de medición, a través de los cuales se determina el pago que tienes que hacer, funcionen correctamente. Como las bombas de la gasolinera o las básculas del mercado.

2.2 Normas internacionales

La Organización Internacional para la Estandarización, ISO por sus siglas en inglés (International Organization for Standardization), es una federación mundial que agrupa a representantes de cada uno de los organismos nacionales de estandarización (como lo es el IRAM en la Argentina), y que tiene como objeto desarrollar estándares internacionales que faciliten el comercio internacional.

Cuando las organizaciones tienen una forma objetiva de evaluar la calidad de los procesos de un proveedor, el riesgo de hacer negocios con dicho proveedor se reduce en gran medida, y si los estándares de calidad son los mismos para todo el mundo, el comercio entre empresas de diferentes países puede potenciarse en forma significativa – y de hecho, así ha ocurrido –.

Durante las últimas décadas, organizaciones de todos los lugares del mundo se han estado preocupando cada vez más en satisfacer eficazmente las necesidades de sus clientes, pero las empresas no contaban, en general, con literatura sobre calidad que les indicara de qué forma, exactamente, podían alcanzar y mantener la calidad de sus productos y servicios.

De forma paralela, las tendencias crecientes del comercio entre naciones reforzaba la necesidad de contar con estándares universales de la calidad. Sin embargo, no existía una referencia estandarizada para que las organizaciones de todo el mundo pudieran demostrar sus prácticas de calidad o mejorar sus procesos de fabricación o de servicio.

Teniendo como base diferentes antecedentes sobre normas de estandarización que se fueron desarrollando principalmente en Gran Bretaña, la ISO creó y publicó en 1987 sus primeros estándares de dirección de la calidad: los estándares de calidad de la serie ISO 9000.

Con base en Ginebra, Suiza, esta organización ha sido desde entonces la encargada de desarrollar y publicar estándares voluntarios de calidad, facilitando así la coordinación y unificación de normas internacionales e incorporando la idea de que las prácticas pueden estandarizarse tanto para beneficiar a los productores como a los compradores de bienes y servicios. Particularmente, los estándares ISO 9000 han jugado y juegan un importante papel al promover un único estándar de calidad a nivel mundial.

LA FAMILIA ISO

Las series de normas ISO relacionadas con la calidad constituyen lo que se denomina familia de normas, las que abarcan distintos aspectos relacionados con la calidad:

ISO 9000: Sistemas de Gestión de Calidad Fundamentos, vocabulario, requisitos, elementos del sistema de calidad, calidad en diseño, fabricación, inspección, instalación, venta, servicio post venta, directrices para la mejora del desempeño.

ISO 10000: Guías para implementar Sistemas de Gestión de Calidad/ Reportes TécnicosGuía para planes de calidad, para la gestión de proyectos, para la documentación de los SGC, para la gestión de efectos económicos de la calidad, para aplicación de técnicas estadísticas en las Normas ISO 9000. Requisitos de aseguramiento de la calidad para equipamiento de medición, aseguramiento de la medición.

ISO 14000: Sistemas de Gestión Ambiental de las Organizaciones. Principios ambientales, etiquetado ambiental, ciclo de vida del producto, programas de revisión ambiental, auditorías.

ISO 19011: Directrices para la Auditoría de los SGC y/o Ambiental

(American National Standards Institute - Instituto Nacional Americano de Estándares). Organización encargada de estandarizar ciertas tecnologías en EEUU. Es miembro de la ISO, que es la organización internacional para la estandarización.

ANSI es una organización privada sin fines de lucro, que permite la estandarización de productos, servicios, procesos, sistemas y personal en Estados Unidos. Además, ANSI se coordina con estándares internacionales para asegurar que los productos estadounidenses puedan ser usados a nivel mundial.

Los estándares ANSI buscan que las características y la performance de los productos sean consistentes, que las personas empleen las mismas definiciones y términos, y que los productos sean testeados de la misma forma.

La organización tiene su sede en Washington, DC., y su oficina de operaciones está localizada en la ciudad de Nueva York.

Breve historia de ANSI

* Fue formada en 1918.* Su primer nombre fue American Engineering Standards Committee (AESC).* Fue llamada American Standards Association (ASA) en 1928.

* Luego United States of America Standards Institute (USASI) en 1966.* Obtuvo su nombre actual en 1969.

El NSSN: un recurso nacional para los estándares mundiales es un motor de búsqueda que proporciona a los usuarios información relacionada con la normas de una amplia gama de desarrolladores, incluyendo las organizaciones acreditadas por el Instituto Americano Nacional de Estándares (ANSI), otras normas de EE.UU. sector privados, agencias de gobierno y las organizaciones internacionales.Sobre la base de la fuerza de estas asociaciones, el NSSN:

se ha convertido en el mundo del motor de búsqueda más completa de las normas con más de 300.000 registros;

es un mecanismo de entrega para los suscriptores descargar contenido con licencia para varios usuarios;

proporciona enlaces fáciles de obtener las normas y documentos técnicos relacionados;

ofrece múltiples opciones de búsqueda y las funciones automáticas de correo electrónico;

proporciona información de contacto técnicas de las normas de establecimiento de las organizaciones, y;

es una herramienta para los usuarios de las normas, los directores de proyectos, investigadores, ingenieros y personal de adquisiciones.

El NSSN es administrado por el Instituto Americano Nacional de Estándares (ANSI). ANSI es una organización no lucrativa privada cuya misión es mejorar la competitividad global de EE.UU. y la calidad de vida norteamericano por promover, facilitar y salvaguardar la integridad de la normalización voluntaria y el sistema de evaluación de la conformidad. Su membresía está compuesta por empresas, asociaciones profesionales y asociaciones profesionales, los creadores de normas, organismos gubernamentales y las organizaciones de consumidores y mano de obra.

3 Análisis de circuitos de corriente alterna

3.1 Introducción

La diferencia de la corriente alterna con la corriente continua, es que la corriente continua circula sólo en un sentido.

La corriente alterna (como su nombre lo indica) circula por durante un tiempo en un sentido y después en sentido opuesto, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante.

Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y la usamos para alimentar la TV, el equipo de sonido, la lavadora, la refrigeradora, etc.

En el siguiente gráfico se muestra el voltaje (que es también alterno) y tenemos que la magnitud de éste varía primero hacia arriba y luego hacia abajo (de la misma forma en que se comporta la corriente) y nos da una forma de onda llamada: ondasenoidal.

El voltaje varía continuamente, y para saber que voltaje tenemos en un momento específico, utilizamos la fórmula; V = Vp x Seno (Θ) donde Vp = V pico (ver gráfico) es el valor máximo que obtiene la onda y Θ es una distancia angular y se mide en grados.

Aclarando un poco esta última parte y analizando el gráfico, se ve que la onda senoidal es periódica (se repite la misma forma de onda continuamente)

Si se toma un período de ésta (un ciclo completo), se dice que tiene una distancia angular de 360 grados.

Y con ayuda de la fórmula que ya dimos, e incluyendo Θ (distancia angular para la cual queremos saber el voltaje) obtenemos el voltaje instantáneo de nuestro interés.

Para cada distancia angular diferente el valor del voltaje es diferente, siendo en algunos casos positivo y en otros negativo (cuando se invierte su polaridad).

3.2 Valor promedio

El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (0).Si se toma en cuenta solo un semiciclo (supongamos el positivo) el valor promedio es:

VPR = VPICO x 0.636La relación que existe entre los valores RMS y promedio es:VRMS = VPR x 1.11VPR = VRMS x 0.9

Ejemplo: Valor promedio de sinusoide = 50 Voltios, entonces:

VRMS = 50 x 1.11 = 55.5 VoltiosVPICO = 50 x 1.57 Voltios= 78.5 Voltios

3.3 Valor efectivo

La corriente alterna y los voltajes (cuando son alternos) se expresan de forma común por su valor efectivo o RMS (Root Mean Square – Raíz Media Cuadrática).

Cuando se dice que en nuestras casas tenemos 120 o 220 voltios, éstos son valores RMS o eficaces.

¿Qué es RMS y porqué se usa?

Un valor en RMS de una corriente es el valor, que produce la misma disipación de calor que una corriente continua de la misma magnitud.

En otras palabras: El valor RMS es el valor del voltaje o corriente en C.A. que produce el mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje o corriente directa

Ejemplo: 1 amperio (ampere) de corriente alterna (c.a.) produce el mismo efecto térmico que un amperio (ampere) de corriente directa (c.d.) Por esta razón se utiliza el termino “efectivo”

El valor efectivo de una onda alterna se determina multiplicando su valor máximo por 0.707. Entonces VRMS = VPICO x 0.707

Ejemplo: Encontrar el voltaje RMS de una señal con VPICO = 130 voltios

130 Voltios x 0.707 = 91.9 Voltios RMS

3.4 Periodo y frecuencia

Período:

Tiempo en segundos durante el cual se repite el valor de la corriente. Es el intervalo que separa dos puntos sucesivos de un mismo valor en la sinusoide. El período es lo inverso de la frecuencia y, matemáticamente, se representa por medio de la siguiente fórmula T = 1 / F

Frecuencia:

Número de veces que una corriente alterna cambia de polaridad en 1 segundo. La unidad de medida es el Hertz (Hz) y se la designa con la letra F. De esta forma si en nuestro hogar tenemos una tensión de 220 V 50 Hz, significa que dicha tensión habrá de cambiar su polaridad 50 veces por segundo.Una definición más rigurosa para la frecuencia: Número de ciclos completos de C.A. que ocurren en la unidad de tiempo.

3.5 Capacitores e inductores

A diferencia del comportamiento de un capacitor con la corriente continua (donde no hay paso de corriente), el paso de la corriente alterna por el capacitor si ocurre.

Otra característica del paso de una corriente alterna en un capacitor es que el voltaje que aparece en los terminales del mismo está desfasado o corrido 90° hacia atrás con respecto a la corriente que lo atraviesa.

Este desfase entre el voltaje y la corriente se debe a que el capacitor se opone a los cambios bruscos de voltaje entre sus terminales.

¿Qué significa estardesfasado o corrido?

Significa que el valor máximo del voltaje aparece 90° después que el valor máximo de la corriente.

En el diagrama al lado izquierdo se observa que la curva en color rojo ocurre siempre antes que la curva en color negro en 90° o 1/4 del ciclo.

Entonces se dice que el voltaje está atrasado con respecto a la corriente o lo que es lo mismo, que la corriente está adelantada a la tensión o voltaje

Si se multiplican los valores instantáneos de la corriente y el voltaje en un capacitor se obtiene una curva sinusoidal (del doble de la frecuencia de corriente o voltaje), que es la curva de potencia. (Acordarse que: P = I x V, Potencia = Corriente x Voltaje)

Esta curva tiene una parte positiva y una parte negativa, esto significa que en un instante el capacitor recibe potencia y en otro tiene que entregar potencia, con lo cual se deduce que el capacitor no consume potencia (caso ideal. Se entrega la misma potencia que se recibe)

Al aplicar voltaje alterno a un capacitor, éste presenta una oposición al paso de la corriente alterna, el valor de esta oposición se llama reactancia capacitiva (Xc) y se puede calcular con la ley de Ohm XC = V / I, y con la fórmula: XC = 1/(2x π x f x C)

Dónde:- XC = reactancia capacitiva en ohmios- f = frecuencia en Hertz (Hz)- C = capacidad en Faradios (F)

La resistencia en serie equivalente (ESR)

El capacitor analizado en el párrafo anterior es ideal.

En la realidad el capacitor tiene una resistencia en serie debido a varios factores: las placas metálicas, el dieléctrico o aislante, etc..

El ESR es el equivalente al factor de calidad Q de los inductores y mientras más pequeño sea mejor.

Capacitores en serie

Capacitores conectados uno después del otro, están conectados en serie.

Estos capacitores se pueden reemplazar por un único capacitorque tendrá un valor que será el equivalente de los que están conectados en serie.

Para obtener el valor de este único capacitor equivalente se utiliza la fórmula:

1/CT = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + 1/C4

Pero fácilmente se puede hacer un cálculo para cualquier número de capacitores que se conecten en serie con ayuda de la siguiente fórmula:

1/CT = 1/C1 + 1/C2 + ....+ 1/CN

donde: N es el número de Capacitores que están conectados en serie. En el gráfico hay 4capacitores en serie.

Esta operación se hace de manera similar al proceso de sacar el resistor equivalente de un grupo de resistores en paralelo

Capacitores en paralelo

Del gráfico se puede ver si se conectan 4 capacitores en paralelo (los terminales de cada lado de los elementos están conectadas a un mismo punto).

Para encontrar el capacitoresequivalente se utiliza la fórmula:

CT = C1 + C2 + C3 + C4

Fácilmente se puede hacer un cálculo para cualquier número de capacitores con ayuda de la siguiente fórmula:

CT = C1 + C2 + .....+ CN

donde N es el número de capacitores.

Como se ve, para obtener el capacitores equivalente de capacitores en paralelo, sólo basta con sumarlos.

Esta operación se hace de manera similar al proceso de sacar el resistor equivalente de un grupo de resistores en serie

Un capacitor es un dispositivo que al aplicársele una fuente de alimentación de corriente continuase comporta de una manera especial. Ver la figura.

Cuando el interruptor se cierra (Ver: A en el gráfico arriba), lacorriente I aumenta bruscamente a su valor máximo como uncortocircuito) y tiene el valor de I = E / R amperios (como si el capacitor / condensador no existiera momentáneamente en este circuito RC), y poco a poco esta corriente va disminuyendo hasta tener un valor de cero (ver el diagrama inferior)

El voltaje en el capacitor no varía instantáneamente y sube desde 0 voltios hasta E voltios (E es el valor de la fuente de corriente directa conectado en serie con R y C, verdiagrama).

El tiempo que se tarda el voltaje en el condensador (Vc) en pasar de 0 voltios hasta el 63.2 % del voltaje de la fuente está dato por la fórmula: T = RxC. Donde el resistor R está en Ohmios, el capacitor C en milifaradios y el resultado estará en milisegundos.

Después de 5 x T (5 veces T) el voltaje ha subido hasta un 99.3 % de su valor final. Al valor de T se le llama: constante de tiempo

Al analizar los dos gráficos se observa que están divididos en una parte transitoria y una parte estable. Los valores de Ic y Vc varían sus valores en la parte transitoria (aproximadamente 5 veces la constante de tiempo T), pero no así en la parte estable.

Los valores de Vc e Ic en cualquier momento se pueden obtener con las siguientes fórmulas:

- Vc = E + ( Vo – E) x e- t/T

donde Vo es el voltaje inicial del condensador (en muchos casos es 0 Voltios)

- Ic = (E – Vo) x e-t/T/Rdonde Vo es el voltaje inicial del condensador (en muchos casos es 0 Voltios)

- VR = E x e-t/T

donde: T = R x C

Un condensador / capacitor en uncircuito RC serie no se descargainmediatamente cuando es desconectada de una fuente de alimentación de corriente directa(ver interruptor en el gráfico)

Cuando el interruptor pasa de la posición A a la posisión B, el voltaje en el condensador Vc empieza a descender desde Vo (voltaje inicial en el condensador) hasta tener 0 voltios de la manera que se ve en el gráfico inferior.

La corriente tendrá un valor máximo inicial de Vo/R y la disminuirá hasta llegar a 0 amperios. (ver gráfico inferior)

La corriente que pasa por la resistencia y el condensador es la misma. Acordarse que el un circuito en serie la corriente es la misma por todos los elementos.

El valor de Vc (tensión en el condensador) para cualquier instante: Vc = Vo x e-t / T

El valor de I (corriente que pasa por R y C) en cualquier instante: I = -(Vo / R) e-t / T

Dónde: T = RC es la constante de tiempo

Nota: Si el condensador había sido previamente cargado hasta un valor E, hay que reemplazar, en las fórmulas, el valor de Vo con el valor de E.

INDUCTORES

La bobina o inductor por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma decampo magnético

El símbolo de una bobina / inductores:

El inductor es diferente delcondensador / capacitor, que almacena energía en forma decampo eléctrico

Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético, siendo el sentido de flujo del campo magnético, el que establece la ley de la mano derecha (ver electromagnetismo).

Al estar el inductor hecho de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro del inductor y cierra su camino por su parte exterior.

Una característica interesante de los inductores es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas.

Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellos (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de alimentación de corriente continua), esta intentará mantener su condición anterior.

Este caso se da en forma continua, cuando una bobina está conectada a una fuente de corriente alterna y causa un desfase entre el voltaje que se le aplica y la corriente que circula por ella.

En otras palabras:

La bobina o inductor es un elementoque reacciona contra los cambiosen la corriente a través de él,generando un voltaje que se oponeal voltaje aplicado y es proporcionalal cambio de la corriente.

Inductancia, unidades

La inductancia mide el valor de oposición de la bobina al paso de la corriente y se miden en Henrios (H), pudiendo encontrarse valores de MiliHenrios (mH). El valor depende de:

- El número de espiras que tenga labobina (a más vueltas mayorinductancia, o sea mayor valor en Henrios).- El diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).- La longitud del cable de que está hecha la bobina.- El tipo de material de que esta hecho el núcleo, si es que lo tiene.

Aplicaciones de una bobina / inductor

- En los sistemas de iluminación con lámparas fluorescentes existe un elemento adicional que acompaña al tubo y que comúnmente se llama balastro

- En las fuentes de alimentación también se usan bobinas para filtrar componentes de corriente alterna y solo obtener corriente continua en la salida

- En muchos circuitos osciladores se incluye un inductor. Por ejemplo circuitos RLC serie o paralelo

Hay ocasiones en que se tiene una bobina o inductor con núcleo de aire y no conoce su valor (en henrios). Ver definición de unidades comunes

Existe un método para obtener este valor si se tienen las medidas externas de la bobina / inductor.

La fórmula a utilizar es la siguiente:

L(uH)=(0.393a2n2)/(9a+10b)

Dónde:- n: es la cantidad de espiras (vueltas de alambre) del inductor- a: es el radio del inductor en centímetros- b: es la longitud del arrollado del inductor en centímetros

Esta fórmula es una buena aproximación para inductores de una longitud mayor o igual a 0.8a. Ver el gráfico anterior.

Ejemplo 1:

Se tiene una bobina o inductor de 32 espiras, 13 vueltas por centímetro y 25 mm de diámetro. Cuál será su inductancia?

- a = 25 mm / 2 = 1.25 centímetros- b = 32 / 13 = 2.46- n = 32

Entonces: L = (0.393 x 1.252 x 322) / (9 x 1.25 + 10 x 2.46) = 17.54 uHenrios

Ejemplo 2:

Se desea construir una bobina o inductor que sea de 10 uHenrios (uHenrys), que tenga 2.54 centímetros de diámetro y una longitud de 3.175 centímetros.

Entonces:

- a = 2.54 centímetros / 2 = 2.27 centímetros- b = 3.175 centímetros- L = 10 uHenrios

Se despeja de la ecuación original la variable "n" en función de todas las demás.

n = [10 x (9a + 10b) / ( 0.393 x a2)]1/2

y reemplazando los valores.....

n = [10 x (11.43 + 31.75) / 0.393 x 1.613]1/2 = 6801/2 = 26.1 espiras

Notas:- Bobina = Inductor.- Los paréntesis elevados a la 1/2 es lo mismo que una raíz cuadrada.- uHenrio = microHenrio.

En el inductor con núcleo de aire se ve que el valor de la inductancia de esta depende del número de vueltas (espiras), la longitud, el diámetro, el grosor de la espira, etc.

El valor de la inductancia que se puede obtener es limitado cuando el núcleo es de

aire.

Para poder incrementar el valor de la inductancia de una bobina se coloca dentro de ella un núcleo metálico de características magnéticas muy especiales, que lo que hacen es reforzar el campo magnético.

El magnetismo del material del núcleo depende de la polarización de "los dominios magnéticos moleculares", cuando el campo magnético que afecta el inductor cambia continuamente.

Estos dominios deben poder cambiar su posición para que el núcleo cumpla su objetivo.

Los dominios magnéticos podrán o no seguir las variaciones del campo magnético dependiendo del material de que está hecho el núcleo. Si esta variación del campo magnético no puede ser seguida el núcleo pierde su razón de ser y lo dominios moleculares se desordenan, quedando el núcleo despolarizado magnéticamente.

El material magnético que se utiliza como núcleo de la bobina depende de la frecuencia a la que trabajará esta.

- Metal sólido: para frecuencias muy bajas.- Metal laminado: para frecuencias de 10 hertz (Hz) a algunos kilohertz (Khz)- Núcleos de polvo metálico: para frecuencias arriba de cientos de Kilohertz y hasta varios cientos de Megahertz (Mhz)- Núcleo de aire: frecuencia superiores a los 500 Megahertz. En este caso el núcleo metálico se vuelve obsoleto.

Notas:- 1 hertz = 1 ciclo por segundo- Bobina = Inductor

Bobinas / inductoresen serie

En muchas ocasiones es necesario agrupar el valor de varias bobinas o inductores que están conectadas en serie o paralelo.

Se presenta de seguidamente el método a seguir para su simplificación.

El cálculo del inductor o bobina equivalente (LT) de inductores enserie es similar al método de cálculo del equivalente de resistencias enserie, sólo es necesario sumarlas.

En el diagrama que sigue, hay 3 inductores o bobinas en serie.

la fórmula a utilizar es: (sumatoria de los valores de los inductores)

LT = L1 + L2 + L3

Bien para este caso particular. Pero si se quisiera poner más de 2 o 3 inductores, se usaría la siguiente fórmula:

LT = L1 + L2 + L3 +......+ LN

Donde N es el número de bobinas colocadas en serie

Bobinas / inductores en paralelo

El cálculo del inductor equivalente de varias bobinas en paralelo es similar al cálculo que se hace cuando se trabaja con capacitores.

El caso que se presenta es para 3 inductores y se calcula con la siguiente fórmula:

1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3

Pero la fórmula se puede generalizar para cualquier número de inductores, con la siguiente fórmula

1/LT = 1/L1 + 1/L2 + 1/L3 + .... 1/LN

Donde N es el número de inductores que se conectan en paralelo.

3.6 Relaciones V-I y diagramas fasoriales

Con el concepto de fasor se pueden obtener distintas relaciones para el modelamiento en el dominio de la frecuencia de los elementos pasivos (resistor,inductor,capacitor),y hacer más fácil el análisis de los circuitos en estado senoidal permanente, estas relaciones se dan a partir de las expresiones conocidas para cada elemento en el dominio del tiempo e implementando las transformaciones fasoriales dadas con anterioridad

Por medio de las relaciones mostradas es posible decir que una relación importante se puede ver desde cualquier punto de vista como una ley parecida a la ley de Ohm para los elementos pasivos: V=ZI, con estos parámetros las técnicas de análisis de circuitos son validas en el análisis fasorial para estado senoidal permanente.

En el siguiente circuito que se encuentra en el dominio de la frecuencia, encuentre la corriente I:

Los valores de los elementos presentes en el circuito son:

y la fuente de voltaje alterno vs(t) = 100sen5000t

SOLUCIÓN:

Aplicando las transformaciones para los elementos pasivos se tiene:

Para la fuente se tiene que .

Ahora se puede calcular la impedancia equivalente del circuito:

La corriente será igual a:

ó

Diagramas Fasoriales

Los diagramas fasoriales son usados para representar en el plano complejo las relaciones existentes entre voltajes y corrientes fasoriales de un determinado circuito.Para representar cualquier voltaje o corriente en el plano complejo es necesario conocer tanto su magnitud como su ángulo de fase y de esta manera poder realizar operaciones entre ellos (suma, resta).

Otro uso de los diagramas fasoriales es la representación en el dominio del tiempo y la frecuencia, es decir que sobre un plano se pueden representar las magnitudes (corriente, voltaje, etc) en el dominio de la frecuencia y de el tiempo también y realizar la transformación necesaria. Para transformar una magnitud del dominio de la frecuencia con cierta magnitud y un ángulo de fase , al dominio del tiempo solo es necesario girar el fasor en sentido contrario a las manecillas del reloj a una velocidad angular que está dada en rad/s y tomar su proyección sobre el eje real.

Con los diagramas fasorial, es posible observar el comportamiento de los voltajes y corrientes de un circuito en estado senoidal permanente tanto en el dominio de la frecuencia como en el dominio del tiempo.

3.7 Reactancias e impedancia

Reactancia

En electrónica se denomina reactancia a la oposición ofrecida al paso de la

corriente alterna por inductores (bobinas) o condensadores y se mide en Ohms.

Los otros dos tipos básicos de componentes de

los circuitos, transistores y resistores, no presentan reactancia.

Cuando circula corriente alterna por alguno de estos dos elementos que contienen

reactancia la energía es alternativamente almacenada y liberada en forma

de campo magnético, en el caso de las bobinas, o de campo eléctrico, en el caso

de los condensadores. Esto produce un adelanto o atraso entre la onda de

corriente y la onda de tensión. Este desfasaje hace disminuir

la potencia entregada a una carga resistiva conectada luego de la reactancia sin

consumir energía.

Impedancia (Z) (resistencia + reactancia)

La resistencia es el valor de oposición al paso de la corriente (sea corriente directa o corriente alterna) que tiene el resistor o resistencia.

La reactancia es el valor de la oposición al paso de la corriente alterna que tienen los condensadores (capacitores) y las bobinas (inductores).

En este caso existe la reactancia capacitiva debido a los condensadores y la reactancia inductiva debido a las bobinas.

Cuando en un mismo circuito se tienen estos elementos combinados (resistencias, condensadores y bobinas) y por ellas circula corriente alterna, la oposición de este conjunto de elementos al paso de la corriente alterna se llama: impedancia.

La impedancia tiene unidades de Ohmios (Ohms). Y es la suma de una componente resistiva (debido a las resistencias) y una componente reactiva (debido a las bobinas y los condensadores) es:

Z = R + j X

La jota (j) que precede a la X, nos indica que ésta (la X) es un número imaginario. No es una suma directa, es una suma fasorial (suma de fasores)

Lo que sucede es que estos elementos (la bobina y elcondensador) causan una oposición al paso de lacorriente alterna (además de un desfase), pero idealmente no causa ninguna disipación de potencia, como si lo hace la resistencia (La Ley de Joule)

En La bobina y las corrientes y el condensador y la corriente alterna se vio que hay un desfase entre lascorrientes y los voltajes, que en el primer caso es atrasada y en el segundo caso es adelantada.

El desfase que ofrece un bobina y un condensador son opuestos y, si estos llegaran a ser de la misma magnitud, se cancelarían y laimpedancia total del circuito sería igual al valor de la resistencia. (ver la fórmula anterior)

La fórmula anterior se grafica como se muestra en la figura

Las reactancias se representan en eje Y (el eje imaginario / eje vertical) pudiendo dirigirse para arriba o para abajo, dependiendo de si es mayor la influencia de la bobina o la delcondensador.

Las resistencias se muestran en el eje X. (sólo en la parte positiva del eje X / eje horizontal).

El valor de la impedancia (la línea diagonal) será:

Z = (R2+ X2)1/2

Z (impedancia) = raíz cuadrada de: (la suma de: (la resistencia al cuadrado y la reactancia al cuadrado)

4 Selección de componentes R,L,C

4.1 Resistores

Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir

una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En el propio

argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En

otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., los resistores se emplean

para producir calor aprovechando el efecto Joule.

Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la

corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corriente máxima en un

resistor viene condicionado por la máxima potencia que puede disipar su cuerpo.

Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea

necesaria otra indicación. Los valores más comunes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W.

Existen resistencias de valor variable, que reciben el nombre de potenciómetros.

Los resistores se utilizan en los circuitos para limitar el valor de la corriente o para

fijar el valor de la tensión

Sistemas de Codificación

Código de colores

Para caracterizar un resistor hacen falta tres valores: resistencia eléctrica, disipación máxima y precisión o tolerancia. Estos valores se indican normalmente en el encapsulado dependiendo del tipo de éste; para el tipo de encapsulado axial, el que se observa en las fotografías, dichos valores van rotulados con un código de franjas de colores.

Estos valores se indican con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo del elemento. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La

última raya indica la tolerancia (precisión). De las restantes, la última es el multiplicador y las otras indican las cifras significativas del valor de la resistencia.

El valor de la resistencia eléctrica se obtiene leyendo las cifras como un número de una, dos o tres cifras; se multiplica por el multiplicador y se obtiene el resultado en Ohmios (Ω). El coeficiente de temperatura únicamente se aplica en resistencias de alta precisión o tolerancia menor del 1%).

Figura 2: Diferentes resistencias todas ellas de empaquetado tipo axial.

Color de la banda

Valor de la 1°cifra significativa

Valor de la 2°cifra significativa

Multiplicador

Tolerancia

Coeficiente de temperatura

Negro

- 0 1 - -

Marrón

1 1 10 ±1%100ppm/°C

Rojo

2 2 100 ±2%50ppm/°C

Naranj

3 3 1 000 - 15ppm/°C

a

Amarillo

4 410 000

±4%25ppm/°C

Verde

5 5100 000

±0,5%

-

Azul

6 61 000 000

±0,25%

10ppm/°C

Violeta

7 7 -±0,1%

5ppm/°C

Gris

8 8 - - -

Blanco

9 9 - -1ppm/°C

Dorado

- - 0,1 ±5% -

Plateado

- - 0,01±10%

-

Ninguno

- - -±20%

-

Como leer el valor de una resistencia

En una resistencia tenemos generalmente 4 (Cuatro)líneas de colores, aunque

podemos encontrar algunas que contenga 5 líneas (4 de colores y 1 que indica

tolerancia) vamos a tomar la más general las de 4 líneas, las primeras 3 y

dejamos aparte la tolerancia que es plateada o dorada

La primera línea representa el dígito de las decenas.

La segunda línea representa el dígito de las unidades.

El número así formado se multiplica por la potencia de 10 expresada por la

tercera línea (multiplicador).

Por ejemplo:

Tenemos una resistencia con los colores verde, amarillo, rojo y dorado.

Registramos el valor de la primera línea (verde): 5

Registramos el valor de la segunda línea (amarillo): 4

Registramos el valor de la tercera línea (rojo): X 100

Unimos los valores de las primeras dos líneas y multiplicamos por el valor de la

tercera

54 X 100 = 5400Ω o 5,4 kΩ y este es el valor de la resistencia expresada en

Ohmios

Hay básicamente dos tipos de Resistencias:

Las resistencias de valores fijos y las Resistencias variables, que a su vez se subdividen dependiendo de características propias.

Resistencia / resistor

R

ESIST0R

ES

Resistores Fijos:

Tienen un valor nominal fijo.

Se dividen enresistores de película y bobinadas

Resistores de Película (químicas): se utilizan en potencias bajas, que van desde 1/8 watt hasta los 3 watts y consisten en películas que se colocan sobre bases de cerámica especial. Este tipo de resistoresdepende del material, sea carbón o compuestos metálicos.

Hay resistores de película metálica y de carbón.

Resistoresde Película metálica

- Resistores de película gruesa

- Resistores de película delgada

Resistores de carbón

Resistores bobinados: se fabrican con hilos resistivos que

son esmaltados, cementados, vitrificados o son recubiertos de un material cerámico.

Estos resistores por lo general pueden disipar potencias que van desde los 5 watts (vatios) hasta los 100 watts o más.Ver Resistencias bobinadas

Resistores Variables:

Tienen un valor que se varía intencionalmente.

Se dividen en: ajustables y dependientes de magnitudes

ResistoresAjustables

Potenciómetro de ajuste Potenciómetro giratorio Potenciómetro de cursor

ResistoresDependientesde magnitudes

De presión De luz: (Fotorresistencias) De temperatura (termistor) De voltaje (varistor) De campo magnético

4.2 Inductores

COMPORTAMIENTO DE UN INDUCTOR EN CORRIENTE ALTERNA

En CA, una bobina ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente que recibe el nombre de reactancia inductiva, XL, cuyo valor viene dado por el producto de la pulsación por la inductancia,

Al conectar una CA senoidal v(t) a una bobina aparecerá una corriente i(t), también senoidal, esto es, variable, por lo que, como se comentó más arriba, aparecerá una fuerza contraelectromotriz, -e(t), cuyo valor absoluto puede demostrase que es igual al de v(t). Por tanto, cuando la corriente i(t) aumenta, e(t) disminuye para dificultar dicho aumento; análogamente, cuando i(t) disminuye, e(t) aumenta para oponerse a dicha disminución.

Por lo tanto, en los circuitos de CA, una bobina ideal se puede asimilar a una magnitud compleja sin parte real y parte imaginaria positiva:

En la bobina real, habrá que tener en cuenta la resistencia de su bobinado, RL, pudiendo ser su circuito equivalente o modelo, el que aparece en la figura 5b) o 5c) dependiendo del tipo de bobina o frecuencia de funcionamiento, aunque para análisis más precisos pueden utilizarse modelos más complejos que los anteriores.

Tipos de inductores

Hay tres tipos de inductores: fijo, ajustable y variable. Los inductores ajustable tienen varios puntos con inductancia diferentes, mientras que los inductores variables tienen partes móviles que permiten un mayor control sobre la inductancia. Inductores también se puede definir por su material básico. En general, el aire inductores básicos se utilizan para frecuencias más altas, lo que saturar un núcleo sólido.

Los inductores son utilizados como protectores de sobretensión ya que bloquean fuertes cambios actuales. Se utilizan como filtros de línea telefónica, para eliminar las señales de banda ancha de alta frecuencia y se colocan en los extremos de los cables para reducir el ruido de la señal. Inductores y capacitores se utilizan conjuntamente en los circuitos de audio para filtrar o amplificar frecuencias específicas. ICs son inductores pequeñas que bloquean la corriente alterna y se utilizan para reducir las interferencias eléctricas y de radio. Un transformador de base está a sólo dos inductores de la herida en torno a un núcleo de acero de gran tamaño. Sus campos magnéticos se acoplan, ya que el centro les obliga a fluir a través de ambas bobinas. Cuando una corriente alterna en una bobina, se induce una corriente alterna en la otra bobina.

4.3 Capacitores

Capacitores fijos:

Estos se diferencian entre si por el tipo de dieléctrico que utilizan. Materiales comunes son: la mica, plástico y cerámica y para los capacitores electrolíticos, óxido de aluminio y de tantalio.

Hay de diseño tubular, y de varias placas y dieléctrico intercalados. El diseño de múltiples placas es un diseño para aumentar el área efectiva de la placa.

Entre placa y placa se coloca el aislante y se hace una conexión de placa de de por medio, como si fueran capacitores en paralelo.

1 - Condensadores de cerámica

Son capacitores en donde las inductancias parásitas y las pérdidas son casi nulas. La constante dieléctrica de estos elementos es muy alta (de 1000 a 10,000 veces la del aire)

- Algunos tipos de cerámica permiten una alta permitividad y se alcanza altos valores decapacitancia en tamaños pequeños, pero tienen el inconveniente que son muy sensibles a la temperatura y a las variaciones de voltaje.

- Hay otros tipos de cerámica que tienen un valor de permitividad menor, pero que su sensibilidad a la temperatura, voltaje y el tiempo es despreciable.

Estos capacitorestienen un tamaño mayores que los otros de cerámica. Se fabrican en valores defracciones de picoFaradios hasta nanoFaradios.

2 - Condensadores de lámina de plástico

- Láminas de plástico y láminas metálicas intercaladas: Estos tipos de capacitores son generalmente más grandes que los de lámina metalizada, pero tienen una capacitanciamás estable y mejor aislamiento.- Lámina metalizada: Tiene la lámina metálica depositada directamente en la lámina de plástico. Estos capacitores tienen la cualidad de protegerse a si mismos contra sobre voltajes. Cuando esto ocurre aparece un arco de corriente que evapora el metal eliminando el defecto.

Capacitor tubular

3 - Condensadores de mica:

Capacitores que consisten de hojas de mica y aluminio colocados de manera alternada y protegidos por un plástico moldeado.

Son de costo elevado. Tiene bajacorriente de fuga (corriente que pierden los condensadores y que hacen que este pierda su carga con el tiempo) y alta estabilidad. Su rango de valores de va de los pF a 0.1 uF.

4 -Capacitores de poliester:

Sustituyen a los capacitores de papel, solo que el dieléctrico es el poliéster. Se crearon capacitores de poliéster metalizado con el fin de reducir las dimensiones físicas. Ventajas: muy poca pérdida y excelente factor de potencia

5 - Condensadores electrolíticos:

Estos capacitores pueden tener capacitancias muy altas a un precio razonablemente bajo. Tienen el inconveniente de que tienen alta corriente de fuga y un voltaje de ruptura bajo.

Son polarizados y hay que tener cuidado a hora de conectarlos pues pueden estallar si se conectan con la polaridad invertida. Se utilizan principalmente en fuentes de alimentación.

Físicamente estos elementos constan de un tubo de aluminio cerrado, en donde está el capacitor. Tienen una válvula de seguridad que se abre en el caso de que el electrolito entre en ebullición, evitando así el riesgo de explosión. Ver capacitor electrolítico

6 - Condensadores de tantalio:

Son polarizados por lo que hay que tener cuidado a la hora de conectarlo.

Capacitores variables

1 - Capacitores variables giratorios:

Muy utilizado para la sintonía de aparatos de radio. La idea de estos es variar con la ayuda de un eje (que mueve las placas del capacitor) el área efectiva de las placas que están frente a frente y de esta manera se varía la capacitancia. Estos capacitores se fabrican con dieléctrico de aire, pero para reducir la separación entre las placas y aumentar la constante dieléctrica se utiliza plástico. Esto hace que el tamaño del capacitor sea menor.

2 - Capacitores ajustables "trimmer":

Se utiliza para ajustes finos, en rangos de capacitancias muy pequeños. Normalmente éstos, después de haberse hecho el ajuste, no se vuelven a tocar. Su capacidad puede variar entre 3 y 100 picoFaradios. Hay trimmers de presión, disco, tubular, de placas.

A diferencia de los capacitores comunes, los capacitores electrolíticos se han desarrollado para lograr grandescapacidades en dimensiones físicas reducidas.

Este capacitor se logra con un dieléctrico especial. La capacidad de un capacitor tiene fórmula:

C = EA / d

donde:- A = superficie- d = separación de placas- E = constante dieléctrica

Si el valor de la constante dieléctrica (E) aumenta, también aumenta la capacitancia del capacitor.

Este dieléctrico es un electrolito constituido por óxido de aluminio impregnado en un papel absorbente.

Cuando se fabrica el capacitor electrolítico, se arrollan dos láminas de aluminio, separadas por un papel absorbente impregnado con el electrolito.

Después se hace circular una corriente entre las placas, con el propósito de provocar una reacción química que creará una capa de óxido de aluminio que será el dieléctrico (aislante). Verdiagrama.

Físicamente consta de un tubo de aluminio cerrado, dentro del cual se haya el capacitor. Está provisto de una válvula de seguridad que se abre en caso de que que el electrolito (de allí viene el nombre) entre en ebullición y evitando el riesgo de explosión.

El capacitor electrolítico es un elemento polarizado, por lo que sus terminales no pueden ser invertidas. Generalmente el signo de polaridad viene indicado en el cuerpo del capacitor.

El inconveniente que tienen estos capacitores es que el voltaje permitido entre sus terminales no es muy alto. Si fuera necesario cambiar este capacitor, se debe buscar uno de la misma capacidad y con un voltaje igual o mayor al del capacitor dañado, pero...

No se recomienda utilizar un capacitor de voltaje (dato de fabrica) muy superior al dañado pues, un capacitorque recibe un voltaje mucho menor que para la que fue diseñado, siente que no estuvo polarizado en corriente continua y la capa de óxido de aluminio disminuye hasta que el elemento falla.

Si el período de almacenamiento antes de usarlo es muy largo, al no recibir voltaje, se empieza a dañar (se reduce la capa de óxido de aluminio). Es conveniente tomar en cuenta siempre la fecha de fabricación.

4.4 Transformadores

El transformador es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de corriente alterna que tiene a su entrada en otro diferente amplitud, que entrega a su salida.

Se compone de un núcleo de hierro sobre el cual se han arrollado varias espiras (vueltas) de alambreconductor.

Este conjunto de vueltas se llamanbobinas y se denominan:

Bobina primaria o "primario" a aquella que recibe el voltaje de entrada yBobina secundaria o "secundario" a aquella que entrega el voltaje transformado.

La Bobina primaria recibe un voltaje alterno que hará circular, por ella, una corriente alterna.

Esta corriente inducirá un flujo magnético en el núcleo de hierro. Como el bobinado secundario está arrollado sobre el mismo núcleo de hierro, el flujo magnético circulará a través de las espiras de éste.

Al haber un flujo magnético que atraviesa las espiras del "Secundario", se generará por el alambre del secundario un voltaje. En este bobinado secundario habría una corriente si hay una carga conectada (el secundario conectado por ejemplo a un resistor)

La razón de transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el "Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario. En el secundario habrá el triple de voltaje. La fórmula:

Entonces: Vs = Ns x Vp / Np

Un transformador puede ser "elevador o reductor" dependiendo del número de espiras de cada bobinado. Si se supone que el transformador es ideal. (la potencia que se le entrega es igual a la que se obtiene de él, se desprecian las perdidas por calor y otras), entonces:

Potencia de entrada (Pi) = Potencia de salida (Ps). Pi = Ps

Si tenemos los datos de corriente y voltaje de un dispositivo, se puede averiguar su potencia usando la siguiente fórmula.

Potencia = voltaje x corriente

P = V x I (en watts)

Aplicando este concepto altransformador y como

P(bobinado pri) = P(bobinado sec)

entonces...

La única manera de mantener la misma potencia en los dos bobinados es que cuando el voltaje se eleve, la corriente se disminuya en la misma proporción y viceversa. Entonces:

Así, para conocer la corriente en el secundario (Is) cuando tengo:- Ip (la corriente en el primario),- Np (espiras en el primario) y- Ns (espiras en el secundario)se utiliza siguiente fórmula: Is = Np x Ip / Ns

Según sus aplicaciones estos se clasifican en:

Transformador de aislamiento:Suministra aislamiento galvánico entre el alambre primario y el secundario, por lo cual proporciona una alimentación o señal "flotante". Su relación es 1:1.

Transformador de alimentación. Estos poseen uno o varios alambres secundarios y suministran las tensiones necesarias para el funcionamiento del equipo. A veces incorporan fusibles no reemplazables, que apagan su circuito primario en caso de una temperatura excesiva, evitando que éste se queme.

Transformador trifásico. Poseen un trío de bobinados en su primario y un segundo trío en su secundario. Pueden adoptar forma de estrella (Y) o triángulo (?), sus mezclas pueden ser: ?-?, ?-Y, Y-? y Y-Y. A pesar de tener una relación 1:1, al pasar de ? a Y o viceversa, las tensiones se modifican.

Transformador de pulsos: Esta destinado a funcionar en régimen de pulsos debido a su rápida respuesta.

Transformador de línea o flyback: Estos son transformadores de pulsos. Con aplicaciones especiales como televisores con TRC (CRT) para generar la alta tensión y la corriente para las bobinas de deflexión horizontal. Entre otras propiedades, frecuentemente proporciona otras tensiones para el tubo.

Transformador con diodo dividido: Su nombre se debe a que está constituido por varios diodos menores en tamaño, repartidos por el bobinado y conectados en serie, de modo que cada diodo sólo tiene que soportar una tensión inversa relativamente baja. La salida del transformador va directamente al ánodo del tubo, sin diodo ni triplicador.

Transformador de impedancia: Usado como adaptador de antenas y líneas de transmisión, era imprescindible en los amplificadores de válvulas para adaptar la alta impedancia de los tubos a la baja de los altavoces.

Transformador Electrónico: Se caracteriza por ser muy utilizados en la actualidad en aplicaciones como cargadores para celulares. Utiliza un Corrector

de factor de potencia de utilización imprescindible en los circuitos de fuente de alimentaciones conmutadas en lugar de circuitos.

Según su construcción existen diversos tipos como son:

Transformador de grano orientado, Auto transformador. El primario y el secundario constituyen un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se emplea habitualmente para convertir 220V a 125V y viceversa y en otras aplicaciones equivalentes.

Transformador toroidal. Son más voluminosos, pero el flujo magnético se confina en el núcleo, teniendo flujos de dispersión muy reducidos y bajas pérdidas por corrientes de Foucault.

Transformador de grano orientado. El núcleo se conforma por una placa de hierro de grano orientado, que se envuelve en si misma, siempre con la misma dirección, en lugar de las láminas de hierro dulce separadas habituales. Las perdidas son escasas pero es de alto costo. Estos tipos son los más utilizados, pero existen otros diversos modelos según el tipo de aplicación a la cual son destinados.

4.5 Aplicaciones

La mayor parte de las aplicaciones de los resistores LDR se basan en el accionamiento de un relé o d una lámpara. Pueden actuar directamente o por mediación de un amplificador adecuado si se requieren potencias relativamente elevadas. Es importante calcular la disipación máxima que tiene lugar en el resistor LDR. Si se conoce la máxima tensión de alimentación (Vmax) y el valor de la resistencia de carga (R), la disipación máxima en el resistor LDR se produce cuando el valor de su resistencia sea igual a R.

Inductores se utilizan ampliamente en circuitos analógicos y procesamiento de

señales. Inductores, en relación con los condensadores y otros componentes

forman circuitos sintonizados que se puede destacar o filtro de la señal de

frecuencias específicas. Las aplicaciones van desde el uso de inductores de

grandes fuentes de alimentación, que junto con el filtro condensadores eliminar

zumbidos residuales conocida como zumbidos de red o de otras fluctuaciones de

la corriente de salida directa, a la inductancia pequeña de la ferrita o toro instalado

alrededor de un cable evitar interferencias de frecuencias de radio que se

transmiten por el cable. Más pequeño inductor combinaciones de condensador

ofrecen sintonizado circuitos utilizados en la recepción de radio y la radiodifusión,

por ejemplo.

Dos (o más) o inductores que han unido forma un flujo magnético del

transformador , que es un componente fundamental de toda eléctricautilidad de la

red eléctrica. La eficiencia de un transformador puede disminuir a medida que la

frecuencia aumenta debido a las corrientes de Foucault en el material de la base y

el efecto piel de las bobinas. Tamaño de la base se puede disminuir a frecuencias

más altas y, por esta razón, el uso de aviones 400 hertzios de corriente alterna en

lugar de los habituales 50 o 60 hertz, lo que permite un gran ahorro en el peso de

la utilización de pequeños transformadores [1] .

Un inductor se utiliza como dispositivo de almacenamiento de energía en

algunos suministros de energía en modo de conmutación . El inductor es

energizado por una fracción específica de la frecuencia de conmutación del

regulador, y sin tensión durante el resto del ciclo. Esta relación de transferencia de

energía determina la entrada de voltaje a la salida relación tensión. Este L X se

utiliza como complemento de un dispositivo semiconductor activo para mantener la

tensión de control muy preciso.

Los inductores son también empleados en los sistemas de transmisión eléctrica, en el que se utilizan para bajar las tensiones de los rayos y para limitar las corrientes de conmutación y la corriente de falla . El transformador es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de corriente alterna que tiene a su entrada en otro diferente amplitud, que entrega a su salida.

inductores de valor más grandes pueden ser simulados mediante el uso

de girador circuitos.

5 Dispositivos semiconductores

5.1 Diodos rectificadores. Aplicaciones

El diodo semiconductor es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico.

Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.

Símbolo del diodo( A - ánodo, K - cátodo)

Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unión.

Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el diodo de germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.

Principio de operación de un diodo

El semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones)

Cuando una tensión positiva se aplica al lado P y una negativa al lado N, los electrones en el lado N son empujados al lado P y los electrones fluyen a través del material P más allá de los límites del semiconductor.

De igual manera los huecos en el material P son empujados con una tensión negativa al lado del material N y los huecos fluyen a través del material N.

En el caso opuesto, cuando una tensión positiva se aplica al lado N y una negativa al lado P, los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son empujados al lado P. En este caso los electrones en el semiconductor no se mueven y en consecuencia no hay corriente

El diodo se puede hacer trabajar de 2 maneras diferentes:

Polarización directa

Es cuando la corriente que circula por eldiodo sigue la ruta de la flecha (la del diodo), o sea del ánodo al cátodo.

En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad comportándose prácticamente como un corto circuito.

Polarización inversa

Es cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea del cátodo al ánodo.

En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como uncircuito abierto.

Nota: El funcionamiento antes mencionado se refiere al diodo ideal, ésto quiere decir que el diodo se toma como un elemento perfecto (como se hace en casi todos los casos), tanto en polarización directa como en polarización inversa.

Aplicaciones del diodo

Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de la más comunes es el proceso de conversión de corriente alterna (C.A.) a corriente continua (C.C.). En este caso se utiliza el diodo como rectificador

5.2 Diodos Zeners

El diodo zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente.

Recordar que los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa), conducen siempre en el sentido de la flecha.

En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si eldiodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador común.

Cuando el diodo zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales un voltaje constante.

En el gráfico se ve el símbolo de diodo zener (A - ánodo, K - cátodo) y el sentido de la corriente para que funcione en la zona operativa

Se analizará el diodo Zener, no como un elemento ideal, si no como un elemento real y se debe tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso si

existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de muy poco valor.

Curva característicadel diodo Zener

Analizando la curva del diodo zenerse ve que conforme se va aumentando negativamente el voltaje aplicado al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy poco.

Pero una vez que se llega a un determinado voltaje, llamada voltaje o tensión de Zener (Vz), el aumento del voltaje (siempre negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse constante.

Para este voltaje, la corriente que atraviesa el diodo zener, puede variar en un gran rango de valores. A esta región se le llama la zona operativa.

Esta es la característica del diodo zener que se aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues el voltaje se mantiene practicamente constante para una gran variación de corriente. Ver el gráfico.

¿Qué hace un regulador con Zener?

Un regulador con diodo zener ideal mantiene un voltaje predeterminado fijo a su salida, sin importar las variaciones de voltaje en la fuente de alimentación y/o las variaciones de corriente en la carga.

Nota: En las fuentes de voltaje ideales (algunas utilizan, entre otros elementos el diodo zener), el voltaje de salida no varía conforme varía la carga.

Pero las fuentes no son ideales y lo normal es que el voltaje de salida disminuya conforme la carga va aumentado, o sea conforme la demanda de corriente de la carga aumente.

5.3 Leds

Si alguna vez ha visto, unas pequeñas luces de diferentes colores que se encienden y apagan, en algún circuito electrónico, ha visto los diodo LED en funcionamiento.

Símbolo del diodo LED

El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz.

Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre otros.

Eléctricamente el diodo LED se comporta igual que un diodo de silicio o germanio.

Si se pasa una corriente a través del diodo semiconductor, se inyectan electrones y huecos en las regiones P y N, respectivamente.

Dependiendo de la magnitud de la corriente, hay recombinación de los portadores de carga (electrones y huecos). Hay un tipo de recombinaciones que se llaman recombinaciones radiantes (aquí la emisión de luz).

La relación entre las recombinaciones radiantes y el total de recombinaciones depende del material semiconductor utilizado (GaAs, GaAsP,y GaP)

Dependiendo del material de que está hecho el LED, será la emisión de la longitud de onda y por ende el color. Ver la tabla más abajo

Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obtener una buena intensidad luminosa y evitar que este se pueda dañar.

El LED tiene un voltaje de operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por él está entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LEDs.

Los diodos LED tiene enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas.

El diodo LED debe ser protegido. Una pequeña cantidad de corriente en sentido inverso no lo dañará, pero si hay picos inesperados puede dañarse.

Una forma de protegerlo es colocar en paralelo con el diodo LED pero apuntando en sentido opuesto un diodo de silicio común.

Aplicaciones tiene el diodo LED. Se utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situación específica de funcionamiento.

Ejemplos- Se utilizan para desplegar contadores- Para indicar la polaridad de una fuente de alimentación de corriente continua.- Para indicar la actividad de una fuente de alimentación de corriente alterna.- En dispositivos de alarma, etc.

Las desventajas del diodo LED son que su potencia de iluminación es tan baja, que su luz es invisible bajo una fuente de luz brillante y que su ángulo de visibilidad está entre los 30° y 60°. Este último problema se corrige con cubiertas difusoras de luz.

Con los últimos adelantos, en los diodos LED de alta luminosidad, este problema prácticamente ha quedado en el pasado.

5.4 Transistor BJT

El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio.

Existen dos tipos transistores: elNPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor.

El transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el gráfico de transistor.

El transistor bipolar es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará por otra (emisor) , una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación.

Este factor se llama ß (beta) y es un dato propio de cada transistor.

Entonces:- Ic (corriente que pasa por la patilla colector) es igual a ß (factor de amplificación) por Ib (corriente que pasa por la patilla base).- Ic = ß * Ib- Ie (corriente que pasa por la patilla emisor) es del mismo valor que Ic, sólo que, la corriente en un caso entra al transistor y en el otro caso sale de él, o viceversa.

Según la fórmula anterior las corrientes no dependen del voltaje que alimenta el circuito(Vcc), pero en la realidad si lo hace y la corriente Ib cambia ligeramente cuando se cambia Vcc. Ver figura.

En el segundo gráfico las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poder entender que a más corriente la curva es más alta.

Regiones operativas del transistor

- Región de corte: Un transistoresta en corte cuando la corrientede colector = la corriente de emisor = 0, (Ic = Ie = 0)

En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de alimentación del circuito.

Como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje, ver Ley de Ohm. Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib = 0)

- Región de saturación: Un transistor está saturado cuando la corriente de colector = la corriente de emisor = la corriente máxima, (Ic = Ie = I máxima)

En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación del circuito y de losresistores conectados en el colector o el emisor o en ambos, ver L a ley de Ohm.

Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una corriente de colector ß veces más grande. (recordar que Ic = ß * Ib)

- Región activa: Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en la región de corte entonces está en una región intermedia, la región activa.

En esta región la corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de ß (ganancia de corriente de un amplificador, es un dato

del fabricante) y de las resistencias que hayan conectadas en el colector y emisor).

Esta región es la más importante si lo que se desea es utilizar eltransistor como un amplificador.

Configuraciones del transistor bipolar

Hay tres tipos de configuraciones típicas en los amplificadores con transistores, cada una de ellas con características especiales que las hacen mejor para cierto tipo de aplicación. y se dice que el transistor no está conduciendo. Normalmente este caso se presenta cuando no hay corriente de base (Ib = 0)

- Amplificador emisor común- Amplificador colector común- Amplificador base común

Nota: Corriente de colector y corriente de emisor no son exactamente iguales, pero se toman como tal, debido a la pequeña diferencia que existe entre ellas, y que no afectan en casi nada a los circuitos hechos con transistores.

5.5 Amplificadores con BJT

BJT : Transistor bipolar de unión.

Es aquel dispositivo electrónico que está constituido por tres materiales semiconductores extrínseco, de forma PNP o NPN, es decir, porción de material N, seguido de material P, luego otra porción de material N, en el tipo NPN, y de forma análoga en el PNP, pero con los materiales semiconductores inversos. El transistor BJT se conoce también como transistor bipolar, porque la conducción es a través de huecos y electrones.

La zona central se denomina base, las otras dos se denominan colector y emisor. El emisor se construye estrecho y muy dopado, la base es estrecha y menos dopada y el colector es la zona más ancha. Para proteger el material semiconductor, se emplean el encapsulado, que puede ser plástico, de baquelita o metálico. A pesar de la poca disipación de energía que tienen los transistores en determinadas ocasiones es necesario el empleo de disipadores de calor para favorecer la ventilación del transistor.

Polarización del transistor

El transistor sin polarizar se puede considerarse como dos diodos contrapuestos, con una barrera de potencial de 0,7 V para cada diodo. Si se polariza ambos diodos directa o inversamente, se comportarán permitiendo o no el paso de la corriente como se sabe. El efecto de amplificación en el transistor se crea al polarizar directamente la unión base-emisor e inversamente la unión colector-base.

Al estar la unión de emisor polarizada directamente, permite el paso de huecos (Ipe) del emisor a la base, así como de electrones (Ine) que pasan de la base al emisor. La relación entre la corriente de huecos y la corriente de electrones es proporcional a las conductividades de los materiales P y N; en los transistores comerciales el dopado del emisor es mucho mayor, por lo que la corriente en un transistor p-n-p está practicamente constituida por huecos.

La polarización de la unión de colector hace que los huecos que atraviesan la unión de emisor se vean atraídos por el potencial negativo del colector y a la vez repelidos por el potencial positivo de la base, no todos los huecos que cruzan la unión de emisor llegan a la de colector, ya que se produce la recombinación de algunos de ellos en la zona de la base.

Materiales y Equipos

Se utilizaron durante la practica los siguientes equipos y materiales:

Equipos Materiales

Fuente de Voltaje DC

Generador de Señales

Transistor bipolar 123 Ap

Resistencias varias

Osciloscopio

Multimetro

Condensadores varios

Protoboard

Pinzas

Cable

Funcionamiento y Análisis de los Resultados

El amplificador diseñado con el transistor bipolar 2N2222, se comporto de manera excelente, la configuración utilizada para el montaje del amplificador fue la de Divisor de Voltaje.

El amplificador, logro arrojar una ganancia de voltaje de -10, en perfectas condiciones.

Resultados teóricos:

Análisis en Dc

R1= 7K! Rc= 140! C1=C2=C3= 47 f

R2= 4K! Re= 1,5K! = 100

VR2= R2.Vcc/R1+R2 » VR2= 3.63 v

Ib= VR2-Vbe/(R1||R2)+( +1)RE » Ib=19.06167 a

Vce= Vcc- (Ib)(Rc+RE) » Vce= 6.8738 v

Ie= ( +1)ib » Ie= 1.9252 ma

Análisis en AC

re=26 mv/Ie » re=13.504 !

Ib= 1.9061 ma

Zi= (7k!|| 4k!)|| 100(13.504) » Zi= 882.317 !

Av=-Rc/re » Av= -10.367

Resultados Practicos

Vb=3.60 v Ib= 0.72 a

Vc= 0.28 v Ic= 1.926 ma

Ve= 2.95 v Ie= 1.939 ma

Av= -10

Fb= 200 hz fa= 5.3 Mhz

Ab= 5.3 Mhz

5.6 BJT como conmutador

Cuando un transistor se utiliza en un circuito, el comportamiento que éste tenga dependerá de sus curvas caracteristicas.

En el diagrama que se muestra hay varias curvas que representan la función de transferencia de Ic (corriente de colector) contra VCE (voltaje colector – emisor) para varios valores de Ib (corriente de base).

Cuando el transistor se utiliza como amplificador, el punto de operación de éste se ubica sobre una de las líneas de las funciones de transferencia que están en la zona activa. (las líneas están casi horizontales).

Transistor en corte y saturación

Cuando un transistor se utiliza como interruptor o switch, la corriente de base debe tener un valor para lograr que el transistor entre en corte y otro para que entre ensaturación

- Un transistor en corte tiene una corriente de colector (Ic) mínima (prácticamente igual a cero) y un voltaje colector emisor VCE) máximo (casi igual al voltaje de alimentación). Ver la zona amarilla en el gráfico

- Un transistor en saturación tiene una corriente de colector (Ic) máxima y un voltaje colector emisor (VCE) casi nulo (cero voltios). Ver zona en verde en el gráfico

Para lograr que el transistor entre en corte, el valor de la corriente de base debe ser bajo o mejor aún, cero.

Para lograr que el transistor entre ensaturación, el valor de la corriente de base debe calcularse

dependiendo de la carga que se esté operando entre encendido y apagado (funcionamiento de interruptor)

Si se conoce cual es la corriente que necesita la carga para activarse (se supone unbombillo o foco), se tiene el valor de corriente que habrá de conducir el transistor cuando este en saturación y con el valor de la fuente de alimentación del circuito, se puede obtener la recta de carga. Ver gráfico anterior.

Esta recta de carga confirma que para que el transistor funcione en saturación, Ic debe ser máximo y VCE mínimo y para que esté en corte, Ic debe ser el mínimo y VCE el máximo.

Ejemplo de diseño de interruptor o switch con transistor bipolar

Para calcular el valor de Rb (resistencia de base) que se utilizará para que el circuitofuncione como un interruptor (conectar y esconectar un voltajede 12 voltios en A). Ver eldiagrama.

Los datos que tenemos son:

- Voltaje de alimentación = 12 V- Bombillo (foco) 12V, 1.2W- B (beta) mínimo del transistor es: 200

Transistor en saturación

Para obtener Ic se sigue el siguiente procedimiento:

De la fórmula de Potencia: Potenciadel bombillo = P = VxI.

Despejando I se obtiene: I = Ic = P/V = 1.2 watts / 12 voltios = 100 mA

Se escoge el B (beta) menor (200) para asegurar de que el transistor se sature.

La corriente de base es: Ib = Ic/B = 100 mA/200 = 0.5 mA.

Esta es la corriente de base necesaria para que el transistor se sature y encienda el bombillo.

Para calcular Rb se hace una malla en el circuito de la base: 12 V = Rb x Ib – Vbe

Rb = (12–0.7)/Ib = 11.3 V/0.5 mA = 2260 ohmios. Para efectos prácticos Rb = 2.2 Kohms

Nota: Vbe = 0.7 Voltios aproximadamente en un transistorde silicio.

Transistor en corte

Para que el bombillo se apague, basta que la corriente (Ic) que pase a través de él sea cero. Para lograrlo se hace que la corriente de base Ib sea cero (Ic = BxIb), poniendo el voltaje que alimenta el circuito de la base en cero (0 Voltios)

5.7 Transistores de potencia

El funcionamiento y utilización de los transistores de potencia es idéntico al de los transistores normales, teniendo como características especiales las altas tensiones e intensidades que tienen que soportar y, por tanto, las altas potencias a disipar.

Existen tres tipos de transistores de potencia:

bipolar. unipolar o FET (Transistor de Efecto de Campo). IGBT.

Parámetros MOS Bipolar

Impedancia de entrada Alta (1010 ohmios) Media (104 ohmios)

Ganancia en corriente Alta (107) Media (10-100)

Resistencia ON (saturación) Media / alta Baja

Resistencia OFF (corte) Alta Alta

Voltaje aplicable Alto (1000 V) Alto (1200 V)

Máxima temperatura de operación Alta (200ºC) Media (150ºC)

Frecuencia de trabajo Alta (100-500 Khz) Baja (10-80 Khz)

Coste Alto Medio

El IGBT ofrece a los usuarios las ventajas de entrada MOS, más la capacidad de carga en corriente de los transistores bipolares:

Trabaja con tensión. Tiempos de conmutación bajos.

Disipación mucho mayor (como los bipolares).

Nos interesa que el transistor se parezca, lo más posible, a un elemento ideal:

Pequeñas fugas. Alta potencia. Bajos tiempos de respuesta (ton , toff), para conseguir una alta frecuencia de

funcionamiento. Alta concentración de intensidad por unidad de superficie del semiconductor. Que el efecto avalancha se produzca a un valor elevado ( VCE máxima

elevada). Que no se produzcan puntos calientes (grandes di/dt ).

Una limitación importante de todos los dispositivos de potencia y concretamente de los transistores bipolares, es que el paso de bloqueo a conducción y viceversa no se hace instantáneamente, sino que siempre hay un retardo (ton , toff). Las causas fundamentales de estos retardos son las capacidades asociadas a las uniones colector - base y base - emisor y los tiempos de difusión y recombinación de los portadores.

Principios básicos de funcionamiento

La diferencia entre un transistor bipolar y un transistor unipolar o FET es el modo de actuación sobre el terminal de control. En el transistor bipolar hay que inyectar una corriente de base para regular la corriente de colector, mientras que en el FET el control se hace mediante la aplicación de una tensión entre puerta y fuente. Esta diferencia vienen determinada por la estructura interna de ambos dispositivos, que son substancialmente distintas.

Es una característica común, sin embargo, el hecho de que la potencia que consume el terminal de control (base o puerta) es siempre más pequeña que la potencia manejada en los otros dos terminales.

En resumen, destacamos tres cosas fundamentales:

En un transistor bipolar IB controla la magnitud de IC. En un FET, la tensión VGS controla la corriente ID. En ambos casos, con una potencia pequeña puede controlarse otra bastante

mayor.

Tiempos de conmutación

Podremos distinguir entre tiempo de excitación o encendido (ton) y tiempo de apagado (toff). A su vez, cada uno de estos tiempos se puede dividir en otros dos.

Tiempo de retardo (Delay Time, td): Es el tiempo que transcurre desde el instante en que se aplica la señal de entrada en el dispositivo conmutador, hasta que la señal de salida alcanza el 10% de su valor final.

Tiempo de subida (Rise time, tr): Tiempo que emplea la señal de salida en evolucionar entre el 10% y el 90% de su valor final.

Tiempo de almacenamiento (Storage time, ts): Tiempo que transcurre desde que se quita la excitación de entrada y el instante en que la señal de salida baja al 90% de su valor final.

Tiempo de caída (Fall time, tf): Tiempo que emplea la señal de salida en evolucionar entre el 90% y el 10% de su valor final.

Por tanto, se pueden definir las siguientes relaciones :

Es de hacer notar el hecho de que el tiempo de apagado (toff) será siempre mayor que el tiempo de encendido (ton).

Los tiempos de encendido (ton) y apagado (toff) limitan la frecuencia máxima a la cual puede conmutar el transistor:

Otros parámetros importantes

Corriente media: es el valor medio de la corriente que puede circular por un terminal (ej. ICAV, corriente media por el colector).

Corriente máxima: es la máxima corriente admisible de colector (ICM) o de drenador (IDM). Con este valor se determina la máxima disipación de potencia del dispositivo.

VCBO: tensión entre los terminales colector y base cuando el emisor está en circuito abierto. VEBO: tensión entre los terminales emisor y base con el colector en circuito abierto.

Tensión máxima: es la máxima tensión aplicable entre dos terminales del dispositivo (colector y emisor con la base abierta en los bipolares, drenador y fuente en los FET).

Estado de saturación: queda determinado por una caída de tensión prácticamente constante. VCEsat entre colector y emisor en el bipolar y resistencia de conducción RDSon en el FET. Este valor, junto con el de corriente máxima, determina la potencia máxima de disipación en saturación.

Relación corriente de salida - control de entrada: hFE para el transistor bipolar (ganancia estática de corriente) y gds para el FET (transconductancia en directa).

Modos de trabajo

Existen cuatro condiciones de polarización posibles. Dependiendo del sentido o signo de los voltajes de polarización en cada una de las uniones del transistor pueden ser :

Región activa directa: Corresponde a una polarización directa de la unión emisor - base y a una polarización inversa de la unión colector - base. Esta es la región de operación normal del transistor para amplificación.

Región activa inversa: Corresponde a una polarización inversa de la unión emisor - base y a una polarización directa de la unión colector - base. Esta región es usada raramente.

Región de corte: Corresponde a una polarización inversa de ambas uniones. La operación en ésta región corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo apagado, pues el transistor actúa como un interruptor abierto (IC 0).

Región de saturación: Corresponde a una polarización directa de ambas uniones. La operación en esta región corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo encendido, pues el transistor actúa como un interruptor cerrado (VCE 0).

Avalancha secundaria. Curvas SOA.

Si se sobrepasa la máxima tensión permitida entre colector y base con el emisor abierto (VCBO), o la tensión máxima permitida entre colector y emisor con la base abierta (VCEO), la unión colector - base polarizada en inverso entra en un proceso de ruptura similar al de cualquier diodo, denominado avalancha primaria.

Sin embargo, puede darse un caso de avalancha cuando estemos trabajando con tensiones por debajo de los límites anteriores debido a la aparición de puntos calientes (focalización de la intensidad de base), que se produce cuando tenemos polarizada la unión base - emisor en directo. En efecto, con dicha polarización se crea un campo magnético transversal en la zona de base que reduce el paso de portadores minoritarios a una pequeña zona del dispositivo (anillo circular).La densidad de potencia que se concentra en dicha zona es proporcional al grado de polarización de la base, a la corriente de colector y a la VCE, y alcanzando cierto valor, se produce en los puntos calientes un fenómeno degenerativo con el consiguiente aumento de las pérdidas y de la temperatura. A este fenómeno, con

efectos catastróficos en la mayor parte de los casos, se le conoce con el nombre de avalancha secundaria (o también segunda ruptura).

El efecto que produce la avalancha secundaria sobre las curvas de salida del transistor es producir unos codos bruscos que desvían la curva de la situación prevista (ver gráfica anterior).

El transistor puede funcionar por encima de la zona límite de la avalancha secundaria durante cortos intervalos de tiempo sin que se destruya. Para ello el fabricante suministra unas curvas límites en la zona activa con los tiempos límites de trabajo, conocidas como curvas FBSOA.

Podemos ver como existe una curva para corriente continua y una serie de curvas para corriente pulsante, cada una de las cuales es para un ciclo concreto.

Todo lo descrito anteriormente se produce para el ton del dispositivo. Durante el toff, con polarización inversa de la unión base - emisor se produce la focalización de la corriente en el centro de la pastilla de Si, en un área más pequeña que en polarización directa, por lo que la avalancha puede producirse con niveles más bajos de energía. Los límites de IC y VCE durante el toff vienen reflejado en las curvas RBSOA dadas por el fabricante.

Efecto producido por carga inductiva. Protecciones

Las cargas inductivas someten a los transistores a las condiciones de trabajo más desfavorables dentro de la zona activa.

En el diagrama superior se han representado los diferentes puntos idealizados de funcionamiento del transistor en corte y saturación. Para una carga resistiva, el transistor pasará de corte a saturación. Para una carga resistiva, el transistor pasará de corte a saturación por la recta que va desde A hasta C, y de saturación a corte desde C a A. Sin embargo, con una carga inductiva como en el circuito anterior el transistor pasa a saturación recorriendo la curva ABC, mientras que el paso a corte lo hace por el tramo CDA. Puede verse que este último paso lo hace después de una profunda incursión en la zona activa que podría fácilmente sobrepasar el límite de avalancha secundaria, con valor VCE muy superior al valor de la fuente (Vcc).

Para proteger al transistor y evitar su degradación se utilizan en la práctica varios circuitos, que se muestran a continuación :

a) Diodo Zéner en paralelo con el transistor (la tensión nominal zéner ha de ser superior a la tensión de la fuente Vcc).

b) Diodo en antiparalelo con la carga RL.

c) Red RC polarizada en paralelo con el transistor (red snubber).

Las dos primeras limitan la tensión en el transistor durante el paso de saturación a corte, proporcionando a través de los diodos un camino para la circulación de la intensidad inductiva de la carga.

En la tercera protección, al cortarse el transistor la intensidad inductiva sigue pasando por el diodo y por el condensador CS, el cual tiende a cargarse a una tensión Vcc. Diseñando adecuadamente la red RC se consigue que la tensión en el transistor durante la conmutación sea inferior a la de la fuente, alejándose su funcionamiento de los límites por disipación y por avalancha secundaria. Cuando el transistor pasa a saturación el condensador se descarga a través de RS.

El efecto producido al incorporar la red snubber es la que se puede apreciar en la figura adjunta, donde vemos que con esta red, el paso de saturación (punto A) a corte (punto B) se produce de forma más directa y sin alcanzar valores de VCE superiores a la fuente Vcc.

Para el cálculo de CS podemos suponer, despreciando las pérdidas, que la energía almacenada en la bobina L antes del bloqueo debe haberse transferido a CS cuando la intensidad de colector se anule. Por tanto :

de donde :

Para calcular el valor de RS hemos de tener en cuenta que el condensador ha de estar descargado totalmente en el siguiente proceso de bloqueo, por lo que la constante de tiempo de RS y CS ha de ser menor (por ejemplo una quinta parte) que el tiempo que permanece en saturación el transistor :

Cálculo de potencias disipadas en conmutación con carga resistiva

La gráfica superior muestra las señales idealizadas de los tiempos de conmutación (ton y toff) para el caso de una carga resistiva.

Supongamos el momento origen en el comienzo del tiempo de subida (tr) de la corriente de colector. En estas condiciones (0 t tr) tendremos :

donde IC más vale :

También tenemos que la tensión colector - emisor viene dada como :

Sustituyendo, tendremos que :

Nosotros asumiremos que la VCE en saturación es despreciable en comparación con Vcc.

Así, la potencia instantánea por el transistor durante este intervalo viene dada por :

La energía, Wr, disipada en el transistor durante el tiempo de subida está dada por la integral de la potencia durante el intervalo del tiempo de caída, con el resultado:

De forma similar, la energía (Wf) disipada en el transistor durante el tiempo de caída, viene dado como:

La potencia media resultante dependerá de la frecuencia con que se efectúe la conmutación:

Un último paso es considerar tr despreciable frente a tf, con lo que no cometeríamos un error apreciable si finalmente dejamos la potencia media, tras sustituir, como:

Cálculo de potencias disipadas en conmutación con carga inductiva

Arriba podemos ver la gráfica de la iC(t), VCE(t) y p(t) para carga inductiva. La energía perdida durante en ton viene dada por la ecuación:

Durante el tiempo de conducción (t5) la energía perdida es despreciable, puesto que VCE es de un valor ínfimo durante este tramo.

Durante el toff, la energía de pérdidas en el transistor vendrá dada por la ecuación:

La potencia media de pérdidas durante la conmutación será por tanto:

Si lo que queremos es la potencia media total disipada por el transistor en todo el periodo debemos multiplicar la frecuencia con la sumatoria de pérdidas a lo largo del periodo (conmutación + conducción). La energía de pérdidas en conducción viene como:

Ataque y protección del transistor de potencia

Como hemos visto anteriormente, los tiempos de conmutación limitan el funcionamiento del transistor, por lo que nos interesaría reducir su efecto en la medida de lo posible.

Los tiempos de conmutación pueden ser reducidos mediante una modificación en la señal de base, tal y como se muestra en la figura anterior.

Puede verse como el semiciclo positivo está formado por un tramo de mayor amplitud que ayude al transistor a pasar a saturación (y por tanto reduce el ton) y uno de amplitud suficiente para mantener saturado el transistor (de este modo la potencia disipada no será excesiva y el tiempo de almacenamiento no aumentará). El otro semiciclo comienza con un valor negativo que disminuye el toff, y una vez que el transistor está en corte, se hace cero para evitar pérdidas de potencia.

En consecuencia, si queremos que un transistor que actúa en conmutación lo haga lo más rápidamente posible y con menores pérdidas, lo ideal sería atacar la base del dispositivo con una señal como el de la figura anterior. Para esto se puede emplear el circuito de la figura siguiente.

En estas condiciones, la intensidad de base aplicada tendrá la forma indicada a continuación:

Durante el semiperiodo t1, la tensión de entrada (Ve) se mantiene a un valor Ve (máx). En estas condiciones la VBE es de unos 0.7 v y el condensador C se carga a una tensión VC de valor:

debido a que las resistencias R1 y R2 actúan como un divisor de tensión.

La cte. de tiempo con que se cargará el condensador será aproximadamente de:

Con el condensador ya cargado a VC, la intensidad de base se estabiliza a un valor IB que vale:

En el instante en que la tensión de entrada pasa a valer -Ve(min), tenemos el condensador cargado a VC, y la VBE=0.7 v. Ambos valores se suman a la tensión de entrada, lo que produce el pico negativo de intensidad IB (mín):

A partir de ese instante el condensador se descarga a través de R2 con una constante de tiempo de valor R2C.

Para que todo lo anterior sea realmente efectivo, debe cumplirse que:

con esto nos aseguramos que el condensador está cargado cuando apliquemos la señal negativa. Así, obtendremos finalmente una frecuencia máxima de funcionamiento :

Un circuito más serio es el de Control Antisaturación:

El tiempo de saturación (tS)será proporcional a la intensidad de base, y mediante una suave saturación lograremos reducir tS :

Inicialmente tenemos que:

En estas condiciones conduce D2, con lo que la intensidad de colector pasa a tener un valor:

Si imponemos como condición que la tensión de codo del diodo D1 se mayor que la del diodo D2, obtendremos que IC sea mayor que IL:

5.8 Transistores de R.F.

Freescale Semiconductor presenta dos transistores de potencia RF LDMOS que son inherentemente de banda ancha para ofrecer un rendimiento nominal sobre bandas de frecuencias de ambos (1880MHz a 1920MHz y 2010MHz a 2025MHz) asignados para la operación de TD-SCDMA, que permite que un solo dispositivo para servir a ambas bandas.Los transistores de potencia de RF están optimizados para los amplificadores de potencia en las estaciones de baja de la porción de TD-SCDMA de redes inalámbricas. El transistor MRF8P20160HSR3 y el dispositivo MRF8P20100HSR3 son fabricados utilizando la última de Freescale alto voltaje Octava Generación de la tecnología LDMOS. Ambos dispositivos son inherentemente de banda ancha, para que puedan ofrecer un rendimiento nominal sobre bandas de frecuencias de ambos (1880MHz a 1920MHz y 2010MHz a 2025MHz) asignados para la operación de TD-SCDMA, que permite que un solo dispositivo para servir a ambas bandas.Los amplificadores en las estaciones de base de TD-SCDMA emplean la arquitectura Doherty, que consta de dos amplificadores que juntos acomodar la mayoría de las condiciones de funcionamiento.Esto normalmente requiere separar los transistores de potencia de RF en el carro y los caminos de pico de la fase final de la potencia del amplificador . Sin embargo, los transistores de Freescale LDMOS son de "doble vía" diseños en los que ambos amplificadores necesarios para implementar un amplificador de Doherty última etapa se integran en un solo paquete. Esto reduce el número requerido de los dispositivos a la mitad. Estos beneficios, junto con una alta ganancia y eficiencia y bajo consumo de energía, permita que los amplificadores de TD-SCDMA a ser fabricado a bajo costo, con pocos componentes y una menor complejidad.

5.9 SCR

El SCR (Rectificador controlado de silicio) es un dispositivosemiconductor de 4 capas que funciona como un conmutador casi ideal.

El símbolo y estructura del SCRson:

Analizando los diagramas: A = ánodo, G = compuerta o Gate y C = K = cátodo

Funcionamiento básico del SCR

El siguiente gráfico muestra un circuito equivalente del SCR para comprender su funcionamiento.

Al aplicarse una corriente IG al terminal G (base de Q2 y colector de Q1), se producen dos corrientes: IC2 = IB1.

IB1 es la corriente base del transistor Q1 y causa que exista una corriente de colector de Q1 (IC1) que a su vez alimenta la base del transistor Q2 (IB2), este a su vez causa más corriente en IC2, que es lo mismos que IB1 en la base de Q1, y......

Este proceso regenerativo se repite hasta saturar Q1 y Q2 causando el encendido del SCR.

Los parámetros del SCR son:

- VRDM: Máximo voljaje inverso de cebado (VG = 0)- VFOM: Máximo voltaje directo sin cebado (VG = 0)- IF: Máxima corriente directa permitida.- PG: Máxima disipación de potenciaentre compuerta y cátodo.- VGT-IGT: Máximo voltaje o corriente requerida en la compuerta (G) para el cebado- IH: Mínima corriente de ánodo requerida para mantener cebado elSCR- dv/dt: Máxima variación de voltaje sin producir cebado.- di/dt: Máxima variación de corriente aceptada antes de destruir el SCR.

Nota: dv/dt, di/dt: Ver parámetros del SCR en SCR en corriente continua

Curva característica del SCR

En la figura inferior de muestra la dependencia entre el voltaje de conmutación y la corriente de compuerta.

Cuando el SCR está polarizado en inversa se comporta como un diodocomún (ver la corriente de fuga característica que se muestra en el gráfico).

En la región de polarización endirecto el SCR se comporta también como un diodo común, siempre que el SCR ya haya sido activado (On). Ver los puntos D y E.

Para valores altos de corriente de compuerta (IG) (ver punto C), el voltaje de ánodo a cátodo es menor (VC).

Si la IG disminuye, el voltaje ánodo-cátodo aumenta. (ver el punto B y A, y el voltaje anodo-cátodo VB y VA).

Concluyendo, al disminuir la corriente de compuerta IG, el voltaje ánodo-cátodo tenderá a aumentar antes de que el SCR conduzca (se ponga en On / esté activo)

5.10 Triac

El Triac es un dispositivosemiconductor que pertenece a la familia de los dispositivos de controltiristores.

El triac es en esencia la conexión de dos tiristores en paralelo pero conectados en sentido opuesto y compartiendo la misma compuerta.

El triac sólo se utiliza en corriente alterna y al igual que el tiristor, se dispara por la compuerta. Como el triac funciona en corriente alterna, habrá una parte de la onda que será positiva y otra negativa.

La parte positiva de la onda (semiciclo positivo) pasará por el triac siempre y cuando haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de arriba hacia abajo (pasará por el tiristor que apunta hacia abajo), de igual manera:

La parte negativa de la onda (semiciclo negativo) pasará por el triac siempre y cuando haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de abajo hacia arriba (pasará por el tiristor que apunta hacia arriba)

Para ambos semiciclos la señal de disparo se obtiene de la misma patilla (la puerta o compuerta).

Lo interesante es, que se puede controlar el momento de disparo de esta patilla y así, controlar el tiempo que cada tiristor estará enconducción.

Recordar que un tiristor sólo conduce cuando ha sido disparada (activada) la compuerta y entre sus terminales hay un voltaje positivo de un valor mínimo para cadatiristor)

Entonces, si se controla el tiempo que cada tiristor está enconducción, se puede controlar la corriente que se entrega a una carga y por consiguiente la potenciaque consume.

Ejemplo: Una aplicación muy común es el atenuador luminoso de lámparas incandescentes (circuito de control de fase).

Donde:- Ven: Voltaje aplicado al circuito (A.C.)- L: lámpara- P: potenciómetro- C: condensador (capacitor)- R: Resistor- T: Triac- A2: Anodo 2 del Triac- A3: Anodo 3 del Triac- G: Gate, puerta o compuerta del Triac

El triac controla el paso de la corriente alterna a la lámpara (carga), pasando continuamente entre los estados de conducción (cuando la corriente circula por el triac) y el de corte (cuando la corriente no circula)

Si se varía el potenciómetro, se varía el tiempo de carga de un capacitor causando que se incremente o reduzca la diferencia de fase de la tensión de alimentación y la que se aplica a la compuerta

Notas:- La diferencia de fase o la fase entre dos señales u ondas se define como el ángulo (diferencia de tiempo) que existe entre los dos orígenes de las mismas.- En este documento se utiliza el termino tiristor como sinónimo de SCR.

6 Amplificadores operacionales

6.1 Introducción y características

Los primeros años del amplificador operacional no fueron los de un circuito integrado de 8 patitas. Esteamplificador operacional era un tubo al vacío.

El Sr. George Philbrick, que trabajaba en los Huntington Engeneering Labs, y a quien se le atribuye su invención, lo introdujo al mercado en el año 1948.

La idea principal de estos "operacionales" originales era la de ser utilizados en computadoras analógicas, para sumar, restar, multiplicar y realizar operaciones más complejas.

Fue la empresa Fairchild la que en los años 1964 y 1967 introdujo al mercado los conocidos Amplificadoresoperacionales 702, 709 y 741. Y la National Semicoductor hizo lo mismo con el 101/301.

Estos circuitos integrados son muy versátiles, de bajo precio, tamaño pequeño, con excelentes características y redujeron el diseño de un amplificador a la adición de unos resistores.

Con el paso de los años y la mejora en la tecnología de fabricación, los amplificadores operacionalesmejoraron notablemente. En su configuración interna se reemplazaron unos transistores bipolares portransistores de efecto de campo (JFET).

Estos amplificadores JFET están a las entradas del amplificador operacional incrementándose así laimpedancia de entrada de este. El operacional puede ahora amplificar señales que pueden tener la amplitud de la fuente que los alimenta y tomar muy poca corriente de la señal de entrada. Los transistores MOS (semiconductor de oxido metálico) se pusieron en los circuitos de salida.

El primer amplificador (BIFET) con transistores de efecto de campo fue en LF356. El amplificador operacional BIMOS como el CA3130 tiene entradas bipolares y salida MOS (de allí viene el nombre). Estos últimosamplificadores son mas rápidos y tiene unas respuesta mejor a las altas frecuencias que el conocido 741.

Hay versiones de varios operacionales en un solo integrado como el LM358 con 2 y el LM324 con 4amplificadores operacionales juntos.

En algún momento se tuvo que especializar el amplificador de propósito general que hasta ahora se había utilizado y salieron al mercado una gran variedad del original:

- Capacidad de alta corriente, alto voltaje o ambos- Amplificadores múltiples- Amplificadores de ganancia programable- Amplificadores de instrumentación y control automotriz- Circuitos integrados para comunicaciones- Circuitos integrados para radio / audio / video

Los amplificadores operacionales de propósito general no dejarán de usarse debido a su gran demanda e infinidad de posible aplicaciones, pero los amplificadores operacionales de propósito específico como los de la lista anterior seguirán aumentando con el avance de la tecnología.

6.2 Amplificadores con retroalimentación

Para poder controlar la ganancia de tensión que tiene un amplificador operacional, se le provee de una realimentación negativa, que hará que este circuito sea mucho más estable. La ganancia es dada por la siguiente fórmula: AV = - Vo / Vin.

El signo menos indica que la señal en la salida será la opuesta a la entrada (sale invertida, una tensión positiva aplicada a la entrada produce una tensión negativa a la salida).

El valor de la ganancia está dada por: AV = - R2 / R1

Si se modifican los valores de R2 y R1, se modifica la ganancia.

Ejemplo:Si R2 = 500 Kohmios y R1 = 10 Kohmios, entoncesAV = - Vo / Vin = - R2 / R1 = - 500 / 10 = - 50.

La ganancia será de 50 y la señal a la salida estará invertida (signo menos)

6.3 Amplificador inversor

Si al amplificador con ganancia de 50 mencionado en el párrafo anterior, se la aplica una señal de 0.1 voltios = 100 mV (milivoltios) en la entrada, la salida será:

Vo = - Av x Vin = - 50 x 0.1V. = - 5 V.

La entrada positiva y salida la salida está ampliada e invertida (negativa).

El amplificador inversor amplifica e invierte (ver el signo menos) una señal de corriente alterna. En este caso la señal alterna de entrada sale amplificada en la salida, pero también desfasada 180° (invertida).

La ganancia de tensión se obtiene con la fórmula:

AV = -Vsal/Vent y AV = -R2/R1

Si Vent = 0.1 V = 100 mV y Vsal = -10 V, entonces AV = -10 / 0.1 = -100.

Las magnitudes de la señales alternas se pueden medir en tensiónpico, pico-pico o RMS.

Respuesta de frecuencia

El amplificador operacional no amplifica de la misma manera para todo el rango de frecuencias. Conforme la frecuencia de la señal a amplificar aumenta, la capacidad del Amplificador Operacional para amplificar disminuye.

Hay una frecuencia en particular para la cual la ganancia de tensión ha disminuido al 70.7 % de la ganancia a frecuencias medias. (la ganancia a disminuido en 3 dB. (decibeles))

Esta es la frecuencia de corte y nos indica el límite superior del ancho de banda (BW) de este Op. Amp.

Saturación

Si se aumenta la señal de entrada en amplificador operacional, aumentará también la salida. Pero hay un límite máximo al que puede llegar la salida (aproximadamente entre 1.5 y 2 voltios menos que la tensión entregada por las fuentes de alimentación). Después de esta tensión, aunque aumentemos la entrada la salida no aumentará

Entonces hay una señal de entrada máxima que hará que la señal de salida llegue también a su máximo. (máximo permitido por la fuente). Si señal de entrada es mayor a ésta se produce la saturación y la tensión de salida será recortada en los picos negativos y positivos. Ver figura.

Tierra virtual

Cuando un amplificador operacional no está saturado, trabaja en condiciones normales.

Así la diferencia de tensión entre la entrada inversora y tierra es casi 0 voltios. Entonces se dice que la entrada inversora es una tierra virtual.

Si el amplificador entra en saturación, lo anterior ya no es cierto, pues aparece una tensión entre la entrada inversora y tierra.

6.4 Amplificador no inversor

En este caso la señal a amplificar se aplica al pin no inversor (+) del amplificador operacional. Como el nombre lo indica, la señal de salida no está invertida respecto a la entrada

Del gráfico se ve que la tensión en R1 es igual a VR1 = [R1 / (R1 + R2)] x Vsal (por división de tensión)

En operación normal la tensión entre las entradas (inversora y no inversora) es prácticamente cero, lo que significa que la entrada Ven es igual a VR1. Entonces con Ven = VR1, y con la formula anterior

Ven = [R1 / (R1 + R2)] x Vsal.

Despejando para Vsal / Vent (ganancia de tensión)

AV = Vsal / Ven = (R1 + R2 ) / R1 = R1 / R1 + R2 / R1entonces AV = 1 + R2 / R1

De la anterior fórmula se deduce que la ganancia de tensión en este tipo de amplificador será de 1 o mayor.

Impedancia de entrada

La impedancia de entrada del amplificador no inversor es mucho mayor que la del amplificador inversor. Se puede obtener este valor experimentalmente colocando en la entrada no inversora una resistencia R de valor conocido. Ver el siguiente gráfico

En los terminales de la resistencia R habrá una caída de tensión debido al flujo de una corriente por ella que sale de la fuente de señal y entra en elamplificador operacional. Esta corriente se puede obtener con la ayuda de la ley de ohm: I = VR / R, donde VR = Ven - V(+)

Para obtener la impedancia de entrada se utiliza la siguiente fórmula (ley de Ohm):

Zin = V+ / I

Donde- V(+): es la tensión en el terminal de entrada no inversor del amplificador operacional- I : es la corriente anteriormente obtenida

Impedancia de salida

La impedancia de salida se puede obtener, como la impedancia de entrada, experimentalmente.

1 - Se mide la tensión en la salida del amplificador operacional sin carga Vca. (Al no haber carga, no hay corriente y por lo tanto, no hay caída de tensión en Zo.) 2 - Se coloca después en la salida un resistor de valor conocido RL. 3 - Se mide la tensión en la carga (tensión nominal) = VRL 4 - Se obtiene la corriente por la carga con al ayuda de la ley de ohm: I = VRL / RL 5 - Para obtener la impedancia de salida Zo se utiliza la siguiente formula:

Zo = [VCA - VRL] / I

Donde:- Zo = impedancia de salida- VCA = tensión de salida del operacional sin carga- RL = resistencia de carga- VRL = tensión de salida del amplificador operacional con carga- I = corriente en la carga

6.5 Seguidor de voltaje

El circuito del amplificador operacional en la configuración de seguidor de voltaje, se consigue por medio de la aplicación de un corto circuito entre las terminales de salida (Vo) y la entrada inversora

V(-). La señal se debe aplicar a la terminal V(+). A continuación se muestra la configuración de este circuito:

Ahora se muestra el modelo a señal del seguidor de voltaje, con la topología de comparación de voltaje y muestreo en voltaje:

Podemos aplicar el método de fracciones en la parte final del circuito, pues únicamente tenemos una fuente dependiente:

(1)

En el siguiente circuito:

Dado que la resistencia de 47M es grande, podemos asumir que ib1=ib2, por lo que obtenemos la siguiente ecuación:

(2)

En el siguiente circuito:

Dado que hemos asumido ib1=ib2, se obtiene la siguiente relación:

(3)

Para resolver, sustituimos (3) en (1) y obtenemos:

(4)

Sustituyendo (4) en (2):

Esta relación es la que se esperaba, pues como la configuración del amplificador operacional es la de seguidor de voltaje, la ganancia debe ser 1 para que la salida sea idéntica a la entrada.

6.6 Amplificador suma y diferenciaSumador inversor

Amplificador sumador de n entradas

La salida está invertida Para resistencias independientes R1, R2,… Rn

o V_out=-R_f(\fracV_1R_1+\fracV_2R_2+…+\fracV_nR_n)

La expresión se simplifica bastante si se usan resistencias del mismo valor Impedancias de entrada: Zn = Rn

Restador

Amplificador diferenciador

Para resistencias independientes R1,R2,R3,R4:

o V_out = V_2 \left( \left( R_3 + R_1 \right) R_4 \over \left( R_4 + R_2 \right) R_1 \right) - V_1 \left( R_3 \over R_1 \right)

Igual que antes esta expresión puede simplificarse con resistencias iguales La impedancia

diferencial entre dos entradas es Zin = R1 + R2

6.7 Diferenciador e integrador

Los Amplificadores Operacionales y otros circuitos analógicos, suelen basarse en:

1 - Los amplificadores diferenciales2 - Etapas de ganancia implementados por amplificadoresintermedios acoplados en corriente continua y...3 - Una etapa de salida tipo push-pull (etapa clase B en contrafase)

Ver el siguiente gráfico, donde se muesta el diagrama de bloques con la configuración interna de un amplificador operacional.

Principio de funcionamiento del Amplificador diferencial

Analizar el gráfico de la derecha.

El amplificador diferencial básico tiene 2 entradas V1 y V2.

Si la tensión de V1 aumenta, la corriente del emisor del transistor Q1 aumenta (acordarse que IE = BxIB), causando una caida de tensión en Re.

Si la tensión de V2 se mantiene constante, la tensión entre base y emisor del transistor Q2 disminuye, reduciéndose también la corriente de emisor del mismo transistor.

Esto causa que la tensión de colector de Q2 (Vout+) aumente.

La entrada V1 es la entrada no inversora de un amplificador operacional

Del mismo modo cuando la tensión en V2 aumenta, también aumenta la la corriente de colector del transistor Q2, causando que la tensión de colector del mismo transistor disminuya. (Vout+) disminuye.

La entrada V2 es la entrada inversora del amplificadoroperacional

Si el valor de la resistencia RE fuera muy grande, obligaría a la suma de las corrientes de emisor de los transistor Q1 y Q2, a mantenerse constante, comportándose como una fuente de corriente

Entonces, al aumentar la corriente de colector de un transistor, disminuirá la corriente de colector del otro transistor.

Por eso cuando la tensión V1 crece, la tensión en V2 decrece.

Área bajo la curva

Un circuito integrador realiza un proceso de suma llamado "integración". La tensión de salida del circuito integrador es proporcional al área bajo la curva de entrada (onda de entrada), para cualquier instante.

Integrador con un amplificadoroperacional

En el primer gráfico (izquierda) se puede ver una señal de entrada (línea recta) de 3 voltios que se mantiene continuo con el pasar del tiempo.

En el segundo gráfico (derecha) se muestra que el área bajo la curva en un momento cualquiera es igual al valor de la entrada multiplicado por el tiempo. Vsal = Vent x t

Onda de entrada y de salida del integrador con amplificador operacional

Por ejemplo:al terminar el primer segundo, el área bajo la curva es Vent x t = 3 x 1 = 3al terminar el siguiente segundo, el área bajo la curva es Vent x t = 3 x 2 = 6al terminar el tercer segundo, el área bajo la curva es Vent x t = 3 x 3 = 9al terminar el cuarto segundo, el área bajo la curva es Vent x t = 3 x 4 = 12

Dando los valores de resistor R = 1 MΩ y capacitor C = 1 uF al primer gráfico, el valor de la tensión de salida es: Vsal = - (1/RC) x Vent x t.

La ganancia de este amplificador en este caso es:

-1 / (1 x 106 x 1 x 10-6) = -1

El signo negativo se debe a que elamplificador operacional está configurado como amplificadorinversor

Así:Al terminar el primer segundo,Vsal = - Vent x t = - 3 x 1 = - 3Al terminar el siguiente segundo,Vsal = - Vent x t = - 3 x 2 = - 6Al terminar el tercer segundo, Vsal = Vent x t = - 3 x 3 = - 9Al terminar el cuarto segundo, Vsal =Vent x t = - 3 x 4 = - 12

Esta tensión de salida no crece indefinidamente (en sentido negativo).Hay un momento, como se puede ver el último gráfico en que ésta línea se mantiene a un valor constante. Esto sucede cuando el amplificador llega a su tensión de saturación.

7.- Fuentes de CD y osciladores de CI

7.1 Fuentes reguladasUna fuente regulada de tensión utiliza una realimentación negativa que detecta de un modo instantáneo las variaciones de tensión de salida, actuando como control que las corrige automáticamente.La regulación puede ser en serie o en paralelo.

REGULACION SERIE

Una fracción de la tensión de salida, m Vs, es comparada con una tensión de referencia VR. La diferencia de las dos es amplificada por el amplificador de error y aplicada al control.

Si VR = m Vs => El control no actúa. Si VR < m Vs => El control debe conducir menos para disminuir la tensión a

la salida. Si VR > m Vs => El control debe conducir más para aumentar la tensión a la

salida.

REGULACION SERIE

REGULACION EN PARALELO

En este montaje, el control trabaja en corriente (en la regulación serie lo hace en tensión), siendo RS la encargada de producir la caida de tensión necesaria.

El comparador compara una fracción de la tensión de salida, m Vs, con una tensión de referencia, VR. La diferencia entre estas dos es amplificada por el amplificador de error y aplicada al control.

Si VR = m Vs => El control no actúa. Si VR > m Vs => El control debe conducir menos, para, al drenar

menos corriente por RS, disminuir la caída de tensión en ésta y aumentar la de salida.

Si VR < m Vs => El control debe conducir más para, al drenar más corriente por Rs, aumentar la caída en ésta y disminuir la salida.

REGULACION EN PARALELO

7.2 Fuentes no reguladas

EL TRANSFORMADOR DE ENTRADA

El transformador de entrada es usualmente un transformador reductor. En este tipo de transformador, el voltaje se reduce y la corriente se eleva. Una forma de no olvidar esto es recordar que la potencia de salida es igual a la potencia de entrada en un transformador sin pérdidas.

EL RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA

El rectificador de media onda tiene un diodo en serie con un resistor de carga. El voltaje en la carga es la mitad de una onda sinusoidal rectificada con unvalor pico aproximadamente igual al voltaje secundario pico. El voltaje de carga promedio o de cd cd igual al 31.8 % del voltaje de carga pico.

EL RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

El rectificador de onda completa tiene un transformador con conexión al centro, con dos diodos y un resistor de carga. El voltaje de la carga es una onda sinusoidal completa rectificada con un valor pico aproximadamente igual a la mitad del voltaje secundario pico. El voltaje de carga promedio o de cd es igual al 63.6 % del voltaje de carga pico. La frecuencia de rizo es igual al doble de la frecuencia de entrada.

RECTIFICADOR DE PUENTE

El Rectificador de puente tiene cuatro diodos. El voltaje de carga es una onda sinusoidal rectificada completa con un valor pico aproximadamente igual al voltaje secundario pico. El voltaje de carga promedio o de cd es igual al 63.6 % del voltaje de carga pico. La frecuencia de rizo es el doble de la frecuencia de línea.

FILTRO CON CAPACITOR A LA ENTRADA

Este es un capacitor conectado entre los extremos del resistor de carga. La idea es la de cargar el capacitor al voltaje pico y dejar que suministre corriente a la

carga cuando los diodos no estén conduciendo. Con un capacitor grande, el rizo es pequeño y el voltaje de carga es casi un voltaje de cd puro.

Equipo y materiales

O : Osciloscopio

V : Voltímetro

A : Amperímetro

P : Puente de diodos 1A

D : Diodos de Silicio (2) 1N4002

C : Condensadores 22(F/50V, 47(F/50V, 100(F/ 16V, 470(F/ 16V,

RL : 220(, 1K(, 4.7K(

Procedimientos

1.- Se Calibró el Osciloscopio y luego se instaló el circuito de la Fig. 1

Si 1 VPP = 29 mm, entonces 600 mm = 20.68 VPP (voltaje de entrada)

Voltaje de Entrada

La medición de voltaje alterno fue de 20.68 VPP y nos dio una forma de onda sinusoidal tal como se muestra en la siguiente figura:

RL=1K(

Voltaje de Salida

La forma de onda de salida es la que se muestra:

2.- Circuito de la Fig. 2

La forma de onda de la salida es la siguiente:

RL=1K(

3.- Circuito de la Fig. 3

La forma de onda de la salida es la siguiente:

RL=1K(

4.- Circuito de la Fig. 4

La forma de onda de la salida es la siguiente:

De los resultados se construyó la siguiente tabla:

7.3 Oscilador 555 y sus variantes

El temporizador 555 es un excepcional circuito integrado, muy difundido en nuestros días.

Nació hace más de 30 años y continúa utilizándose actualmente, puede ver una Breve reseña histórica del temporizador 555

Se puede ver de las figuras que, independientemente del tipo de encapsulado, la numeración de las patillas del temporizador es la misma.

El 556 es un circuito integrado con2 temporizadores tipo 555 en una sola unidad de 14 pines y el 558tiene 4 temporizadores tipo 555en una sola unidad de 14 pines.

Ver las representaciones del temporizador 555

Distribución de pines del temporizador 555

1 - Tierra o masa

2 - Disparo: Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el555 es configurado como monostable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación.

Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez.

3 - Salida: Aquí veremos el resultado de la operación deltemporizador 555, ya sea que esté conectado como monostable,astable u otro.

Cuando la salida es alta, el voltaje de salida es el voltaje de aplicación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda de la patilla # 4 (reset)

4 - Reset: Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida # 3 a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee"

5 - Control de voltaje: Cuando el temporizador 555 se utiliza en el modo de controladorde voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la practica como Vcc-1 voltio) hasta casi 0 V (en la practica aprox. 2 Voltios). Así es posible modificar los tiempos en que la patilla # 3 esta en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por lasresistencias y condensadores conectados externamente al 555).

El voltaje aplicado a la patilla # 5 puede variar entre un 45% y un 90 % de Vcc en laconfiguración monostable.

Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astable causará lafrecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM).

Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01uF para evitar las interferencias

6 - Umbral: Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida (Pin # 3) a nivel bajo bajo

7 - Descarga: Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento.

8 - V+: También llamado Vcc, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 16 voltios (máximo). Hay versiones militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios

El temporizador 555 se puede conectar para que funcione de diferentes maneras, entre los mas importantes están: multivibrador astable y como multivibrador monoestable

Multivibrador Astable con circuito integrado 555

Este tipo de funcionamiento del temporizador 555 se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o rectangular)continua de ancho predefinido por el diseñador del circuito.

El esquema de conexión y las formas de onda de entrada y salida del multivibrador astable se muestran en los siguientes gráficos.

La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo T1 y en unnivel bajo un tiempo T2.

Los tiempos de duración dependen de los valores de las resistores: R1 y R2 y del capacitor C1.

Conexión y onda de salida del multivibrador astable con temporizador 555

T1 = 0.693(R1+R2)C1 y T2 = 0.693 x R2 x C1 (en segundos)

La frecuencia con que la señal de salida oscila está dada por la fórmula:

f = 1 / [0.693 x C1 x (R1 + 2 x R2)]

y el período es simplemente = T = 1 / f

Hay que recordar que el período es el tiempo que dura la señal hasta que ésta se vuelve a repetir (Tb - Ta), ver el gráfico.

El circuito astable original que se diseña con el temporizador 555 no permite obtener t1 = t2.

Este siguiente circuito, con la ayuda de unos elementos adicionalesdiodos (D1 y D2) y haciendo que las resistencias R = R' logra este cometido.

El circuito permite generar una onda cuadrada con t1 = t2, aplicando t = 0.693 RC solamente, no así con t1 = 0.693 R1C y t2 = 0.693 (R1+R2) donde t1 = t2.

Los tiempos de carga y descarga del condensador son iguales, dada la imaginación del lector este puede llevarse a diversos planos, tales como: el disparo para realizar un inversor CC - CA,sincronización de señal para determinar una frecuencia.

Oscilador astable con un temporizador 555 donde t1 = t2

T = t1 + t2

El periodo:T = t1 + t2 y la frecuencia: f = 1 / T

Recordar que el período es el tiempo que dura la señal desde que se inicia en un momento dado hasta que éste se vuelve a repetir.

Multivibrador monoestable con circuito integrado 555

El multivibrador monostable entrega a su salida un solo pulso de un ancho establecido por el diseñador (tiempo de duración).

El esquema de conexión y las formas de onda de la entrada y salida se muestran en los siguientes gráficos.

Ver que el tiempo en nivel alto de la salida de multivibrador monostable depende del resistor R1 y el capacitor C1.

La fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo que la salida esta en nivel alto) es:

T = 1.1 x R1 x C1 (en segundos)

Conexión y onda de salida del multivibrador monostable con temporizador 555

Observar que es necesario que la señal de disparo, sea de nivel bajo y de muy corta duración en el PIN # 2 delcircuito integrado para iniciar la señal de salida.

Bibliografía:

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ENSAYO

1 Mediciones eléctricas y electrónicas

Un aislante es todo aquel que no tiene la capacidad de poder conducir ya que la magnitud de la banda prohibida es demasiado grande, por otro lado los conductores no existe banda prohibida lo cual provoca que siempre alla conducción sin importar la temperatura, ahora bien los semiconductores no son aislantes pero tampoco son conductores tienes una parte de cada uno, a bajas temperaturas son aislantes pero con forme va aumentando la temperatura incrementa sus niveles de conducción.

En la electrónica hay dos principales semiconductores los cuales son implementados en la mayoría de los dispositivos semiconductores los cuales son :*Silicio

*Germanio

El multímetro tiene grandes aplicaciones dentro de la electrónica ya que es un equipo el cual tiene la mayoría de los elementos de medición, el multímetro puede ser analógico o digital y por este equipo podemos realizar mediciones como son:

Medición de voltaje Medición de corriente Medición de resistencia Continuidad Capacitancia Temperatura Verificar diodos Etc.

El multímetro es un equipo de medición el cual es de gran importancia ya que con este equipo podemos checar otros equipos analizar fallas y poder determinar soluciones.

El osciloscopio es un equipo el cual nos sirve para analizar señales donde podemos determinar el voltaje, corriente de manera gráfica. por medio del osciloscopio podemos saber el valor pico, valor pico-pico, frecuencia, periodo, de las señales que estamos analizando.El osciloscopio tiene grandes aplicaciones de uso ya que por medio de este podemos analizar señales de manera gráfica y así poder detectar variantes en las señales de entrada y salida.

Común mente la señal que se utiliza para la electrónica en corriente alterna es la onda senoidal, pero en ocasiones esta señal no nos sirve y necesitamos otro tipo de señales como son:

Diente de sierra Onda cuadrada

Y para poder obtener este tipo de señales es necesario un generador de señales para así poder tener la señal deseada y la cual sea la más conveniente para nuestro propósito.

2 Normas y requerimientos

Hoy en dia todo lo que realizamos esta regido por reglas y normas y hay instituciones que estan dedicas a validar normas que den un valor agregado al desarrollo de la industria en mexico hay normas y es NOM (Normas Oficiales Mexicanas) esta es un tipo de normas y algunos ejemplos son:

NOM-018-STPS-2000: Norma Oficial Mexicana número 018 de la Secretaría

del Trabajo y Previsión Social (STPS) que entró en vigor en 2000. Describe el

sistema para la identificación y comunicación de peligros y riesgos respecto a

sustancias químicas peligrosas en el lugar de trabajo.

NOM-003-CNA-1996: Norma Oficial Mexicana número 003 de la Comisión

Nacional del Agua (CNA) que entró en vigor en 1996. Estipula los requisitos

para la construcción de pozos de extracción de agua para prevenir la

contaminación de acuíferos.

Otro tipo de normas son las NMX y para entenderlas mejor aqui hay unos ejemplos:

NMX-TT-002-1997-IMNC; Requisitos mínimos de calidad para instituciones

que ofrecen planes y programas de capacitación para, y en el trabajo

relacionados con el turismo.

NMX-AA-127-SCFI-2006; Potabilización del agua para uso y consumo humano

– polifosfato de sodio – especificaciones y métodos de prueba. Potabilization of

water for use an human comsumption – sodium polyphosphate – specifications

and test methods

NMX-J-010-1996-ANCE; Productos eléctricos-conductores con aislamiento

termoplastico a base de policloruro de vinilo, para instalaciones hasta 600 v

especificaciones. Cancela NMX-J-010-1993-SCFI

Asi como tenemos normas en nuestro pais, tambien hay normas internacionales un tipo de normas son las ISO.

La ISO (International Standarization Organization) es la entidad internacional encargada de favorecer la normalización en el mundo. Con sede en Ginebra, es una federación de organismos nacionales, éstos, a su vez, son oficinas de normalización que actuan de delegadas en cada país, como por ejemplo: AENOR en España, AFNOR en Francia, DIN en Alemania, etc. con comités técnicos que llevan a término las normas. Se creó para dar más eficacia a las normas nacionales.

algunos ejemplos de este tipo de normas son:

• La norma ISO 9004 (y la presente norma internacional), que recogen las directrices para la gestión de la calidad, aplicable a todas las organizaciones.

• Las normas ISO 9001, ISO 9002 e ISO 9003, que son las normas previstas para el aseguramiento externo de la calidad en condiciones contractuales.

3 Análisis de circuitos de corriente alterna

La diferencia de la CC con la CA es que la CC circula en un solo sentido y la CA circula por un sentido y despues por sentido contrario.Este tipo de corriente es la que nos llega a nuestras casas y la usamos para alimentar la TV, el equipo de sonido, la lavadora, la refrigeradora, etc.

El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (0).

El valor efectivo de una corriente es el valor, que produce la misma disipación de calor que una corriente continua de la misma magnitud.

El valor efectivo es el valor del voltaje o corriente en C.A. que produce el mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje o corriente directa

El periodo es el tiempo en segundos en el cual se termina un ciclo este es lo contrario de la frecuencia.

La frecuencia es el número de veces que la corriente cambia de polaridad en un segundo.

Se llama capacitor a un dispositivo que almacena carga eléctrica. El capacitor está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios.Un capacitor está formado por dos placas metálicas o armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas, separadas por una lámina no conductora o dieléctrico.

Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético.

Los diagramas fasoriales son usados para representar en el plano complejo las relaciones existentes entre voltajes y corrientes fasoriales de un determinado circuito.Para representar cualquier voltaje o corriente en el plano complejo es necesario conocer tanto su magnitud como su ángulo de fase y de esta manera poder realizar operaciones entre ellos (suma, resta).

En electrónica se denomina reactancia a la oposición ofrecida al paso de la corriente alterna por inductores (bobinas) o condensadores y se mide en Ohms.

4 Selección de componentes R,L,C

Llamamos resistor al componente electrónico diseñado para introducir

una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En el propio

argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En

otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., los resistores se emplean

para producir calor aprovechando el efecto Joule.

Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corriente máxima en un resistor viene condicionado por la máxima potencia que puede disipar su cuerpo.

Para poder saber el valor de una resistencia de forma visual necesitamos el siguiente código de colores:

Color de la banda

Valor de la 1°cifra significativa

Valor de la 2°cifra significativa

Multiplicador

Tolerancia

Coeficiente de temperatura

Negro

- 0 1 - -

Marrón

1 1 10 ±1%100ppm/°C

Rojo

2 2 100 ±2%50ppm/°C

Naranja

3 3 1 000 -15ppm/°C

Amarillo

4 410 000

±4%25ppm/°C

Verde

5 5100 000

±0,5%

-

Azu 6 6 1 000 ±0,2 10pp

l 000 5% m/°C

Violeta

7 7 -±0,1%

5ppm/°C

Gris

8 8 - - -

Blanco

9 9 - -1ppm/°C

Dorado

- - 0,1 ±5% -

Plateado

- - 0,01±10%

-

Ninguno

- - -±20%

-

En Corriente Alterna, una bobina ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente que recibe el nombre de reactancia inductiva, XL, cuyo valor viene dado por el producto de la pulsación por la inductancia.

Al conectar una Corriente Alterna senoidal v(t) a una bobina aparecerá una corriente i(t), también senoidal, esto es, variable, por lo que, como se comentó más arriba, aparecerá una fuerza contra electromotriz, -e(t), cuyo valor absoluto puede demostrase que es igual al de v(t). Por tanto, cuando la corriente i(t) aumenta, e(t) disminuye para dificultar dicho aumento; análogamente, cuando i(t) disminuye, e(t) aumenta para oponerse a dicha disminución.

Los capacitores se diferencian entre si por el tipo de dieléctrico que utilizan. Materiales comunes son: la mica, plástico y cerámica y para los capacitores electrolíticos, óxido de aluminio y de tantalio.

Hay de diseño tubular, y de varias placas y dieléctrico intercalados. El diseño de múltiples placas es un diseño para aumentar el área efectiva de la placa.

Entre placa y placa se coloca el aislante y se hace una conexión de placa de de por medio, como si fueran capacitores en paralelo.

El transformador es un dispositivo que se encarga de "transformar" el voltaje de corriente alterna que tiene a su entrada en otro diferente amplitud, que entrega a su salida.

5 Dispositivos semiconductores

El diodo semiconductor es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico.

Los diodos se fabrican en versiones de silicio y de germanio.

Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por una juntura llamada barrera o unión.

El diodo zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente.

En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si eldiodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador común

El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz.

Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre otros.

El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio.

Existen dos tipos transistores: elNPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor.

Hay tres tipos de configuraciones típicas en los amplificadores con transistores, cada una de ellas con características especiales que las hacen mejor para cierto tipo de aplicación. y se dice que el transistor no está conduciendo. Normalmente este caso se presenta cuando no hay corriente de base (Ib = 0)

- Amplificador emisor común- Amplificador colector común- Amplificador base común

BJT: Transistor bipolar de unión.

Dispositivo electrónico que está constituido por tres materiales semiconductores extrínseco, de forma PNP o NPN, es decir, porción de material N, seguido de material P, luego otra porción de material N, en el tipo NPN, y de forma análoga en

el PNP, pero con los materiales semiconductores inversos. El transistor BJT se conoce también como transistor bipolar, porque la conducción es a través de huecos y electrones.

El funcionamiento y utilización de los transistores de potencia es idéntico al de los transistores normales, teniendo como características especiales las altas tensiones e intensidades que tienen que soportar y, por tanto, las altas potencias a disipar.

El SCR es un dispositivosemiconductor de 4 capas que funciona como un conmutador casi ideal.

El Triac es un dispositivo semiconductor que pertenece a la familia de los dispositivos de control tiristores.

El triac es en esencia la conexión de dos tiristores en paralelo pero conectados en sentido opuesto y compartiendo la misma compuerta.

6 Amplificadores operacionales

El primer amplificador (BIFET) con transistores de efecto de campo fue en LF356. El amplificador operacional BIMOS como el CA3130 tiene entradas bipolares y salidas MOS. Estos últimos amplificadores son más rápidos y tiene unas respuesta mejor a las altas frecuencias que el conocido 741.

En algún momento se tuvo que especializar el amplificador de propósito general que hasta ahora se había utilizado y salieron al mercado una gran variedad del original:

- Capacidad de alta corriente, alto voltaje o ambos- Amplificadores múltiples- Amplificadores de ganancia programable- Amplificadores de instrumentación y control automotriz- Circuitos integrados para comunicaciones- Circuitos integrados para radio / audio / video

Para poder controlar la ganancia de tensión que tiene un amplificador operacional, se le provee de una realimentación negativa, que hará que este circuito sea mucho más estable.

El amplificador inversor amplifica e invierte una señal de corriente alterna. En este caso la señal alterna de entrada sale amplificada en la salida, pero también desfasada 180° (invertida).

El amplificador operacional no amplifica de la misma manera para todo el rango de frecuencias. Conforme la frecuencia de la señal a amplificar aumenta, la capacidad del Amplificador Operacional para amplificar disminuye.

La impedancia de entrada del amplificador no inversor es mucho mayor que la del amplificador inversor. Se puede obtener este valor experimentalmente colocando en la entrada no inversora una resistencia R de valor conocido.

Los Amplificadores Operacionales y otros circuitos analógicos, suelen basarse en:

1 - Los amplificadores diferenciales2 - Etapas de ganancia implementados por amplificadoresintermedios acoplados en corriente continua y...3 - Una etapa de salida tipo push-pull (etapa clase B en contrafase)

7 Fuentes de CD y osciladores de CI

Una fuente regulada de tensión utiliza una realimentación negativa que detecta de un modo instantáneo las variaciones de tensión de salida, actuando como control que las corrige automáticamente.

La regulación puede ser en serie o en paralelo.

El temporizador 555 es un excepcional circuito integrado, muy difundido en nuestros días.

Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astable causará la frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM).

El temporizador 555 se puede conectar para que funcione de diferentes maneras, entre los mas importantes están: multivibrador astable y como multivibrador monoestable