guia 2002 electronica

ELECTRONICA BASICA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE DISEÑO DE PRODUCTO 1

GUIA ELECTRÓNICA BÁSICA

Por: HUGO ALBERTO MURILLO

ESTEBAN ARISTIZABAL URIBE

UNIVERSIDAD EAFITDEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE DISEÑO

DE PRODUCTOMEDELLIN

2002

ELECTRONICA BASICA


Partes básicas de un circuito eléctrico

Hay tres partes básicas de un circuito eléctrico completo:

1. Una Fuente de energía eléctrica para el suministro de la electricidad; comouna batería ó pila, un suministro de energía o un toma de pared como los denuestras casas.

2. Una carga eléctrica para usar la electricidad; como una lámpara, un radio,una estufa, entre otros.

3. Una trayectoria eléctrica completa para que fluya la electricidad, como unalambre (o conductor) fabricado de cobre o aluminio.

Hay una cuarta parte básica para la mayoría de los circuitos; pero no paratodos. Es un dispositivo para controlar el flujo de la electricidad, como uninterruptor de encendido y apagado.

Veamos el circuito completo para el encendido de una lámpara:

En este circuito se pueden ver claramente las tres partes básicas de un circuitoeléctrico, con sus respectivos símbolos y la cuarta parte, el interruptor que mepermite encender o apagar el bombillo en cualquier instante.

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Analicemos un poco mas detenidamente las partes básicas de un circuitoeléctrico.

Una fuente de energía:

En el ejemplo anterior seleccionamos una fuente de corriente alterna de 110 Vpero pudimos haber seleccionado una fuente de corriente continua.

Corriente alterna: Es aquella corriente que varia, a intervalos periódicos, tantoen magnitud como en sentido y dirección (cambia entre un valor positivo y unvalor negativo).

Este tipo de corriente es la que llega a nuestras casas y encontramos en cadauno de los tomacorrientes o bombillos.

Corriente continua: Es aquella corriente que no presenta variación ni enmagnitud ni en sentido.

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La mayoría de los circuitos electrónicos trabajan con corriente continua, sinembargo para nosotros quizás siempre ha sido transparente ya quenormalmente conectamos los equipos electrónicos a un tomacorriente de 110 Vde la casa o simplemente le ponemos pilas. Realmente los equipos electrónicos como el radio, el equipo de sonido, eltelevisor, entre otros, internamente convierten la corriente alterna en corrientecontinua.El proceso o la forma de convertir corriente alterna en corriente continua loveremos mas adelante.

Conductores:

Para que la electricidad pueda pasar de un punto de un circuito a otro senecesita unir físicamente estos puntos con un material que deje pasar con granfacilidad la corriente eléctrica. Para ello se utilizan hilos metálicos, puesto quetodos los metales poseen la propiedad de dejar pasar con facilidad la corrienteeléctrica.Sin embargo, tan importante como dejar pasar la corriente eléctrica es tambiénel evitar que la corriente pase a puntos por los que no queremos que circule, encuyo caso se utilizan materiales aislantes, tales como el papel, los plásticos yotros mas, los cuales tienen la propiedad de no dejar pasar a través de ellos lacorriente eléctrica.

Todo material capaz de dejar pasar la corriente eléctrica recibe el nombre deconductor (pues conduce la corriente), mientras que los materiales que seoponen al paso de la corriente eléctrica reciben el nombre de aislantes (Puestoque aíslan o separan eléctricamente un punto de un circuito de otro).En los conductores se denomina “alambre” a aquel que esta formado por unsolo hilo, de sección muy pequeña en comparación con su longitud y sedenomina “cable” al conductor formado por varios alambres conductorestrenzados entre si.

Cables Duplex Encauchetados00 6 12 18 2-20 2-14 2-12 3-14 2-16

La sección de los alambres y cables conductores depende de la intensidad decorriente que deba circular por ellos. Así, cuanto mayor sea la corriente mayordeberá ser la sección del conductor.Comercialmente los conductores se consiguen según el tipo y el calibre.

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Capacidad de algunos calibres de cables más comunes:

Calibre Capacidad en Amperios

8 40 Amperios10 30 Amperios12 20 Amperios14 14 Amperios

En todo circuito eléctrico trabajamos con variables eléctricas básicas que yahemos mencionado, tales como voltaje, corriente y Resistencia.Una cuarta variable que también es muy importante es la potencia.

Voltaje (V): Es la diferencia de potencial entre dos puntos.Es la presión que hace que fluya la corriente, la unidad para medir voltajes esel voltio (V).

Múltiplos Kilovoltio (KV) = 1000 VoltiosMegavoltio (MV) = 1000000 Voltios

Submúltiplos milivoltio (mV) = 0,001 VoltioMicrovoltio (µV) = 0,000001 Voltio

El instrumento que se utiliza para medir esta magnitud es el voltímetro(multimetro), que se conecta en PARALELO con el circuito cuya tensión sedesea medir.

Corriente (I): Es la cantidad de electrones que circula por un conductor enunidad de tiempo. La unidad para medir corrientes o intensidades es elAmperio (A).

Múltiplos Kiloamperio (KA) = 1000 AmperiosMegamperio (MA) = 1000000 Amperios

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Submúltiplos miliamperio (mA) = 0,001 AmperioMicroamperio (µA) = 0,000001 Amperio

El instrumento para medir esta magnitud es el amperímetro, que se conecta enSERIE, interrumpiendo el circuito.

Resistencia (R): Es la oposición o dificultad que ofrece un conductor al pasode la corriente. La unidad para medir esta magnitud es el ohmio (Ω)

Múltiplos Kilohmio (KΩ) = 1000 ohmiosMegohmio (MΩ) = 1000000 ohmios

Submúltiplos: Tienen muy poca utilización ya que el ohmio es de por si unaunidad muy pequeña.

El instrumento para medir esta magnitud es el ohmetro.Al usar este instrumento el circuito no debe tener tensión o voltaje alguno, ydebe conectarse en paralelo con el elemento que se desea medir. Es muycomún el uso del ohmetro para medir continuidad, es decir, para ver si elcircuito esta o no interrumpido.

Potencia (P): Es la rapidez, la velocidad con que fluyen los electrones.Es el trabajo eléctrico que se realiza en unidad de tiempo.La unidad para medir esta magnitud es el vatio (W).

Múltiplos Kilovatio (KW) = 1000 WMegavatio (MW) = 1000000 WHP = 746 W

El instrumento para medir potencia es el vatímetro.

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Resistencias:

Es el componente mas utilizado en los circuitos electrónicos. La Resistenciacomo ya definimos antes es aquel componente que opone cierta dificultad alpaso de la corriente eléctrica. Esta dificultad se traduce en una generación decalor, es decir en una perdida de energía en la propia Resistencia.Las Resistencias se clasifican según su construcción en fijas o variables. Potenciómetro

Reóstato Trimer

El valor ohmico de las Resistencias, es decir, la oposición que ofrecen al pasode la corriente eléctrica, no tiene ninguna relación con su tamaño sino con lasconstituyentes de las mismas.El Valor de las Resistencias se indica por medio de cifras o anillos de colorimpresos sobre ellas.El valor de las Resistencias se indica por medio de cuatro anillos. Estos anillosse leen desde el extremo hacia la mitad de la Resistencia de tal forma que elcuarto anillo, que normalmente es plateado o dorado, se lea en ultimo lugar. Elprimer anillo indica la primera cifra del valor ohmico de la Resistencia, y elsegundo anillo la segunda cifra. El tercer anillo es un factor por el cual se tieneque multiplicar las dos primeras cifras para obtener el valor definitivo de laResistencia en ohmios. El cuarto anillo indica la tolerancia.

Una forma que quizá le resulte más sencilla para leer el valor ohmico de unaresistencia consiste en añadir, detrás de las dos primeras cifras, un numero deceros igual al del numero representado por el tercer anillo.

En el siguiente cuadro se encuentra el código de colores internacional para laidentificación de las resistencias y dos ejemplos.

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Código de colores internacional para identificación de Resistencias

Color Primer anillo Segundo anillo Tercer anillo Cuarto anilloPrimera Cifra Segunda Cifra Factor Tolerancia

Negro - 0 x 1 100 -Café 1 1 x 10 101 ± 1%

Rojo 2 2 x 100 102 ± 2%Naranja 3 3 x 1000 103 -Amarillo 4 4 x 10000 104 -Verde 5 5 x 100000 105 -Azul 6 6 x 1000000 106 -

Violeta 7 7 x 10000000 107 -Gris 8 8 x 100000000 108 -

Blanco 9 9 x 1000000000 109 -Plata - - - ± 10%

Dorado - - - ± 5%Ninguno - - - ± 20%

Veamos algunos ejemplos:

Primer anillo: amarillo = 4Segundo anillo: Rojo = 2Tercer anillo: Rojo = 2Cuarto anillo: plateado = 10%

La resistencia será: 42 x 100 = 4200 Ω = 4.2K Ω ± 10% de tolerancia.

Primer anillo: amarillo = 4Segundo anillo: violeta = 7Tercer anillo: negro = 0Cuarto anillo: dorado = 5%La resistencia será: 47 x 1 = 42Ω ± 5% de tolerancia.

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Resistencias Variables:

En estas Resistencias es posible modificar el valor de la Resistencia, mediantedispositivos móviles, entre un valor mínimo, generalmente cero ohmios y unvalor máximo (el nominal de la Resistencia).Entre las Resistencias variables están los trimer, los potenciómetros, losReóstatos, entre otros.Normalmente estas resistencias tienen tres patas o terminales.Comercialmente se consiguen de diferentes valores, de 100Ω, 1KΩ, 5KΩ,10KΩ, 20KΩ, 50KΩ, 100KΩ, 1MΩ, entre otros.Si nos referimos a una resistencia variable de 1KΩ, significa que la resistenciapuede variar entre 0 (cero) y 1KΩ aproximadamente. Entre las patas oterminales de los extremos de la resistencia nos mediría (en este caso) 1KΩ yentre el terminal de la mitad y cualquier extremo de esta, nos dará unaresistencia variable.

Trimer

Ley de Ohm

Se refiere a la relación entre las tres magnitudes fundamentales. Se enuncia dela siguiente manera: “ La intensidad es directamente proporcional a la tensión einversamente proporcional a la Resistencia”.Matemáticamente se expresa así:

De donde se deduce:

IVR =

IVR

=

RIV •=

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Ley de Watt

Se refiere a la relación que existe entre corriente, voltaje y potencia. Se enunciade la siguiente manera:“La potencia es directamente proporcional a la Intensidad y al voltaje”.

Matemáticamente se expresa así:

De donde se deduce:

Tanto la ley de Ohm como la ley de Watt, las utilizaremos durante todo elcurso.

Conexión de las Resistencias eléctricas

Conexión en serie:

La conexión en serie consiste en conectar los componentes uno detrás de otro.Unicamente un extremo del primer componente y un extremo del ultimo estánconectados a la fuente de voltaje.Solo presenta un camino para la circulación de la corriente.

VPI =

IPV =

IVP •=

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Características del circuito serie:

El voltaje se divide en cada una de las resistencias 10V = VR1 + VR2 + VR3 La corriente es la misma en cualquier parte del circuito IT = IR1 = IR2 = IR3 La Resistencia total es igual a la suma de cada una de las Resistencias del

circuito RT = R1 + R2 + R3

Conexión en paralelo:

Es aquella que presenta dos o más caminos para la circulación de corriente.Las Resistencias están conectadas en paralelo unas con otras y todas a lafuente de voltaje.

Características del circuito paralelo:

El voltaje es el mismo en cada una de las Resistencias que componen elcircuito 10V = VR1 = VR2 = VR3

La corriente se divide proporcionalmente de acuerdo a los elementosResistivos del circuito IT = I1 + I2 + I3

La Resistencia total es:

Veamos un ejemplo de cada circuito calculando corrientes, voltajes y potencias,utilizando la ley de Ohm y la ley de Watt.

321

1111RRRRT

++=

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Ejemplo de un circuito serie:

En el circuito se ve como se miden voltajes y corrientes en el circuito.

Cálculos:

RT = 100 Ω + 220 Ω + 330 Ω = 650 Ω

VR1 = 0,015 A x 100Ω = 1.5VVR2 = 0,015 A x 220Ω = 3.3VVR3 = 0,015 A x 330Ω = 4.95V

PT = VT.I = 10V x 0,015 A = 0,15 WPR1 = VR1.I = 1.5V x 0,015 A = 0,022 WPR2 = VR2.I = 3.3V x 0,015 A = 0,049 WPR3 = VR3.I = 4.95V x 0,015 A = 0,074 W

mAAVRVIT

15015,065010

==Ω

==

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Ejemplo de un circuito paralelo:

Cálculos:

VT = VR1 = VR2 = VR3

PT = V.IT = 10V x 0,175 A = 1.75 WPR1 = V.I1 = 10V x 0,100 A = 1 WPR2 = V.I2 = 10V x 0,045 A = 0,45 WPR3 = V.I3 = 10V x 0,030 A = 0,30 W

Circuito mixto: Es la combinación de circuitos serie y paralelo.

Un elemento muy utilizado en electrónica y que nos servirá bastante para elmontaje de los diferentes circuitos es el Protoboard.

321

1111RRRRT

++=

Ω=Ω

+Ω

+Ω

= 89.56330

1220

1100

11

TR

mAAVRVIT

T 175175,089.56

10==

Ω==

mAAVRVI 1001,0

10010

11 ==

Ω==

mAAVRVI 45045,0

22010

22 ==

Ω==

mAAVRVI 30030,0

33010

23 ==

Ω==

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El Protoboard es una placa con perforaciones interconectadas, el cual seutiliza para probar los circuitos antes de montarlos definitivamente en uncircuito impreso.En la figura se muestra la forma en que están conectadas las perforaciones delProtoboard.

Después de probar un circuito en el Protoboard el paso siguiente es diseñar elcircuito impreso ó utilizar una Tarjeta Universal (solo para prototipos)

Capa de componentes Capa de soldadura

Otro elemento, quizás el mas utilizado en electrónica es el multimetro digital,este instrumento sirve para medir voltajes, corrientes, Resistencias, diodos ytransistores, entre otros.

Instrucciones para el manejo del multimetro digital en la siguiente hoja...

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Es un elemento, que sirve para medirVoltajes, Corrientes, Resistencias,Diodos y Transistores, entre otros.Instrucciones para el manejo delmultimetro digital

A. Para Medir voltajes:1. Seleccione el tipo de voltaje a medir

(AC o DC)2. Ubique la perilla en la escala de

voltaje correspondiente (Porseguridad se debe comenzar en elmáximo Rango)

3. La punta Roja debe estar ubicadaen el plug del multimetro marcadocomo “VΩA”

4. La punta negra debe estar ubicadaen el plug del multimetro marcadocomo “GND” (Que significa tierra onegativo).

5. Medir el voltaje conectando elmultimetro en PARALELO con elelemento a medir.

B. Para medir corrientes:1. Seleccione el tipo de corriente a

medir (AC o DC)2. Ubique la perilla en la escala de

corriente correspondiente (Porseguridad se debe comenzar en elmáximo Rango)

3. La punta Roja debe estar ubicadaen el plug del multimetro marcadocomo “VΩA” Para corrientesmenores a 200 mA y en el plugmarcado con 10 A para corrientesmayores a 200 mA.

4. La punta negra debe estar ubicadaen el plug del multimetro marcadocomo “GND” (Que significa tierra onegativo).

5. Medir la corriente conectando elmultimetro en SERIE con elelemento a medir (Interrumpir elcircuito).

100 OF

20

20

2000

200

2000

200

20200 20

hFE

10

200

20

2000

200DC

2075 ACDC

NPNPNP

E

C

E

B

E

E

C

B

10ADC

VΩA

COM

10A max

750VAC1000VDC200 mA max

500V max

100 OF

20

20

2000

200

2000

200

20200 20

hFE

10

200

20

2000

200DC

2075 ACDC

NPNPNP

E

C

E

B

E

E

C

B

10ADC

VΩA

COM

10A max


500V max

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C. Para medir Resistencias:1. Seleccione la escala de la

Resistencia a medir en Ω.2. La punta Roja debe estar ubicada

en el plug del multimetro marcadocomo “VΩA”

3. La punta negra debe estar ubicadaen el plug del multimetro marcadocomo “GND”.

4. Desconectar la Resistencia amedir, para garantizar que estaquede sin voltaje.

5. Medir la Resistencia con elmultimetro en PARALELO.

D. Para medir Diodos:4. Seleccione la escala de la

Resistencia a medir.5. La punta Roja debe estar ubicada

en el plug del multimetro marcadocomo “VΩA”

6. La punta negra debe estar ubicadaen el plug del multimetro marcadocomo “GND”.

6. Desconectar el diodo a medir, paragarantizar que este quede sinvoltaje.

7. Medir el diodo con el multimetro enPARALELO.

100 OF

20

20

2000

200

2000

200

20200 20

hFE

10

200

20

2000

200DC

2075 ACDC

NPNPNP

E

C

E

B

E

E

C

B

10ADC

VΩA

COM

10A max


500V max

Anodo y cátodo(+) (-)tierra

100 OF

20

20

2000

200

2000

200

20200 20

hFE

10

200

20

2000

200DC

2075 ACDC

NPNPNP

E

C

E

B

E

E

C

B

10ADC

VΩA

COM

10A max


500V max

ELECTRONICA BASICA

DEPARTAMENTO D

E. Para medir ganancia deTransistores:

1. Ubique el suiche en (hfe) para medirganancia del transistor.

2. El transistor debe ser ubicado en la"rueda medidora", deacuerdo a las"patas" de este. Si se mira eltransistor de frente, la primer "pata"de izquierda a derecha es la E(emisor), la del centro la B (base) yla de la derecha la C (colector). Eneste caso tomaremos como ejemploun transistor 2N2222.

F. Para comprobar T

Para comprobar un trla perilla en diodos y roja en una pata del punta negra en otra.0.6xxx, significa que Dejamos una punta e(supongamos que deroja) y la otra punta (ubicamos en la otra psignifica que hemos ediodo, si marca 1 (infsignifica que el negatla base.El diodo que marquela unión base - emisola unión base - colec

100OFF

200

20

2000

200

2000

200

20k200 200

hFE

10A

200

20

2000

200DCA

200750 ACVDCV

NPNPNP

E

C

E

B

E

E

C

B

10ADC

VΩA

COM

10A max


500V max

En este ubicad

E B Csentido debe sero el transistor.

E INGENIERIA DE DISEÑO DE PRODUCTO 17

ransistores:

ansistor, se ubicasituamos La puntatransistor y La Si conduce marcatenemos un diodo.n una de las patasjamos La puntaLa negra) laata. Si conducencontrado el otro

inito, no conduce)ivo en este caso es

un valor mayor esr y el otro diodo es

tor.

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Aplicaciones de conexión en serie y en paralelo

Las conexiones en serie y paralelo se utilizan bastante en electricidad yelectrónica tanto a nivel industrial como residencial.En aparatos electrodomésticos y en la misma distribución eléctrica de nuestrascasas utiliza estos tipos de conexión.Veamos dos circuitos sencillos que seguramente todos conocemos:

Las luces navideñas:

Las luces navideñas consisten en una serie de 20 bombillos de 6V cada uno o10 bombillos de 12V cada uno, como ya sabemos el voltaje se divide entrecada uno de los elementos y si cada bombillo es de la misma potencia, elvoltaje en cada bombillo es el mismo.

En cada serie se encuentra un bombillo intermitente que al apagarse hace quetodos los bombillos se apaguen y al encenderse hace que todos los bombillosse enciendan.

La estufa eléctrica:

Esta compuesta por Resistencias y controles de las mismas Resistencias, paracumplir con este objetivo los controles se encargan de conectar lasResistencias en serie o en paralelo de acuerdo a lo que el usuario seleccione,para el usuario sin embargo esto siempre es transparente.Veamos como están distribuidas las Resistencias y como funciona cada uno delos controles de cada Resistencia.

Como se puede ver consiste en dos Resistencias que se unen en un puntocomún, cada resistencia funciona a 110 V (o 220 V si la estufa es a 220 V).

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El control:

El control, debe garantizar que cuando este en alto, las dos Resistenciasqueden conectadas en paralelo (a cada una le llega 110 V).En medio solo debe conectar la Resistencia de adentro.En bajo conecta las dos resistencias en serie.El control funciona con laminas que cierran contactos de la siguiente manera:

En alto En medio En bajo

L1 2 y 3 L1 2 L1 2

L2 4 L2 4 L2 3

Esto significa que la Resistencia y el control deben conectarse como se indicaen la siguiente figura:

Como se puede ver las Resistencias se conectan en serie y en paralelo.

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Existen otro tipo de controles que solo cuentan con 4 terminales, dos de ellosse utilizan para conectar el voltaje de entrada (110V o 220V) y los dosrestantes para controlar el encendido de la parrilla. Como cada parrilla tienerealmente 3 terminales, esto significa que un terminal de la resistencia irádirectamente a una de las líneas del voltaje de entrada.

El suiche conmuta de la siguiente manera:

EN ALTO EN MEDIO EN BAJOL1 - 3 L2 - 4 L2 - 3L2 - 4

Quedará como ejercicio para el estudiante comprobar con la lámpara deprueba el buen funcionamiento de la parilla, el control y finalmente deducir yconectar en la forma correcta.

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Sistemas de distribución eléctrica

1. Sistema Bifilar – Monofásico:

Consiste en dos líneas (bifilar) y una fase (monofásico)En el diagrama se ve como a la caja de breakers llega una fase y un neutro, lafase se identifica con la letra F y el neutro con la letra N.

2. Sistema Trifilar - Bifásico:

Consiste en tres líneas (Trifilar) y dos fases (Bifásico).

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3. Sistema Tetrapolar – Trifásico:

Consiste en cuatro líneas (Tetrapolar) y tres fases.

A nuestras casas llega un sistema Trifilar – bifásico y a nivel industrial se utilizael sistema tetrapolar trifásico.

Entre dos fases el voltaje es 220V y entre una fase y el neutro el voltaje es110V.En la instalación eléctrica de nuestras casas después de pasar por el contadory los fusibles las líneas llegan a la caja de breaker, que normalmente son de 4o 6 breaker.

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El breaker funciona como un dispositivo de protección, cuando por el circulauna corriente mayor a la nominal (Indicada en el breaker), este después deunos segundos interrumpe el circuito, es decir funciona como un interruptorcontrolado por corriente.Cada breaker controla diferentes circuitos y cada circuito se compone detomacorrientes y bombillos, por esta razón cuando ocurre un cortocircuito, laenergía se interrumpe en varios puntos de la casa.Veamos algunos símbolos para explicar como se conectan los diferenteselementos de nuestras casas.

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La conexión de un bombillo con un suiche, partiendo de la caja debreakers:

La conexión de un tomacorriente 110V, partiendo de la caja de breakers:

Nota: El polo a tierra atenúa el daño de una sobrecarga o cortocircuito, orientando el exceso de corriente hacia el exterior del sistema.

Fase Neutro Polo a tierra

El polo a tierra se conecta en elsemicírculo y la fase en la patamas pequeña.

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Conexión del tomacorriente de la estufa eléctrica:

Por ultimo veamos el diagrama de conexión de un suiche escalera, estossuiches se ubican normalmente en una escalera y la función que cumplenbásicamente es que de cualquiera de los dos suiches se pueda encender oapagar el bombillo.Para este fin se deben utilizar dos suiches bidireccionales, conocidos comosuiche escalera.

Pata trabada: Se utiliza para la tina, lalavadora, etc. (220V)

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Fusibles:

Un componente de la mayor importancia para la protección de aparatoseléctricos y electrónicos es el cortacircuito fusible, denominado normalmentefusible. Fíjese que hemos dicho “cortacircuito”, ya que la función de uncortacircuito fusible es precisamente la de ‘cortar” el paso de corriente por uncircuito cuando existe una anomalía en el funcionamiento del mismo, mientrasque un cortocircuito es una conexión de baja resistencia, generalmenteaccidental, entre los terminales de una fuente de alimentación y que ocasionael paso de una corriente excesiva que puede causar daños en el aparato si nose toman las precauciones debidas.El fusible protege a los aparatos contra sobretensiones peligrosas, sobre todo alas debidas a un error en la selección de la tensión de alimentación.

Asimismo, si debido a un cortocircuito en el aparato se produce un pasoexcesivo de corriente, el fusible se fundirá y cortara el paso de corriente haciael aparato. De ello se deduce que el fusible siempre deberá estar conectadoentre la fuente de alimentación (normalmente en el positivo, aunque haga elmismo efecto si se conecta en el negativo).Los fusibles utilizados en electrónica consisten en un fino hilo de materialfusionable que se funde al alcanzarse en el cierta temperatura.En la siguiente figura se muestra el aspecto externo de un fusible y las dosformas de representarlos en los esquemas eléctricos.

Portafusible

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Instalaciones eléctricas

Con el propósito de hacer una distribución adecuada de los diferentes circuitosde una residencia o local comercial, se hace necesario conocer la potencia envatios solicitada por los elementos receptores localizados en las diferentesinstalaciones: alumbrado, calefacción y fuerza motriz principalmente.

Consumo de potencia de algunos electrodomésticos:

Lamparas comunes 100WToma corrientes ordinarios 100WPlanchas 1000WParrillas 1500 x platoTostadores 150WFogones o Estufas 8000WLavaplatos 1500WLavadoras de ropa 300WRadio o Televisor 150WCalentadores de agua(Tina)

1500W

Nevera 250WCafetera 800WSecadora de ropa (120 V) 1600WMáquina de coser 100W

En esta tabla podemos apreciar el consumo en Vatios (W) de algunoselectrodomésticos. Esto a manera de ayuda al momento de calcular el tipo decable y potencia necesarios en la instalación eléctrica de un hogar. Se aclaraque los datos pueden variar, debido al tamaño o propiedades delelectrodoméstico.

Los circuitos que deben ordenarse jerárquicamente en el cálculo son lossiguientes• Circuito para fogón o estufa: es único trifilar a 220v. Demanda 8000 vatios.

Requiere toma trifilar especial.

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• Circuito para tina o calentador de agua: se acostumbra también singularizareste circuito, especialmente cuando se calcula para 220v. Si la tina espequeña a 110v, podrá integrarse a otro circuito. Cuando se trata decalentadores de agua de mayor capacidad, es preferible que funcione encircuito independiente a 220v.

• Circuito plancha lavadora etc: Otros aparatos electrodomésticos a saber:Plancha, nevera, lavadora, parrillas auxiliares, licuadoras, etc. Se agrupangeneralmente en dos circuitos a 110v que pueden ser totalmenteindependientes, o balancear las cargas de modo que puedan tener un tomacomún, resultando un circuito trifilar con salidas o tomas únicamente a 110v.

• Circuitos de tomas y lámparas: Se calcularán tantos circuitos como seannecesarios de acuerdo con una clara sonificación de la residencia yatendiendo a la capacidad de cada circuito.

• Todos los circuitos pueden ser calculados independientemente, es decirtendrán su propio neutro y fase dentro de los límites de carga en vatiossegún el número máximo de salidas permitidas.

Protecciones: Después de calcular la demanda en vatios para cada circuito,se encuentra su capacidad en amperios y el calibre apropiado de losconductores, igualmente se determina el diámetro de la tubería. Todo elloaplicando las tablas correspondientes.

Finalmente, se calcula la capacidad en amperios de las proteccionesadecuadas (breaker) que se ubican en el tablero y se numeran para facilitar laidentificación de los circuitos.Ejemplo:

Circuito para la estufa:

AI 3.362208000 == 40 Amperios aproximadamente.

Como este circuito debe ser trifilar se deben usar dos conductores Número 8para la fases, un conductor Número 10 para el neutro y breaker de 40 A.

Circuito para la tina:

AI VW 7220

1500 ==En este caso se toman dos conductores Número 14 sin neutro, que es elminimo permitido para 15 amperios y breaker de 15 A.

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Circuito para plancha y lavadora:

AI VW 12110

1300 ==Se requieren dos conductores Número 14 y protección breaker de 15 A .Circuito armado por 5 tomas, nevera y 6 lámparas.

Consumo total: 1350 Vatios.

AI VW 2.12110

1350 ==Conductor Número 14 y un breaker de 15A.

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BAÑO

Toma Trifilar 220V

Suiche

Bombillo

Toma Bifilar 110V

BIBLIOTECA

COCINA

NEUTRO

FASE

FASE

TALLER

SALA

ALCOBA

PASILLO

El plano de las conexiones eléctricas se dibuja como se muestra acontinuación. Los circuitos con líneas punteadas van por el piso, los de líneascontinuas van por el techo.Veamos el plano de conexiones de un apartaestudio para un Ingeniero deDiseño.

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Fuentes de corriente continua:

Para entender la forma más común de convertir corriente alterna en corrientecontinua debemos entender el funcionamiento de elementos que hasta ahorano hemos tenido que utilizar tales como el transformador, los diodos, el puenterectificador, el condensador y los Reguladores de voltaje.

Elementos de la fuente CC, leer en el sentido de las manecillas del reloj:

En electrónica y circuitos eléctricos de potencia se necesita, además decorrientes alternas, también tensiones y corrientes continuas, por ejemplo paraaccionar determinados motores. Estas magnitudes se obtienen básicamentepor la rectificación de corrientes alternas.Un circuito rectificador se compone básicamente de un transformador y delsistema rectificador propiamente dicho. Sin embargo, el transformador nosiempre es necesario. Antes de explicar los diferentes sistemas de rectificaciónmonofásicos, explicaremos el transformador en la siguiente página.

1. Puente rectificador2. Enchufe3. Condensador4. Suiche5. Porta fusible6. Bananas macho7. Caimanes8. Regulador deVoltaje9. Bananas hembra10. Pasa cable11. Borneras12. Tarjeta uinversal13. Transformador(no aparece en laimagen)

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El transformador:

Es un dispositivo para acoplar la energía de C.A. de una fuente a una carga. Lafuente se conecta al arrollamiento primario, y la carga al arrollamientosecundario. En el proceso tienen lugar ciertas transformaciones que dependende la construcción y de la relación (razón aritmética) de las espiras o vueltasdel primario a las del secundario del transformador. Un transformador ordinario se compone de dos o más arrollamientos sobre unnúcleo, magnéticamente acoplados:

Una tensión de C.A. aplicada entre los terminales de entrada o extremos delarrollamiento primario produce una corriente en este. Esta corriente crea uncampo magnético variable que corta las espiras del arrollamiento secundario,induciendo en este una tensión de C.A. cuando se conecta una carga entre losterminales del secundario, pasa corriente por la carga.

El núcleo alrededor del cual están arrollados el primario y el secundario puedeser de hierro, como en el caso de los transformadores de potencia de bajafrecuencia y de audio, para acoplar circuitos de alta frecuencia se puedeemplear el núcleo de aire.En un transformador ideal con núcleo de hierro, es decir que no tenga perdidasde potencia, será cedida toda la potencia del primario a la carga.

Vp * Ip = Vs * Is Aquí VP e IP son la tensión y la corriente del primario, respectivamente, y VS eIS son la tensión y la corriente del secundario. En un transformador sin perdida,la relación entre la tensión del primario y la tensión inducida en el secundarioes la misma que la relación (a) entre el numero de espiras del primario NP y elnumero de espiras del secundario Ns.

Si a=1, hay igual numero de espiras en el primario como en el secundario, y lastensiones que aparecen en el primario y el secundario son las mismas. Estetipo de transformador 1:1 se llama transformador de aislamiento o separación.Si a es mayor que 1, aparece una tensión menor en los extremos delsecundario que entre los del primario. Este es el llamado reductor de tensión.

VpVs

NpNs

a= =

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Si a es menor que 1, aparece entre los terminales del secundario una tensiónmayor que entre los del primario. Este es el transformador elevador de tensión.

Para un transformador ideal se cumple la ecuación:

Esta ecuación establece que la corriente y la tensión en los arrollamientos deun transformador están relacionados recíprocamente. Por consiguiente untransformador elevador de tensión es también un transformador reductor decorriente y un transformador reductor de tensión es un transformador elevadorde corriente.

Circuitos de Rectificación:

Para la rectificación se utiliza el diodo. Un diodo semiconductor solo deja pasarla corriente en un sentido:

En la practica los diodos tienen la siguiente forma:

+ Anodo - Cátodo

Nota: Un diodo consume aproximadamente 0.7 Voltios!

VpVs

IsIp

=

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Rectificador monofásico de media onda:

En la salida del circuito rectificador aparece una tensión formada por lassemiondas de la tensión alterna senoidal.En la figura puede verse como el diodo rectificador esta conectado en sentidodirecto, por tanto la semionda positiva quedara aplicada a la carga y harácircular por esta una corriente. Durante la semionda negativa tendremos al

a)

b)

Diodos paradiferentesaplicaciones

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diodo polarizado en sentido inverso, con lo que no podrá circular corrientealguna ni por el diodo ni por la carga, es decir a la carga no llega voltaje y latensión alterna ha quedado rectificada.En el circuito b) ocurre lo contrario, es decir que solo pasan las ondasnegativas.El calculo de tensiones y corrientes que aparecen en los circuitos rectificadoreses muy difícil en la practica, pues dependen de la carga y de las demásperdidas que se producen en el circuito.

Puente rectificador monofásico:

El rectificador en puente esta compuesto de dos pares de diodos conectadosen paralelo. En el rectificador monofásico en puente va alternándose la circulación de lacorriente por los diodos, estando siempre dos de ellos polarizados en sentidodirecto y dos en sentido inverso. Por lo tanto durante la semionda positivacomo durante la negativa de la tensión alterna aplicada circulará una corrientepor la carga.

En la practica los puentes rectificadores tienen la siguiente forma:

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Condensadores:

Los condensadores son elementos muy utilizados en electrónica, es undispositivo que permite almacenar energía.Se utilizan en circuitos tan comunes como osciladores, temporizadores, filtrosentre otros.Los datos más importantes de los condensadores son su capacitancia (enmicrofaradios µF) y la tensión nominal. La tensión nominal nunca debesobrepasarse en ningún caso, pues si se llegara a sobrepasar, el condensadorpuede explotar y causar daños.

En la siguiente figura se presentan los símbolos de los condensadores.

En nuestro caso el condensador se encarga de filtrar la señal rectificada, estoquiere decir que la señal después del condensador es continua.

Circuitos de filtrado:

Todos los circuitos rectificadores suministran tensiones y corrientes pulsatiles,o sea, con un determinado rizado. Por ello, no son adecuados para muchasaplicaciones, por ejemplo, para la alimentación de aparatos electrónicos. Por lotanto deberán filtrarse previamente las tensiones y corrientes a fin de reducirsu rizado.Para el filtrado se utiliza el condensador, el condensador se carga durante eltiempo en que los diodos están polarizados en sentido directo y se descarga através de la carga cuando la tensión rectificada toma valores por debajo de latensión del condensador.

CONDENSADOR

PUENTE RECTIFICADOR

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Con el condensador termina la conversión de corriente alterna en corrientecontinua, pero sin regulación, es decir en el momento en que necesitemosalimentar una carga que consuma cierta cantidad de corriente, el voltajedisminuye bastante, es decir, el voltaje no permanece constante.Para lograr este objetivo debemos añadirle un Regulador de voltaje.Existen reguladores de voltaje constantes y variables. Los valores máscomunes en reguladores de voltaje constante están 5V, 8V, 12V, 15V, 18V y24V.

El aspecto externo y la identificación de pines de un regulador de voltaje En la siguiente figura se muestra la conexión típica de un regulador constantede 5V, elegimos este voltaje porque es uno de los voltajes mas utilizados enelectrónica.

DISIPADOR DE CALOR

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Si queremos armar una fuente variable, adicionamos dos elementos mas (unaresistencia fija y una resistencia variable) y cambiamos el regulador de voltaje(LM7805) por uno variable (LM317T)

El potenciómetro nos permite cambiar el voltaje de la fuente entre 1.2V y elvoltaje máximo que nos proporciona la fuente, rectificado y filtrado.

Suiches:

SUICHEBALANCINCON PILOTO

SUICHES D.I.P

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• El suiche D.I.P está compuesto por varios suiches pequeños. Se utiliza paragenerar claves como en un control remoto para un garaje, para "pachar" odarle el sentido de la señal a luces robóticas entre otros.

Led (diodo emisor de luz):

Los diodos emisores de luz conocidos popularmente como leds (abreviatura delas palabras inglesas Light Emitter Diode).Los leds son diodos semiconductores que, al aplicárseles un voltaje en sentidodirecto, radian luz.La luz emitida por un led es de distinto color según el material utilizado en lafabricación del diodo.

Led dual: 2 diodos, 2 colores.

Existen diodos leds de diferentes tamaños. Para identificar el ánodo y el cátodo del diodo led se puede utilizar el multimetromidiendo diodos, otra forma de identificar los terminales es mirar dentro del ledlas dos terminales y el que tenga el terminal más grueso es el negativo, esdecir, el cátodo.Un led emite luz cuando por el circula una corriente no mayor a la nominal y enel diodo queda aproximadamente un voltio.El circuito básico para encender un diodo led es el siguiente:

Como se puede ver un led siempre debe llevar en serie una resistencia quelimite la corriente del diodo. Nota: Un led consume aproximadamente 1.2 Voltios!

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El voltaje de la fuente podría cambiar pero esto obligaría también a cambiar elvalor de la resistencia.Calculemos la corriente que circula por el led con el circuito anterior:

Si queremos encender un led con 110V, dejando circular por el diodo 10mA laresistencia que va en serie se calcula así:

Aproximadamente 12kΩ ya que es la resistencia mas cerca que se consiguecomercialmente.

Cautín:

Este es el soldador que utilizaremos en el curso, el material de aporte parasoldar se llama Estaño.

RVI = mAAVVI 12012,0

33015

==Ω

−=

IVR = Ω=Ω=

−= K

AVVR 1211900

01,01120

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Display de leds:

Los displays consisten en unos diodos emisores de luz dispuestos en el interiorde una cápsula y en un orden determinado, de forma que al hacer pasar o nocorriente por ellos, y de acuerdo a un código formen caracteres numéricos oalfabéticos.En la siguiente figura se muestra un display 7 segmentos y un punto decimal.

Cada segmento corresponde a un diodo emisor de luz y el punto decimal aotro, por lo que en total encontramos 8 leds.Los display se fabrican en diferentes tamaños y son muy utilizados para laindicación luminosa de la hora, canales de televisión en aparatos de vídeo, etc.

Cada uno de los segmentos del display se identifican con una letra, tal y comose muestra en la siguiente figura.

Existen comercialmente displays de ánodo común y de cátodo común, estosignifica que internamente tienen todos los cátodos unidos (cátodo común) o

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los ánodos unidos (ánodo común) y en el display existen normalmente dosterminales o patas a donde llega la unión de los ánodos o cátodos de cada unode los leds que conforman el display.Veamos como están internamente los diodos en un display de cátodo común.

¿Como identificar los segmentos y el punto de un display?

Con el multimetro digital, ubicando la perilla de selección en la posición paramedir diodos; con las puntas roja y negra del multimetro, identificamos el ánodoo el cátodo común, ubicando las puntas (negra y roja) en las diferentes"paticas" del display hasta que uno de los segmentos o el punto de este seencienda levemente. En este momento hemos identificado el ánodo o cátodocomún, el paso siguiente es dejar una punta del multimetro fija y comenzar acambiar la otra, tocando las otras "paticas" del display. Si los demás segmentosse van encendiendo quiere decir que la punta que dejamos fija es el común,pero si los demás segmentos no se encienden, debemos invertir elprocedimiento, es decir partiendo del segmento que encendimos inicialmente,dejamos la punta contraria fija y cambiamos la otra.

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Otra forma de identificar el común es con una fuente (5V - DC), ubicando unaresistencia de 330Ω en la punta roja y cumpliendo el mismo procedimientoanteriormente explicado para el caso del multimetro.Existen otros tipos de diodos tales como el fotodiodo que emite luz infrarroja,estos leds se utilizan como sensores ópticos y los veremos mas adelante.

El motor eléctrico

Para entender el principio de funcionamiento de un motor eléctrico debemosentender conceptos básicos de campos magnéticos y camposelectromagnéticos.Todos los imanes tienen un polo norte(N) y un polo sur(S). Los polos de unimán se relacionan uno con el otro. Los polos opuestos (N y S) se atraen uno alotro: los polos iguales(N y N o S y S) se repelen uno al otro.

Cuando la corriente fluye por un conductor, se forma un campo magnéticoalrededor del conductor. Hay una relación directa entre la cantidad de corrienteen Amperios y la intensidad (densidad de flujo) del campo. Por otra parte, hayuna relación entre la dirección del flujo de la corriente y la polaridad del campo.El magnetismo que se desarrolla debido al flujo de la corriente se llamaelectromagnetismo.

El campo magnético que hay alrededor de un alambre que lleva corriente, esuna serie de cilindros concéntricos de líneas de flujo.

Puede aumentarse la intensidad del campo alrededor del conductor,doblándolo para formar un circuito.Se puede intensificar el campo aun más, enredando mas el conductor paraformar una bobina. Cuando se hace esto, el campo alrededor de la bobinatoma la forma de un campo alrededor de un imán de barra. La bobina forma unpolo norte y un polo sur, de los cuales salen y entran líneas de flujo. La

Display de puntoSe utiliza en avisos deinformación paragenerar letras y formas.

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intensidad de este campo se determina por el numero de espiras en la bobina yla cantidad de corriente que fluye por el.Se puede intensificar aun más el campo de la bobina poniendo un hierro en elinterior. Como el hierro es mejor conductor que el aire, las líneas de flujo seconcentran en el. Al hacer esto, se crea un electroimán. Los electroimanes seusan en reles y válvulas solenoides.

Imán

Bobina

Eje

Colector

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Motor de corriente continua:

El motor de corriente continua consiste en una espira de alambre que gira entrelos polos de un imán. Los extremos de la espira están conectados con delgasdel colector que, a su vez, hacen contacto con las escobillas. Las escobillastienen conductores que van a una fuente de tensión de corriente continua.

Cuando la espira esta en la posición 1, la corriente que pasa por la espira haceque el lado superior de la espira se convierta en polo norte y la parte superiorde la espira en polo sur, los polos opuestos correspondientes del campo. Comoresultado, la espira gira en el sentido de las agujas del reloj, colocando frente afrente a los polos contrarios. Cuando la espira ha girado 90 grados hasta laposición 2, se produce la conmutación y la corriente de la espira se invierte desentido.A raíz de esto el campo magnético generado por la espira también se invierte.Ahora están frente a frente polos iguales, lo que significa que se rechazan, y laespira sigue girando para tratar de acercar los polos opuestos. Al girar 180grados, mas allá de la posición 2, la espira se encuentra en posición 3.Entonces la situación es la misma que cuando se hallaba en la posición 2. Seproduce de nuevo la conmutación y la espira sigue girando. Este es el trabajofundamental del motor de corriente continua.Es evidente que el colector desempeña una función trascendental en elfuncionamiento del motor de corriente continua. El colector hace que lacorriente de la espira cambie de sentido en el instante en que los poloscontrarios se han colocado frente a frente. Esto produce la inversión de lapolaridad del campo: aparece repulsión, en vez de atracción, y la espira siguegirando.

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Para invertir el sentido de giro a un motor de corriente continua basta concambiar los terminales de la fuente de corriente continua.Para cambiar la velocidad a un motor de c.c se debe cambiar el valor de lafuente.Las maquinas eléctricas rotativas constan de una parte fija, denominadaestator, y otra móvil respecto a la anterior, denominada rotor.

Maquinas de corriente alterna:

Como la mayor parte de la corriente eléctrica producida es alterna, los motoresque se diseñan para corriente alterna son muchos.Los motores de corriente alterna son ideales para trabajar a velocidadconstante, porque en ellos la velocidad esta determinada por la frecuencia de lacorriente alterna aplicada a los terminales de los mismos.Los motores de CA pueden diseñarse para funcionar con una línea monofásicao polifásica. No importa que sea monofásico o polifásico, el motor siemprefunciona en base al mismo principio. Este principio es que la corriente aplicadaal motor produce un campo magnético giratorio, el cual a su vez hace girar almotor.

ASPIRADORA - CORRIENTE ALTERNA.JAMES DYSON

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Existen motores que pueden funcionar con CA y CC se denominan motoresuniversales y se utilizan en licuadoras y maquinas de coser.

Motores universales

Se le llama motor universal al que puede funcionar con corriente continua y concorriente alterna monofásica sin que su velocidad sufra variación sensible. Losmotores universales no suelen ser de potencia superior a un caballo, y seemplean principalmente para el accionamiento de aspiradoras de polvo,molinillos domésticos, barreras y máquinas de coser.

Funcionamiento del motor universal:

Este motor está construido de manera que cuando los devanados Inducido eInductor están unidos en serie y circula por ellos una corriente, se forman dos

ASPIRADORA ROBOT 2000 - CORRIENTECONTINUA.

JAMES DYSON

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flujos magnéticos que al reaccionar provocan el giro del rotor, tanto si la tensiónaplicada es continua ó alterna.

Gobierno de velocidad de los motores universales:

Puede conseguirse intercalando en el circuito del motor una resistencia enserie, utilizando un arrollamiento inductor con tomas ó derivaciones, o bienmediante un mecanismo centrífugo.

Gobierno por resistencia:

La velocidad de los motores universales pequeños, como por ejemplo, los quese emplean en máquinas de coser, pueden gobernarse mediante una pequeñaresistencia variable conectada en serie, como se indica en el esquema.

Gobierno por arrollamiento inductor con tomas o desviaciones:

En algunos motores universales se gobierna la velocidad sacando derivacioneso tomas de un arrollamiento inductor, como se muestra en la figura, con ellavaría la intensidad del campo inductor y por tanto la velocidad.

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Motor trifásico:

En el motor eléctrico trifásico, el circuito magnético del estator esta formado porchapas apiladas con ranuras longitudinales, donde se alojan tres devanadosuniformemente distribuidos a lo largo del mismo. Estos devanados, uno porfase, están desfasados 120 grados eléctricos, se alimentan con una redtrifásica de corriente alterna senoidal y producen un campo magnético giratorioen el entrehierro del rotor.

Identificación de terminales:

Para invertir el sentido de giro de un motor trifásico basta con permutar entre sidos terminales cualquiera del mismo, o bien dos fases cualquiera de la red dealimentación.

Gira a la derecha Gira a la izquierda

En la industria normalmente seencuentran ubicados los bornes delas bobinas como aparecen en lasiguiente figura; para facilitar lasconexiones en estrella y delta

U1 V1 W1

W2 U2 V2

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Conexión en estrella:

Consiste en unir los finales de tres bobinas del estator (U2, V2, W2),alimentando solamente sus principios (U1, V1, W1) con las tres fases (R -S- T)de manera que cada bobina recibirá una tensión equivalente a la tensión defase.( Tensión de línea por 3 ).

Conexión en delta o triángulo:

Consiste en unir el principio de una bobina con el final de la siguiente (U1 - V2,V1 - W2, W1 - V2), energizando los tres puntos de unión que se obtienen conlas tres fases, de tal manera que cada una de las bobinas recibirá una tensiónequivalente a la tensión de línea o tensión entre fases.

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Control de motores

Para el control de motores se utilizan los reles y contactores.

El Rele (Relay):

Uno de los dispositivos electromecánicos más útiles es el rele. Se trataverdaderamente de un interruptor eléctrico que emplea una pequeña corrienteeléctrica en un circuito para controlar una gran corriente en otro.Un rele tiene cuatro partes principales:

Los contactos La armadura El electroimán El resorte

Los contactos son piezas metálicas, por las que pasa la corriente mayor. Laarmadura es la pieza móvil que realiza la acción conmutadora de contactos; sehace de hierro dulce.El electroimán consiste de una bobina de alambre, devanada en torno a unnúcleo de hierro dulce. Cuando pasa una corriente eléctrica pequeña por labobina, el núcleo de hierro se magnetiza y atrae la armadura, haciendo que semueva, y cierra los contactos.El resorte aleja la armadura del electroimán, cuando no fluye corriente en labobina del electroimán.

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Símbolo Rele Rele desarmado

Bobina

Los reles se consiguen comercialmente de varios voltajes y tanto de corrientealterna como de corriente continua. Los voltajes de la bobina más comunes son5V, 12V, 24V,110V y 220V.Los reles traen uno o mas contactos. Un rele garantiza el aislamiento eléctricoentre la parte de control y la parte de potencia.

Ejemplo de aplicación

En el circuito anterior se ve como la bobina se energiza a 12V y es capaz decontrolar un motor que trabaja a 110V.

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¿Cómo identificar las "paticas" de un rele?

Los reles se consiguen comercialmente de uno, dos, tres, cuatro o hasta mascontactos.En este curso utilizamos reles de uno o dos contactos. Algunas veces en lamisma carcaza vienen identificados todos los terminales, o los traen dibujadosen el mismo rele.

NC: Normalmente cerradoNO: Normalmente abiertoC: Común

Cuando la bobina (RL) del rele no está energizada el terminal NC (cerrado) y elC (común) se comportan como un suiche cerrado (cero ohmiosaproximadamente) y entre el terminal NO (abierto) y C (común) tenemos unsuiche abierto (Resistencia infinita).La Bobina (RL) se comporta como una resistencia cuyo valor puede cambiarentre 40Ω y 2KΩ, dependiendo de la cantidad de vueltas y el calibre delalambre con el que está hecha.Con la ayuda del multimetro podemos identificar sus terminales; seleccionamosla función para medir resistencias y medimos entre las diferentes "paticas",siempre encontraremos dos terminales que miden entre 40Ω y 2KΩ, estos dosterminales serán la bobina del rele. Continuamos con la medición yencontraremos 2 terminales que marcan cero ohmios aproximadamente, estosson el NC (cerrado) y el C (común).Para identificar cual de estos terminales es el C (común) debemos energizar labobina del rele y seguir midiendo resistencia entre NC (cerrado) y C (común),luego entre uno de estos terminales y el restante.El comportamiento del rele debe ser contrario al momento en que la bobina deeste estaba desenergizada.

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Contactores

Lo contactores se utilizan principalmente en el control de motores trifásicos.Veamos algunos elementos utilizados en control con sus respectivos símbolos.

1) Manuales : Los que necesitan de un operario para su funcionamiento.

Interruptores: Son dispositivos, con bajo poder de corte, empleados paraabrir y/o cerrar circuitos, necesitándose en cada una de estas operaciones,la acción directa del operario.

Pulsadores: Aparatos con bajo poder de corte. Se diferencian de losinterruptores porque cierran o abren circuitos, solamente mientras actúesobre ellos alguna fuerza exterior, recuperando su posición inicial (dereposo) tan pronto cese dicha fuerza por acción de un muelle.

Pulsador Normalmente Cerrado (NC)

Pulsador Normalmente Abierto (NO)

n
Pulsador de Conexión - Desconexió
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Automáticos :Son dispositivos para abrir y/o cerrar circuitos bajo carga, enfunción de valores que adquieren ciertas magnitudes físicas, comotemperatura, presión, espacio, tiempo, etc. No necesitando la acción de unoperario para su funcionamiento.En este grupo de aparatos de maniobra automáticos tienen particularimportancia, sobre todo en controles y automatismos, los contactores.

El contactor: Es un interruptor accionado o gobernado a distancia por mediode un electroimán.Partes

• Carcaza

• Circuito electromagnético: * bobina* Núcleo* Armadura

• Contactos 1. principales

2. Auxiliares A. Normalmente Abiertos (NO)B. Normalmente Cerrados (NC)

Pulsadores

Pulsadorpara timbre

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La bobina es un arrollamiento de alambre, con gran numero de espiras, que alaplicársele tensión crea campo magnético.El flujo magnético genera un par electromagnético superior al par resistente delos muelles que separan la armadura del núcleo, de manera que estos puedanjuntarse estrechamente.

Actualmente sus bornes se designan con las siguientes letras:Contactos:

Los contactos son elementos conductores que tienen por objeto establecer ointerrumpir el paso de corriente ya sea en el circuito de potencia o en el circuitode mando, tan pronto como se energice la bobina (contactos instantáneos).

Contactos Principales:

Son contactos instantáneos cuya función especifica es establecer ointerrumpir el circuito principal, el cual transporta la corriente desde lared a la carga, por lo tanto deben estar debidamente calibrados ydimensionados para permitir el paso de las intensidades requeridas porla carga sin peligro de deteriorarse.

Contactos Auxiliares:

Son aquellos contactos cuya función específica es permitir o interrumpirel paso de corriente a las bobinas de los contactores o a los elementosde señalización, por lo cual están dimensionados únicamente paraintensidades bajas.

Símbolos: Contacto Auxiliar NO Contacto Auxiliar NC

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Para identificar plenamente un contacto auxiliar se usa en primer lugar lamisma marca de contactor al cual pertenece, ubicada al lado izquierdo delsímbolo, y en segundo lugar unos índices.

Funcionamiento del contactor:

Cuando la bobina es recorrida por la corriente eléctrica, genera un campomagnético intenso, de manera que el núcleo atrae la armadura con unmovimiento muy rápido. Al producirse este movimiento, todos los contactos delcontactor (tanto principales como auxiliares) cambian de posiciónsolidariamente: los contactos cerrados se abren y los contactos abiertos secierran.Para volver los contactos a su posición inicial de reposo basta condesenergizar la bobina, para que los resortes retornen al núcleo.

Reles de tiempo o temporizadores:

Son aparatos en los cuales se abren o cierran determinados contactos,llamados temporizados, al cabo de un tiempo, debidamente preestablecido, dehaberse abierto o cerrado su circuito de alimentación.

Clasificación de los temporizadores según la forma de temporizar:

Temporizar al trabajo: Aquel cuyos contactos temporizados actúandespués de cierto tiempo de haber sidoenergizado.

Temporizador al reposo: En este tipo de temporizador, los contactostemporizados actúan como tales, después decierto tiempo de haber sido desenergizado.

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Elementos de señalización:

Son aquellos dispositivos cuya función es indicar o llamar la atención sobre elcorrecto funcionamiento o paros anormales de las maquinas.El laboratorio cuenta con elementos luminosos, llamados pilotos, para señalizarlas diversas operaciones.

Elementos de protección y maniobra:

Son dispositivos cuya finalidad es proteger una carga, los aparatos demaniobra y la instalación en sí, contra posibles daños producidos por el pasode intensidades inadecuadas.

En el laboratorio se cuenta con reles térmicos y fusibles. Los reles térmicos sonelementos de protección contra sobrecargas (debe usarse para una fase), cuyoprincipio de funcionamiento se basa en la deformación de ciertos materiales(bimetales) bajo el efecto del calor, para accionar, cuando este alcance ciertosvalores, unos contactos auxiliares que desenergicen todo el circuito y energicenel elemento de señalización.

Símbolo

Símbolo:

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DEPARTA

Práctica en los bancos:

- Montar los cinco circuitos de la guía. Estos se explicaran en clase.

1. 2.

3.

Circuito deControl

MENTO DE INGENIERIA DE DISEÑO DE PRODU

Circuito dePotencia

CTO 59

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DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE DISEÑO

4.

5.
Circuito dePotencia
DE PRODUCTO 60

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Transistores bipolares

Un diodo puede controlar la dirección de la corriente y la cantidad y polaridaddel voltaje que se aplica a través de todo un circuito. Sin embargo, no puedeamplificar la corriente o voltaje.Los sistemas electrónicos en general necesitan amplificación de corriente ovoltaje para desarrollar suficiente energía y producir un trabajo útil. Untransistor es un dispositivo semiconductor que puede proporcionar estaamplificación. Un transistor también puede funcionar como un rele paraconectar un circuito de corriente intensa o desconectarlo, en respuesta a unaseñal de voltaje que cruza un circuito débil.

Encontramos dos tipos de transistores, los NPN y los PNP, según sea el ordende sucesión de las diferentes zonas. El multimetro nos ayuda a identificarlos,ver pagina 17.

Transistor PNP:

Transistor NPN:

Los transistores NPN son los más utilizados.

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El transistor como interruptor:

La siguiente figura muestra la resistencia de carga colocada en el circuito delcolector y en serie con este. El voltaje de entrada Vin determina cuando eltransistor como interruptor se encuentra abierto, impidiendo el flujo de corrientepor la carga, o cerrado, permitiendo el flujo de corriente. Cuando Vin es unvoltaje bajo, no hay flujo de corriente por la unión base – emisor.Con una corriente de base nula, no hay corriente de colector, y por tanto, nocirculara corriente por la carga.Bajo esta condición el transistor opera como un interruptor abierto en serie conla carga. Cuando un transistor opera de esta manera se dice que esta cortadoo en corte.

Cálculos relacionado con el transistor como interruptor:

Un transistor como interruptor se supone en corte, cuando Vin esta por debajode 0,6V si el transistor es de silicio. Esto asegura que no fluye corriente debase por el transistor, porque se necesita como mínimo 0,6V de polarizacióndirecta de la unión base – emisor para que exista corriente a través de ella.

Para energizar (dar corriente a la carga) el transistor debe operar como uninterruptor cerrado. Esto se consigue elevando Vin a un valor suficientementealto para llevar el transistor a saturación. La condición de saturación es aquellaen la cual la corriente de colector es lo suficientemente grande para que todo elvoltaje de alimentación, Vcc aparezca, en los terminales de la resistencia decarga. Idealmente, esta corriente de colector esta dada por la expresión:

La corriente de base viene dada por la expresión:

ac

ccsatc R

VIarg

)( =1

caraga

CCsatCsatB R

VII

•==

ββ)(

)(2

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La cual relaciona las corrientes directas de colector y base. El termino ßsignifica la ganancia del transistor.

De todas maneras para cerrar el interruptor, Vin debe ser lo suficiente, paraentregar la cantidad de corriente de base necesaria de acuerdo con la ecuación2.Dado que el circuito de base es simplemente una resistencia en serie con launión base – emisor, Vin puede calcularse a partir de:

Vin = I ß(sat) RB + 0,6V

En resumen, un transistor puede operar como un interruptor mecánico en seriecon la carga; esto significa que la acción de abrir o cerrar el interruptor, laejecuta el voltaje de entrada.

Ejemplo:

En la figura cual es la magnitud del voltaje de entrada para cerrar el interruptor(saturar el transistor)? Cuanta corriente circula por la carga cuando estosucede? Cuál es la magnitud de la corriente de base necesaria?

Suponga que el bombillo tiene una resistencia de 16 Ω y el transistor un β =150.

Solución:

De la ecuación 1 en saturación, la totalidad de la fuente de alimentación esaplicada a la carga, de modo que

VRRVV

ac

BccIN 6,0

arg

+•

•=

β3

AVRVI

ac

CCsatC 5.1

1624

arg)( =

Ω==

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De la ecuación 2

El voltaje de entrada esta dado por:

Circuitos con transistores:

El primer circuito se muestra un transistor controlando 3 leds en formasimultanea, el segundo ejemplo un transistor manejando un motor de corrientecontinua y el tercer ejemplo un transistor manejando un rele.

En conclusión para que un transistor (NPN) conduzca (se comporte como unsuiche cerrado), se deben garantizar las siguientes condiciones:

1. El voltaje base - emisor debe ser mayor ó igual a 0.7V.2. Asumir que ß (la ganancia del transistor) realmente es ß/5, es decir, que si

el transistor tiene un ß = 200, en el diseño asumimos que el transistor tieneun ß = 40, es decir que la misma corriente de base debe ser (ß/5).

mAVRVI

ac

CCsatB 10

)16)(150(24

arg)( =

Ω=

•=

β

VkmAVRIV BsatBIN 6,10)1)(10(6,0)( =Ω=+=

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Cuando tenemos muy poca corriente para activar una carga, se puede utilizardos transistores formando un transistor Darlington como se indica en lafigura.• Su forma externa es igual a la del regulador de voltaje.

En este caso el ß total es igual al ß del primer transistor por el ß del segundotransistor.

ß Total = ß1 ⋅ ß2

Comercialmente existen transistores Darlington que ya traen este arreglo y lasganancias normalmente oscilan entre 1000 y 3000, por ejemplo el transistorTip122.

Sensores

Fototransistory Fotodiodoencapsulados

Magnético

Fotorresistencia

TransistorDarlington

FototransistorFotodiodo


En electrónica cuando se esta controlando un proceso se necesitan señalesque nos indiquen como esta el proceso, de esta función se encargan los

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sensores, por ejemplo si queremos controlar la temperatura de un horno,debemos tener un sensor de temperatura que me indique en todo momentocual es la temperatura del horno y en base a esta información poder encendero apagar la resistencia que aumenta la temperatura del horno.

Sensores inductivos:

Son sensores que detectan cuando un metal se acerca al sensor, funcionacomo un detector de proximidad de metales, la distancia a la que sensa es muypequeña.

Interruptores de posición:

Los interruptores de posición, llamados también fines de carrera omicrosuiches, son detectores de proximidad de tipo electromecánico dotadosde uno o varios contactos eléctricos. En el momento de accionar la cabeza delinterruptor los contactos cambian de estado y solo vuelven a su estado originalcuando retrocede o se aleja el móvil que había provocado su accionamiento.Su forma externa se muestra en la figura:

Detectores de proximidad magnéticas:

En ocasiones se necesita detectar el paso de un objeto por una posicióndeterminada; ello se puede lograr colocando en el objeto un imán y detectandosu campo magnético cuando pasa frente al sensor, el sensor consiste en doslaminas metálicas un poco separadas al acercarse el imán el campo magnéticocierra los contactos del sensor magnético.

INTERRUPTORES DE POSICIÓN - MICROSUICHES

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Sensor de temperatura bimetálico:

El principio de funcionamiento de los bimetalicos se basan en la dilatación queexperimentan dos metales al calentarse. La longitud de una platina metálicavaria linealmente con la temperatura.

Cuando aumenta la temperatura la lamina se curva como se indica en la figura,debido a la dilatación desigual que experimentan los dos metales.

Fotorresistencias: Son sensores que varían la resistencia con la luzEl símbolo es:

Sensores ópticos (fotodiodo y fototransistor):

Esta compuesto por la pareja fotodiodo que emite luz infrarroja y unfototransistor que es activado por la luz infrarroja.

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Algunos circuitos con sensores:

Explicación:Cuando hay luz la fotorresistencia debe garantizar que el voltaje base - emisores menor de 0,7V, por lo tanto el transistor no conduce, el rele no se activa y elbombillo tampoco. Cuando hay oscuridad el voltaje base - emisor sube porencima de los 0,7V; lógicamente el transistor conduce, el rele se activa ymientras permanezca la oscuridad el bombillo se mantendrá encendido.

Explicación:Cuando el imán esta cerca el sensor se comporta como un suiche abierto,ocasionando que el transistor no conduzca, porque el voltaje base - emisor escero voltios, cuando el imán se aleja, el sensor se comporta como un suichecerrado, haciendo conducir el transistor y activando al mismo tiempo el buzzer.(emite un sonido)

Circuito utilizado en lospostes de luz pública.

Circuito utilizado comoalarma en ventanas ypuertas.

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Transistores: (Ejercicios)

Cuando queremos encender un elemento como un motor , un rele, etc, con untransistor, necesitamos ciertos datos para poder realizar los cálculosmatemáticos.Supongamos que queremos encender un motor que funciona a 12V y consumeuna corriente de 100mA, con una señal de 5V. ¿Que resistencia de base senecesita si el β del transistor es 200?

Como podemos ver, el motor queda en el colector y los 100mA serán lacorriente del colector (IC), el ß teórico del transistor es 200, por lo tanto el ßpráctico es ß/5 = 200/5 = 40. Utilizando las fórmulas dadas anteriormentepodemos calcular la IB y luego la RB.

IB = 40Ic =

40100mA = 2.5mA

RB = AVV

0025.07.05 − = 1720

Antes de calcular la RB, la IB se pasa de miliamperios (mA) a amperios (A).

2.5mA = 0,0025A

Para pasar de mA a A, solo debemos correr el punto 3 dígitos a la izquierda.Veamos otro ejemplo sencillo.

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¿Entre que valores de la resistencia variable de 5KΩ enciende el led?Antes de comenzar a analizar el problema debemos tener en cuenta las doscondiciones básicas para que un transistor conduzca.

1. El VB debe ser ≥ 0.7V

2. β práctico ≥ IbIc ( β práctico = β teórico/5 )

Como primer paso hallamos la IC.

IC = Ω

−330

5.15 VV = 0,010 A

Para que el transistor conduzca el VB tiene que ser ≥0.7V. Cuando el transistorconduzca la corriente siempre seguirá el camino más fácil, por lo tanto elcircuito equivalente cuando el transistor conduce, es el siguiente:

En este caso nos interesa hallar la IB, por lo tanto solo nos concentraremos enel circulo equivalente, como ya sabemos, entre la base y el emisor tenemos undiodo, como se muestra en la figura.

IB = Ω

−K

VV1

7.05 = 0,0043A

Cuando el voltaje en la base VB es < 0.7V, no circula corriente por la base y elcircuito equivalente es el siguiente:

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La pregunta que nos hacen es entre que valores de la resistencia de 5KΩ eltransistor conduce. Cuando el transistor conduce el VB = 0.7V y la corriente debase es 0.0043A . Como la corriente en un circuito serie es la misma, partiendode la corriente de base podemos hallar el valor de la resistencia variable de5KΩ en el momento en que el transistor conduce.

R = A

V0043.0

7.0 = 162.79Ω

Esto significa que cuando la resistencia variable tome valores de 162.79Ω a5KΩ el transistor conduce, porque a partir de 162.79Ω el VB es 0.7V.

Ahora comprobemos la otra condición para que transistor conduzca.

β práctico ≥ IbIc

β práctico = 5

200 = 40

40 ≥ AA

0043.0010.0 = 2.32

Esta condición también se satisface, por lo tanto podemos decir que eltransistor conduce cuando la resistencia variable toma valores entre 162.79Ω y5KΩ.

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Circuitos con sensores

Fotorresistencia:

La idea es aprovechar la variación de la resistencia con la luz para activar untransistor y a su vez con el transistor podemos encender un led o rele. Elcircuito se muestra a continuación:

En este circuito cuando hay luz la fotorresistencia tiene un valor pequeño ycuando no hay luz el valor de la fotorresistencia aumenta. La idea básicamente es garantizar que cuando haya luz, el transistor secomporte como un suiche abierto y por lo tanto el rele no se active y elbombillo permanezca apagado. Cuando no hay luz el transistor se comportacomo un suiche cerrado, el rele se activa y el bombillo se enciende. Paradiseñar este circuito debemos medir inicialmente la fotorresistencia con luz.Supongamos como ejemplo que la fotorresistencia midió 800Ω. Si queremosgarantizar que cuando haya luz el transistor no se activa (suiche abierto) elvoltaje en la fotorresistencia debe ser menor de 0.7V. Podemos suponer que elvoltaje en la fotorresistencia con luz es 0.4V y que por ley de Ohm, hallamos lacorriente que circula por la fotorresistencia.

I = Ω800

4.0 V = 0.0004A

Ahora, si en la resistencia quedan 0.4V, en la resistencia R, que vamos acalcular se debe quedar el resto, es decir, 5V – 0.4V = 4.6V y como en uncircuito en serie la corriente es la misma, entonces el valor de la resistencia Rlo hallamos por la ley de Ohm.

R = IV =

AV

0004.06.4 = 11500Ω

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Fotodiodo y fototransistor encapsulados

Internamente encontramos el foto diodo y el fototransistor:

Básicamente lo que se pretende es que al interrumpir el rayo de luz que emiteel fotodiodo, el transistor deje de conducir (suiche abierto). El circuito quedaríade la siguiente manera:

En este circuito el led siempre esta encendido y cuando se interrumpe el rayode luz que emite el fotodiodo, el led se apaga.

El valor de R1 y R2 lo calculamos así:

R1 = IVV 5.15 −

Queremos que por el fotodiodo circule una corriente de 15mA.

R1 = 015.0

5.15 VV − = 233Ω

Si por R2 queremos que circule 10mA

R2 = 010.0

5.15 VV − = 350Ω

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Circuitos integrados

Un circuito integrado es un circuito electrónico muy completo de tal vez variosmiles de transistores y otros dispositivos, todos formados en una pequeñapastilla (CHIP) de silicio.

Identificación de los pines:

Todo circuito integrado tiene una “muesca” que nos permite identificar lospines, como se indica en la figura. Cada circuito integrado se encuentra enmanuales donde aparece el nombre de cada uno de los pines.Los pines de alimentación se encuentra en los manuales identificados de lasiguiente manera:

Voltaje positivo VCC o VDDVoltaje negativo VSS o GND

En los circuitos integrados digitales existen dos tecnologías, la tecnologíaCMOS y la TTL, los circuitos integrados TTL se identifican por la serie 74XX yfuncionan a 5V fijos, mientras que los circuitos integrados CMOS tienen la serie40XX y pueden trabajar en un rango de voltajes de 3V a 15V.En los manuales de los fabricantes se encuentra la información de cada circuitointegrado. Cada circuito integrado funciona de una manera especifica y sepueden utilizar en diferentes aplicaciones, de acuerdo a los elementos externosque se conecten a el.

MUESCA

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Compuertas lógicas

Veamos como encontramos el circuito integrado 74LS32 en los manuales:

Este circuito integrado equivale a 4 compuertas OR integradas en un solo chip.

Compuertas lógicas:

Las compuertas lógicas nos sirven para diseñar circuitos combinacionales, eneste curso se tendrá un primer contacto con los circuitos integrados.

Compuerta lógica AND: (74LS08)

Antes de analizar el funcionamiento de la compuerta AND veamos un circuitoeléctrico equivalente y que seguramente todos ya conocemos:

El circuito es el equivalente a dos suiches en serie con un bombillo. Podríamosdeterminar que posibles combinaciones se pueden presentar, para este casollenaremos una tabla de verdad.

SW1 SW2 BombAbierto Abierto ApagadoAbierto Cerrado ApagadoCerrado Abierto ApagadoCerrado Cerrado Encendido

Ahora podemos asumir que cuando un suiche está cerrado es equivalente a "1"y cuando está abierto a cero "0". Lo mismo hacemos con el bombillo encendido= "1", apagado = "0".

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La tabla quedaría de la siguiente manera:

Tabla de verdad:SW1 SW2 Bomb

0 0 00 1 01 0 01 1 1

Un "1" equivale a 5V para lógica TTL y un "0" equivale a cero voltios.Un "1" significa activado, un "0" desactivado.Podemos sacar una conclusión:El bombillo se enciende solo si el SW1 y el SW2 están cerrados o estan enuno.En forma general La compuerta AND equivale a "1" si todas las entradas son"1".

Símbolo de la compuerta AND:

Se escribe SW1 . SW2 = Bomb

AND

Compuerta OR: (74LS32)

El circuito eléctrico equivalente son dos suiches en paralelo con un bombillo.

Tabla de verdad:SW1 SW2 Bomb

0 0 00 1 11 0 11 1 1

En forma general La compuerta OR equivale a "1" si cualquiera de lasentradas es "1", o dicho de otra forma si la salida equivale a cero "0", todas lasentradas con cero.

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Símbolo de la compuerta OR:

Se escribe SW1 + SW2 = Bomb

Compuerta NOT o inversor: (74LS14)

A Q1 00 1

A = EntradaQ = SalidaLa salida es lo contrario de la entrada, es decir la salida se invierte.

Símbolo de la compuerta NOT:

Se escribe Ā = Q

Compuerta NAND: (74LS00)

Es todo lo contrario a la compuerta AND, es decir es la compuerta AND más uninversorSímbolo

Tabla de verdad:A B Q

0 0 10 1 11 0 11 1 0

Se escribe Q = A . BLa salida es " 1" si cualquiera de las entradas es cero.

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Compuerta NOR: (74LS02)

Es todo lo contrario a la compuerta OR, es decir es la compuerta OR mas uninversor.

Tabla de verdad:A B Q

0 0 10 1 01 0 01 1 0

Se escribe Q = A + BLa salida es "1" si todas las entradas son cero.

Existen otras dos compuertas lógicas que no se explicaran en este curso. Lacompuerta XOR y la compuerta XNOR.

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Punta lógica:

Se utiliza para medir niveles lógicos "0" ó "1"

Circuito integrado LM555:

Este circuito integrado lineal fue lanzado por signetics. Su empleo inicial fue deproducir retardos de tiempo de precisión, sin embargo, muy pronto tuvo unagran variedad de aplicaciones.

La distribución de pines es la siguiente:

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DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE DISEÑO DE PRODU

555 como temporizador:

El tiempo durante el cual permanece encendido el led D1, esta dado por:

t1 = 1,1(R3 + P). C1

La resistencia R2 (4.7 KΩ) tiene como objetivo fijar un nivel, es decir que entodo momento haya un voltaje positivo en el pin 2 y solo cuando se oprima elpulsador (NO) llegue un voltaje negativo (GND).La resistencia R1 (330Ω) limita la corriente del diodo D1. R3 (1MΩ), C1 (1uF).

555 como oscilador:

La formula aproximada de la frecuencia es:

F = 0,72/RB.C

En el laboratorio se diseñaran aplicaciones con otros circuito

R1 (330Ω)RA (100KΩ)RB (1MΩ)C (1uF)

CTO 80

s integrados.

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Sistemas de numeración

Números decimales:

Nosotros estamos acostumbrados a trabajar con el sistema decimal porqueusamos los números decimales cada día.Aunque los números decimales son triviales, muchos no entienden suestructura de pesos.

En el sistema decimal cada uno de los diez dígitos, de 0 a 9 representan unadeterminada cantidad. Los diez símbolos (dígitos) no lo limitan a expresarsolamente diez diferentes cantidades, ya que usamos varios dígitos en lasposiciones adecuadas dentro de un número para indicar la magnitud de lacantidad. Por ejemplo si queremos representar el número 54 no se podráexpresar con un solo digito, el número 5 representa la cantidad cincuenta y el 4la cantidad cuatro.

(5 x 10) + (4 x 1) = 54

La posición de cada digito en un número decimal indica la magnitud de lacantidad representada y se le puede asignar un peso, como se indica:

........104 103 102 101 100

El valor de un número decimal es la suma de los dígitos después de habermultiplicado cada digito por su peso.

Números Binarios:

Bit: Es un estado lógico "0" ó "1". Un Bit puede estar activado = 1 ódesactivado = o.El sistema decimal con sus diez dígitos es un sistema en base diez; el sistemade numeración binario es simplemente otra forma de contar, solo se poseendos símbolos (0 ó 1) y es en base dos. Los dos dígitos binarios (bits) son 1 y 0.La posición de un 1 ó un 0 en número binario indica su peso o valor dentro delnúmero, así como la posición de un digito decimal determina el valor de esedigito. Los pesos de un número binario están basados en las potencias de dos.

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........24 23 22 21 20

Por ejemplo el número binario 1101...

1101

1 x 23 + 1 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20

8 + 4 + 0 + 1 = 13

...equivale al número 13 en decimal.

Veamos la forma de representar los números decimales de 0 a 15 en binario.

NúmeroDecimal

NúmeroBinario

0 00001 00012 00103 00114 01005 01016 01107 01118 10009 1001

10 101011 101112 110013 110114 111015 1111

El sistema binario es muy importante ya que las señales en los computadoresfinalmente se convierten a unos y ceros para poder ser procesadas.

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Código BCD:

Cuando números, letras o palabras se representan por medio de un grupoespecial de símbolos, este proceso se denomina codificación y al grupo desímbolos se le conoce como código.

Cualquier número decimal se puede representar en binario. Los sistemasdigitales emplean alguna forma de números binarios para su operación interna,pero significa que las conversiones entre los sistemas decimal y binario puedenhacerse largas y complicadas si se trabaja con números grandes. Por estarazón, un medio de codificación de números decimales que combina algunascaracterísticas de los sistemas decimal y binario se emplea en ciertassituaciones. Para nosotros es mucho mas fácil entender el sistema BCD quebinario y convertir un número de BCD a decimal.

Código decimal codificado en binario:

Si cada digito de un número decimal se representa con su equivalente binario,esto produce un código especial llamado decimal codificado en binario (BCD).Ya que un digito decimal puede ser tan grande como 9, se necesitan 4 Bitspara codificar cada digito (el código binario correspondiente a 9 es 1001).Como ejemplo veamos el 874, cada digito se cambia por su equivalente enbinario.

8 7 4

1000 0111 0100

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Veamos como representar los números de 0 a 15 en BCD.

NúmeroDecimal

NúmeroBCD

0 00001 00012 00103 00114 01005 01016 01107 01118 10009 1001

10 0001 000011 0001 000112 0001 001013 0001 001114 0001 010015 0001 0101

Para visualizar los números en un display se debe utilizar un decodificadorBCD a 7 segmentos.Uno de los decodificadores que se consigue comercialmente es el 741547 quese conecta a un display de ánodo común.

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Contadores

Un contador es un circuito que permite contar eventos. Tiene una entrada dereloj (clk) que permite incrementar o decrementar en uno con cada pulso delreloj.Existen contadores Binarios y BCD.El contador 4029, es un contador que permite seleccionar conteo ascendente odescendente y cargar un número para iniciar el conteo.El pin U/D permite seleccionar conteo ascendente o descendente. Con U/D en"1" el conteo ascendente y con U/D en "0" descendente.El pin B/D permite seleccionar conteo en binario o BCD. En bajo el conteo esen BCD y en alto en Binario.El pin PE permite cargar un valor de inicio, en alto carga el valor que se tieneen las entradas P0, P1, P2, P3 y en bajo no carga el número.

Las salidas del contador son Q0, Q1, Q2 y Q3.

Circuito en la siguiente página...

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Bibliografía:

• Electricidad BásicaVan Valkenburgh, Nooger & Neville, Inc

• Electrotecnia de potencia, curso superiorWolfgan Muller

• Controles y automatismos eléctricos, Teoría y practicaLuis Flower Leiva

• Practicas de ElectricidadPaul B. Zbar

• Electrónica Industrial, Dispositivos y sistemasTimothy Maloney

• Enciclopedia de electrónica básica, volumen 2

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ANEXOS:

MANUAL DEL COCODRILO

¿Qué es? Es un programa (software) que permite simular y probar sistemas eléctricosy circuitos electrónicos, sin tener que ir directamente a la práctica física. Suayuda es indispensable, ya que en caso de haber diseñado mal el sistema,esto nos lo dice directamente en el computador.

Iconos del programa:Si le damos "click"(izquierdo) a uno de estos iconos, aparecerá otra barracon opciones relacionadas.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16

Opciones relacionadas:

1. El Cocodrilo hace la función de suprimir.2. Fuentes de voltaje: Tipos de fuentes, Fuente variable, Línea de voltaje

+, Línea de voltaje 0, Tierra, Línea de voltaje -, Fin de línea.3. Suiches: Una línea, Para oprimir, Dos líneas, Relay.4. Resistencias variables: Flotador, Térmica, Lumínica, Lumínica

dependiente, Foto transistor con lámpara variable, Opto aislador,Variable, Potenciómetro, Fusible.

5. Resistencias fijas: Resistencias Fijas, Inductores, Capacitadores,Capacitadores Eléctricos, Transformador.

6. Transistores: Transistores NPN / PNP, Diodos.7. Compuertas lógicas: Reloj, Entrada y Salida lógica, (varios tipos de

compuertas).

Cocodrilo.exe

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Circuitos integrados: Flip - Flop, Timer, Amplificadores operacionales.8. Generadores de señal y sonido: Onda (seno, cuadrada, triangular),

Buzzer (zumbidor), Parlante, Gravar, Tocar, Detener, Pausa.9. Luces: Lámpara, Led (rojo / amarillo / Verde), Display.10. Componentes mecánicos: Motor (Normal, Velocidad, Torque), Rueda

voladora, Engranaje, Conductor de cadena, Piñón y rejilla, Generador,Válvula solenoide, Fuerza, Masa, Elasticidad, Micro suiche.

11. Chequeador de voltaje: Chequeador de voltaje.12. Osciloscopio: Osciloscopio.13. Borrador de datos: Borrador de datos.14. Pausa: Pausa.

Circuito en serie con 2 resistencias:

1. Llamamos las resistencias, se ubican y le cambiamos el valor con doble"click"(izquierdo) en el número.

2. Llamamos la fuente, para alambrar "clickiamos"(izquierdo) y ...

3. El voltímetro es autorango. Quiere decir que automáticamente cambia laescala.

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4. Para medir corriente = I, interrumpimos la línea. El valor delamperímetro varia deacuerdo a las resistencias.

Circuito suiche con un bombillo:

Apagado Prendido

El bombillo explota cuando se le pide un valor mayor a 9V. Para cambiar elvalor, solo debemos "clickiar"(izquierdo) sobre el número.

Para reemplazar el bombillo, lo suprimimos y...

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Circuito con I alterna (Ca):

Se mide con el Chequeador de voltaje...

...se elige la opción del Osciloscopio (mide voltajes y frecuencias, pero lomás importante es que nos muestra la forma de la onda) y...

Circuito con I continua (Cc):

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Nota: La frecuencia en la red eléctrica de Colombia es de 60Hz.

Señales lógicas:

Puede tener 2 estados (1 ó 0), simulan circuitos digitales.

Simulan una entrada lógica = 1 ó 0 Muestra el estado de una salidalógica

Ejemplo: Funciona al "clickiar"(izquierdo) el recuadro. Igual a 0 Igual a 1

Prende y apaga automáticamente a una frecuencia de + ó - 1Hz. Igual a 0 Igual a 1

El Buzzer (Zumbidor):

Emite un sonido característico, una señal, cuando le llega un voltaje. Tierra

Tierra

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Listado de elementos para electrónica básica

Cantidad Descripción

10 Resistencias 330 Ω 10 Resistencias de 100kΩ10 Resistencias de 5.6 kΩ10 Resistencias de 10 kΩ1 Dip – SW de 8 suiches1 Display de cátodo común1 Circuito integrado 74LS471 Circuito integrado 40292 Circuito integrado 5552 Condensador 1 µF/50V2 Condensador de 10 µF/50V1 Condensador de 0.1 µF/50V2 Reles con bobina a 5V de dos contactos1 Motor de CC a 6V1 Fotorresistencia1 Sensor magnético1 Fotodiodo1 Fototransistor5 Transistores 2N22225 Diodo led1 Protoboard marca Wish 1021 Buzzer a 6V1 Plafón de sobreponer1 Bombillo 60W/110V1 Circuito integrado 74LS321 Circuito integrado 74LS082 Microsuiches pequeños

Elementos para la fuente de CC:

1 Caja para ensamble1 Transformador 5061 Tarjeta universal pequeña1 Condensador de 4700 µF/25V1 Puente rectificador 1.5 A redondo1 Regulador de voltaje 78051 Disipador pequeño1 Suiche balancín con piloto1 Portafusible para chasis 5 X 20mm2 Metros de cable duplex numero 16

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1 Enchufe 110V1 Pasacable2 Banana hembra (1 roja y 1 negra)2 Banana macho (1 Roja y 1 negra)4 Metros cable vehículo numero 22 ( 2 metros color negro y 2 metros color

Rojo)2 Caimán pequeño (1 Rojo y 1 negro)3 Borneras para circuito impreso

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Indice

Contenido:

Partes básicas de un circuito eléctrico Tipos de corriente

Conductores

Voltaje

CorrienteResistencia

Potencia

Resistencias

Código de colores internacional para identificación de Resistencias

Resistencias Variables

Ley de Ohm

Ley de Watt

Conexión en serie

Conexión en paralelo

Ejemplo de un circuito serie

Ejemplo de un circuito paralelo

Circuito mixto

El Protoboard

Tarjeta Universal

Instrucciones para el manejo del multimetro digital Aplicaciones de conexión en serie y en paralelo

Las luces navideñas

Pág.

23455667899

1010111213131414

15 – 17181818

19 – 202121212223

24

2425252627

27 – 293031

32 – 3333 – 34

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La estufa eléctrica

El control

Sistemas de distribución eléctrica

Sistema Bifilar – Monofásico

Sistema Trifilar – Bifásico

Sistema Tetrapolar – Trifásico

El breaker

La conexión de un bombillo con un suiche, partiendo de la caja debreaker La conexión de un tomacorriente 110V, partiendo de la caja debreaker Conexión del tomacorriente de la estufa eléctrica

Suiche escalera

Fusibles

Instalaciones eléctricas

Consumo de potencia de algunos electrodomésticos Plano de conexiones de un apartaestudio para un Ingeniero de Diseño

Fuentes de corriente continua

El transformador Circuitos de Rectificación Rectificador monofásico de media onda Puente rectificador monofásico Condensadores Circuitos de filtrado

Suiches

Led (diodo emisor de luz)

Cautín Display de leds Display de puntoEl motor eléctrico Motor de corriente continua

34 – 353536

36 – 3838 – 3939 – 40

4041 – 43

4343 –4445 – 46

4647

47 – 48495050

51 – 5253

54 – 5657575858

59 – 60616161

62 – 646465

65 – 66666666676767686972737475

75 – 7676 – 77

77

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Maquinas de corriente alterna Maquinas de corriente continua Motores universales Motor trifásico Conexión en estrella Conexión en delta o triángulo El rele

¿Cómo identificar las "paticas" de un rele?Contactores

Funcionamiento del contactor Reles de tiempo o temporizadores Elementos de señalización Elementos de protección y maniobra Práctica

Transistores bipolares Transistor PNP Transistor NPN El transistor como interruptor

Circuitos con transistoresTransistor Darlington Sensores

Sensores inductivos Interruptores de posición

Detectores de proximidad magnéticas

Sensor de temperatura bimetálico Fotorresistencias

Sensores ópticos (fotodiodo y fototransistor) Algunos circuitos con sensoresTransistores (Ejercicios)Circuitos con sensoresFotodiodo y fototransistor encapsulados Circuitos integrados

Compuertas lógicas

Compuerta lógica AND

Compuerta OR

78787979808081

81 – 8283

83 – 8485 – 86

8788 – 92

9393 - 94

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Compuerta NOT o inversor

Compuerta NAND Compuerta NOR Punta lógica Circuito integrado LM555 555 como temporizador

555 como osciladorNúmeros decimales Números Binarios

Código BCD Código decimal codificado en binario Contadores Bibliografía Manual del cocodrilo Listado de elementos para electrónica básica Elementos para la fuente de CC

guia 2002 electronica

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