manual de prácticas 4° semestre electrónica

7/22/2019 Manual de prácticas 4° semestre Electrónica

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CENTRO DE BACHILLERATO TECNOL’OGICO INDUSTRIAL Y DE SERVICIO No. 50

INSTRUCTOR: Marcelino Carmona Balanzar Página 1

Dirección General de EducaciónTecnológica Industrial

DGETI

INSTRUCTOR: ING. MARCELINO CARMONA BALANZAR

Especialidad:

ELECTRÓNICA.

SEMESTRE IV

MODULO IV: MANTIENE SISTEMAS ELECTRÓNICOS OPERADOS CONMICROCONTROLADORES.

SUB MODULO II: Mantiene sistemas electrónicos de uso industrial 80 horas

Cuadernillo de prácticas del submódulo:

ELECTRÓNICA.

ALUMNO: ___________________________________________________________

Dirección General de Educación Tecnológica Industrial y de servicio





INTRODUCCIÓN AL SUBMÓDULO DE ELECTRÓNICA BÁSICA.

La carrera de Técnico en Electrónica, proporciona las herramientas necesariaspara que el alumno adquiera los conocimientos, desarrolle las habilidades ydestrezas, y asuma una actitud responsable en su ambiente de trabajo. En este

sentido aplicará los principios básicos de la electrónica realizando elmantenimiento electrónico en sistemas básicos de comunicación y sistemas decontrol industrial, con amplio conocimiento y actitud de liderazgo, contará conhabilidad para establecer relaciones interpersonales y con el medio ambiente; estaorientación se dará a través del componente profesional.

PERFILES DE INGRESO Y EGRESO

INGRESO

La carrera de técnico en electrónica demanda que el aspirante demuestre lassiguientes competencias:

Habilidad para comunicarse apropiadamente e interpretar instruccionesescritas y verbales.

Razonamiento formal que le facilite la resolución de problemas lógicos ycotidianos.

Disponibilidad para el trabajo en equipo. Aplicación de los siguientes valores: ética, responsabilidad, equidad, orden

e incorruptibilidad. Capacidad de construcción de su propio conocimiento. Respeto a los aspectos ecológicos y de protección al medio ambiente. Manejo de matemáticas básicas e instrumentos de cálculo. Utilización de las tecnologías de la información y la comunicación.

EGRESO

HORAS T P

10 2 8





El egresado de la carrera de técnico en electrónica, deberá demostrar lassiguientes competencias:

Realizar mantenimiento preventivo y correctivo a sistemas de controlindustrial que contienen controladores lógicos programables (PLC) o

microcontroladores (PICs). Realizar mantenimiento preventivo y correctivo a sistemas de comunicaciónelectrónica.

Otorgar mantenimiento preventivo y correctivo a sistemas de Televisión yradio.

Realizar programación de controladores lógicos programables (PLC). Realizar programación de microcontroladores. Diagnosticar fallas en sistemas básicos de electricidad y electrónica. Operar instrumentos de medición. Interpretar diagramas electrónicos. Simular funcionamiento de circuitos por computadora. Ofrecer servicio y atención a los futuros clientes con una visión integradora. Aplicar los valores humanos en armonía con su entorno e interactuar con

clientes para ofrecer un servicio o vender un producto. Aplicar las tecnologías de la información y comunicación relacionadas con

el diagnóstico y mantenimiento a los sistemas electrónicos básicos. Aplicar las normas de protección y cuidado al medio ambiente.

RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE ELECTRÓNICA. Mantiene sistemas electrónicos operados con microcontroladores Programa microcontroladores en aplicaciones de uso comercial Mantiene sistemas electrónicos de uso industrial

OCUPACIONES DE ACUERDO CON LA CLASIFICACI N MEXICANA DEOCUPACIONES (CMO)

5271 Ajustador de equipo electrónico

SITIOS DE INSERCIÓN DE ACUERDO CON EL SISTEMA DE CLASIFICACIÓNINDUSTRIAL DE AMÉRICA DEL NORTE (SCIAN-2007)

811219 Reparación y mantenimiento de otroequipo electrónico y de equipo deprecisión

811312 Reparación y mantenimiento demaquinaria y equipo industrial

NORMAS DE REFERENCIA:

NOM-001STPS 1999.-condiciones de seguridad e higiene en locales, instalaciones y áreasde trabajo.

NOM-004 STPS 1999. Sistemas de protección en maquinaria y equipos.





NOM- 017 STPS 2001. Equipo de protección personal.

NOM-100 STPS 1994. Extintores y contra incendio.

DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO

Módulo IVCOMPETENCIAS / CONTENIDOS POR DESARROLLARPROFESIONALES SUBMÓDULO1 Utiliza equipo, herramienta y suministros empleados en el

desarrollo de prototipos con microcontroladores 1

2 Elabora programa para microcontroladores. 13 Arma y comprueba sistemas electrónicos con

microcontroladores.1

4 Utiliza equipo, herramienta y suministros empleados en elmantenimiento de sistemas electrónicos de uso industrial.

2

5 Comprueba el funcionamiento de sistemas electrónicos de usoindustrial. 2

6 Repara fallas de funcionamiento de sistemas electrónicos deuso industrial.

2

COMPETENCIAS RELACIONADAS CON EL MARCO CURRICULAR COMÚN

DISCIPLINARES B SICAS SUGERIDAS

CE7 Hace explícitas las nociones científicas que sustentanlos procesos para la solución de problemas cotidianos.

CE9 Diseña modelos o prototipos para resolver problemas,satisfacer necesidades o demostrar principios científicos.

Competencias que se requieren para desarrollar las profesionales. Se desarrollan desdeel componente de formación básica.

COMPETENCIAS / CONTENIDOS POR DESARROLLAR

GEN RICAS SUGERIDAS

5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de manera

reflexiva, comprendiendo como cada uno de suspasos contribuye al alcance de un objetivo.

5.4 Construye hipótesis y diseña y aplica modelos paraprobar su validez.

Estos atributos están incluidos en las competencias profesionales; por lo tanto no sedeben desarrollar por separado.





Justificación

Formar al alumno para que realice el diagnóstico y reparación de fallas ensistemas básicos de electricidad y electrónica, contando con los conocimientossobre los principios de la electricidad y electrónica, así como la aplicación y uso de

los instrumentos de medición utilizados en el campo de la electrónica que lepermita realizar la tarea de manera integral para auxiliar en las tareas demantenimiento preventivo y correctivo de equipo electrónico y así dar respuesta a

las necesidades del sector productivo.

Resultado de aprendizaje

Diagnosticar fallas en sistemas básicos de electricidad y electrónica mediante laoperación de instrumentos de medición e interpretación de parámetros eléctricos yelectrónicos, al término del módulo de formación.

Duración 80 horas

Evaluación

En este módulo se evaluará la aplicación de una serie de prácticas integradoras yreparación de equipos eléctricos y electrónicos, así como con la presentación delportafolio de evidencias, en el que el alumno deberá incluir las evidencias dedesempeño, producto y conocimiento indicadas en cada una de las guíasdidácticas desarrolladas en los submódulo correspondientes.

PRACTICA Nº NOMBRE CALIFICACION





Practica 1 Análisis de respuesta transitoria con amplificadoresoperacionales

1Practica #1 “Análisis de respuesta transitoria conamplificadores operacionales”

2Indicador de temperatura con el circuito integradoLM324

3 Osciladores con Amplificador Operacional

4 Detección óptica de objetos

5 Transmisión y Recepción Serial de Información

6Control de Potencia de CD y CA con SCR

7 Control de Potencia con TRIAC

8 Relevadores

9 Lógica de Control Industrial

10

SEMESTRE IV

MODULO 1: Comprueba que los sistemas electrónicos operen bajo las especificaciones del fabricante





Objetivo:

Que el alumno comprenda la respuesta transitoria y estacionaria de variossistemas con amplificadores operacionales.

Visualizar las diferentes formas de onda de salida en el osciloscopio al

variar la frecuencia de la señal de entrada. Que el alumno mida la frecuencia natural no amortiguada y el factor deamortiguamiento en el último sistema.

Material y equipo:

1.- Amplificador operacional LM324.2.- Capacitores de 0.1 F.3.- Resistencias de diferentes valores.4.- Fuente de alimentación.5.- Osciloscopio.

6.- Multímetro.7.- Generador de funciones.

Introducción:

Análisis de la respuesta transitoriaLa señal de entrada para un sistema de control no se conoce con anticipación,pero es de naturaleza aleatoria, y la entrada instantánea no puede expresarse enforma analítica. Sólo algunos casos especiales se conocen con anticipación laseñal de entrada y se puede expresar de forma analítica o mediante curvas; tal esel caso del control automático de herramientas de corte. En el análisis y diseño de

sistemas de control, debemos tener una base de comparación de desempeño dediversos sistemas de control. Esta base se configura especificando las señales deentrada de prueba particulares y comparando las respuestas de varios sistemas aestas señales de entrada.

Muchos criterios de diseño se basan en tales señales o en la respuesta delsistema a los cambios en las condiciones iniciales (sin señales de prueba). El usode señales de prueba se justifica porque existe una correlación entre lascaracterísticas de respuesta de un sistema para una señal de entrada de pruebacomún y la capacidad del sistema de manejar las señales de entrada reales.Señales de prueba típicas. Las señales de prueba que se usan regularmente son

funciones escalón, rampa, parábola, impulso, senoidales, etc. Con estas señalesde prueba, es posible realizar con facilidad análisis matemáticos y experimentalesde sistemas de control, dado que las señales son funciones del tiempo muysimples.

La forma de la entrada a la que el sistema estará sujeto con mayor frecuencia bajouna operación normal determina cuál de las señales de entrada típicas se debeusar para analizar las características del sistema. Si las entradas para un sistema





de control son funciones del tiempo que cambian en forma gradual, una funciónrampa sería una buena señal de prueba. Asimismo, si un sistema está sujeto aperturbaciones repentinas una función escalón sería una buena señal de prueba; ypara un sistema sujeto a entradas de choque, una función impulso sería la mejor.Una vez diseñado un sistema de control con base en las señales de prueba, por lo

general el desempeño del sistema en respuesta a las entradas reales essatisfactorio. El uso de tales señales de prueba permite comparar el desempeñode todos los sistemas sobre la misma base.

Respuesta transitoria y respuesta en estado estable. La respuesta en el tiempo deun sistema de control consta de dos partes: la respuesta transitoria y la respuestaen estado estable. Por respuesta transitoria nos referimos a la que va del estadoinicial al estado final. Por respuesta en estado estable, nos referimos a la maneraen la cual se comporta la salida del sistema conforme t tiende a infinito.Estabilidad absoluta, estabilidad relativa y error en estado estable. Al diseñar unsistema de control, debemos ser capaces de predecir su comportamiento dinámicoa partir del conocimiento de los componentes. La característica más importante delcomportamiento dinámico de un sistema de control es la estabilidad absoluta, esdecir, si el sistema es estable o inestable. Un sistema de control está en equilibriosi, en ausencia de cualquier perturbación o entrada, la salida permanece en elmismo estado. Un sistema de control lineal e invariante con el tiempo es estable sila salida termina por regresar a su estado de equilibrio cuando el sistema estásujeto a una condición inicial. Un sistema de control lineal e invariante con eltiempo es críticamente estable si las oscilaciones de la salida continúan parasiempre. Es inestable si la salida diverge sin límite a partir de su estado deequilibrio cuando el sistema está sujeto a una condición inicial. En realidad, lasalida de un sistema físico puede aumentar hasta un cierto grado, pero puedeestar limitada por “detenciones” mecánicas o el sistema puede colapsarse o

volverse no lineal después de que la salida excede cierta magnitud, por lo cual yano se aplican las ecuaciones diferenciales lineales.

Entre los comportamientos importantes del sistema (aparte de la estabilidadabsoluta) que deben recibir una cuidadosa consideración están la estabilidadrelativa y el error en estado estable. Dado que un sistema de control físico implicaun almacenamiento de energía, la salida del sistema, cuando éste está sujeto auna entrada, no sucede a la entrada de inmediato, sino que exhibe una respuestatransitoria antes de alcanzar un estado estable. La respuesta transitoria de unsistema de control práctico con frecuencia exhibe oscilaciones amortiguadas antesde alcanzar un estado estable. Si la salida de un sistema en estado estable nocoincide exactamente con la entrada, se dice que el sistema tiene un error enestado estable. Este error indica la precisión del sistema. Al analizar un sistema decontrol, debemos examinar el comportamiento de la respuesta transitoria y elcomportamiento en estado estable.

Desarrollo:





• arme el siguiente circuito que describe la siguiente función de transferencia ()=1 yle aplique una entrada senoidales, cuadrada y triangular con la misma amplitud de

entrada y con diferentes frecuencias que a continuación se muestran en la tabla. Las

señales triangular y cuadrada solo se hiso una sola medición.

Frecuencia (Hz) 10 20 30 40 50 60 80 90 100Desfase [°]

Vpp in [V]Vpp out [V]

Señal triangular:

V pp in = _____________V

V pp out = ____________ V

Desfase = ___________°

• Señal cuadrada:

V pp in =___________V

V pp out =___________V





arme el siguiente circuito que describa la siguiente función de transferencia

()=1+40 aplique una entrada senoidal, cuadrada y triangular con la misma

amplitud de entrada y con diferentes frecuencias que a continuación se muestran

en la tabla. Las señales triangular y cuadrada solo se hiso una sola medición.

Frecuencia (Hz) 10 20 30 40 50 60 80 90 100

Desfase [°]Vpp in [V]

Vpp out [V]





Señal triangular:

V pp in = _____________V

V pp out = ____________ V

Desfase = ___________°


V pp in =___________V

V pp out =___________V





Arme el siguiente circuito que describe la siguiente función de transferencia()=1() (+40) y aplique una entrada senoidal, cuadrada y triangular con lamisma amplitud de entrada y con diferentes frecuencias que a continuación se

muestran en la tabla. Las señales triangular y cuadrada solo se hiso una solamedición.





Frecuencia (Hz) 10 20 30 40 50 60 80 90 100Desfase [°]

Vpp in [V]

Vpp out [V]

Señal triangular:

V pp in = _____________V

V pp out = ____________ V

Desfase = ___________°


V pp in =___________V

V pp out =___________V





Conclusiones: ______________________________________________________

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Práctica 2 Indicador de temperatura con el circuito integrado LM324

Objetivo:

Que el alumno comprenda la respuesta transitoria y estacionaria de varios

sistemas con amplificadores operacionales. Visualizar las diferentes formas de onda de salida en el osciloscopio alvariar la frecuencia de la señal de entrada.

Que el alumno mida la frecuencia natural no amortiguada y el factor deamortiguamiento en el último sistema.

Material y equipo:

1.- Amplificador operacional LM324.2.- Capacitores de 0.1 F.3.- Resistencias de diferentes valores.

4.- Fuente de alimentación.5.- Osciloscopio.6.- Multímetro.7.- Generador de funciones.

Introducción:

Análisis de la respuesta transitoria

La señal de entrada para un sistema de control no se conoce con anticipación,pero es de naturaleza aleatoria, y la entrada instantánea no puede expresarse en

forma analítica. Sólo algunos casos especiales se conocen con anticipación laseñal de entrada y se puede expresar de forma analítica o mediante curvas; tal esel caso del control automático de herramientas de corte. En el análisis y diseño desistemas de control, debemos tener una base de comparación de desempeño dediversos sistemas de control. Esta base se configura especificando las señales deentrada de prueba particulares y comparando las respuestas de varios sistemas aestas señales de entrada.

Lista de materiales del circuito

1.- CI (circuito integrado): LM324

2.- Termistor: 1 de 10KΩ (R10) 3.-Resistencias: 5 de 5KΩ (R2, R3, R4, R5, R6), 1 de 10K, 4 de 220 (R7, R8, R9,R11)4.-Diodos Leds: 1 verde, 1 amarillos, 1 rojo5.- 1 "buzzer"

Nota: Al termistor, se le deben alargar los terminales, para poderlo colocar en ellugar donde se sensará la temperatura.





Señal de control

Observaciones: ____________________________________________________________





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Conclusión: ________________________________________________________

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Práctica 3. Osciladores con Amplificador Operacional

Objetivo: Diseñar y elaborar circuitos generadores de señales periódicas mediantela retroalimentación de sistemas, utilizando amplificadores operacionales y asípuedan entender para que les pueden servir en campo; dar aplicaciones a

sistemas de .control electrónico para la industria.Material:

- Amplificador operacional µA741- Resistencias: 10KΩ, 10KΩ, 16KΩ, 16KΩ, 20KΩ, 22KΩ - Capacitores: 10nF, 10nF- Protoboard- 1 punta de osciloscopio- 2 puntas de fuente

Introducción

Los osciladores son circuitos fundamentales en la electrónica. Se utilizan para lageneración de señales convirtiendo una señal directa en una que varíaperiódicamente en el tiempo. Las oscilaciones producidas pueden ser senoidales,triangulares, cuadradas, diente de sierra, etc.

Un oscilador es básicamente un amplificador retroalimentado, que al no alcanzarun estado estable, comienza a cambiar de estado continuamente, provocando unaoscilación en el voltaje de salida.

Los osciladores con Op amp siguen la misma estructura básica:

La retroalimentación puede ser: Negativa, a través de Z1 y Z2 Positiva, a través de Z3 y Z4

Algunos diseños de osciladores, como los que se realizarán en esta práctica,utilizan ambos tipos de retroalimentación, lo que proporciona estabilidad yrobustez, pero a su vez provoca distorsión por saturación.

Procedimiento

Oscilador de puente de Wien





Diseña y construye un oscilador de puente de Wien con Op Amp como el que semuestra en el siguiente diagrama, para obtener en la salida una señal senoidalcon frecuencia de 1KHz:

Fig. 1. Oscilador de Puente de Wien

Nota: Recuerda alimentar al Op amp con VCC y VEE. Utiliza ±9v para esto.

Ecuaciones de diseño de un oscilador de puente de Wien:

Anota en la siguiente tabla los valores de los componentes del circuito, tantocalculados (teóricos) como los valores utilizados en el armado del circuito:

Componente Valorteórico

Valorutilizado

RG RF R

C

U1RG

RF

R

R

C

C

VoutV+





En la siguiente tabla anota los valores de los parámetros del circuito, tanto teóricoscomo prácticos

Parámetro Valorteórico

Valormedido

FrecuenciaPeriodo Amplitud pico-

pico% de distorsión

***Anexa algunas capturas (fotografías) de la señal generada como se observa enel osciloscopio***

Generador de Onda Cuadrada

Diseña un oscilador de onda cuadrada como el que se muestra en el siguientediagrama para obtener una señal cuadrada con frecuencia de 1KHz.

Ecuaciones de diseño

( )

Anota en la siguiente tabla los valores de los componentes del circuito, tantocalculados (teóricos) como los valores utilizados en el armado del circuito:

Componente Valorteórico

Valorutilizado

R1 R2 RC

Opamp

R

R2

R1

C

VoutV+





En la siguiente tabla anota los valores tanto teóricos como prácticos

Valorteórico

Valormedido

Frecuencia

PeriodoCiclo de trabajo Amplitud pico-

pico


Cuestionario

1. En el oscilador de puente de Wien, ¿se tuvo alguna distorsión en la señal?

¿A qué puede deberse esto?2. ¿Qué puede agregarse al circuito oscilador para eliminar la distorsión?3. Investiga cual es la frecuencia máxima a la que se pueden diseñar

osciladores con un Op amp común como el 741. ¿De qué depende estelímite?

4. Investiga el diseño un oscilador de onda triangular o diente de sierra con Opamp. Incluye el diagrama y ecuaciones.

Conclusiones: _____________________________________________________

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Práctica 4 Detección óptica de objetos

Objetivo: Diseñar y elaborar circuitos que permitan detectar objetos porobstrucción y reflexión de luz no visible, que les sirva para entender el control y lasensibilidad de los instrumentos de control electrónicos.

Material:- 1 LED infrarrojo- 1 fototransistor de 2 terminales- 1 amplificador operacional 741 o similar- 1 temporizador 555- 1 batería de 9V- Resistencias: 22Ω, 180Ω, 330Ω, 330Ω, 1KΩ, 1KΩ, 1.2KΩ - Capacitor de 100nF- Potenciómetro de 1K Ω - 2 tablillas de experimentación (Protoboard)- 1 cinta métrica- Alambre para conexión- 1 Multímetro digital- 1 punta para osciloscopio- 2 puntas para fuente

Introducción

Los detectores infrarrojos son aquellos que responden a un tipo especial de luz novisible, cuya longitud de onda se encuentra entre 750nm y 1mm. Al funcionar conemisión y recepción de luz, son susceptibles a la obstrucción, por lo que suelenutilizarse como parte de sistemas más complejos desempeñando funciones comocontadores de objetos, detectores de presencia, sensores de obstrucción, disparode alarmas, entre muchas otras.

Tanto los emisores como los receptores funcionan mediante dispositivossemiconductores ópticos, por lo que tienen una distancia y velocidad decomunicación limitadas, y es necesaria una línea de visión directa entre ambos afin de que sea eficiente la detección. Estos circuitos también son susceptibles a lainterferencia luminosa, ya que la luz blanca contiene, entre otras, luz infrarroja quepuede perjudicar la distancia de respuesta del detector.

Procedimiento

Detector de objetos por obstrucción a corta distancia

Construye los circuitos emisor y receptor que se muestran en el siguientediagrama. Procura construirlos por separado, a fin de poder alejarlos uno delotro para establecer la distancia máxima de comunicación del detector:





Ubica los circuitos emisor y receptor uno delante del otro. Ajusta el potenciómetrode manera que el LED en el receptor solo encienda cuando el LED infrarrojo y elfototransistor se encuentren uno frente al otro. Tanto el LED infrarrojo como elfototransistor son dispositivos direccionales, así que asegúrate de que exista unalínea de visión directa entre ambos, sin obstrucciones.

A continuación incrementa la distancia entre el emisor y el receptor, manteniendola comunicación entre ambos (LED del receptor encendido). Puede que seanecesario calibrar el potenciómetro a medida que se alejan los circuitos paramantener la correcta detección de la señal luminosa.

Una vez que se llegue al alcance máximo, mide la distancia a la que seencuentran los circuitos y toma nota del valor:

Emisor

Infrarrojo

Receptor

Infrarrojo

Distancia

Distancia máxima: _________________

Una vez determinada la distancia máxima, verifica que al bloquear la línea devisión entre el emisor y el receptor con un objeto, el indicador (LED) del receptorse apague.

Emisor

Infrarrojo

Receptor

InfrarrojoObjeto

Ahora determina el voltaje y la corriente en el emisor. Mide el voltaje directamenteen el LED infrarrojo y calcula la corriente que lo atraviesa midiendo el voltaje en laresistencia (mediante ley de Ohm):

Voltaje en el LEDinfrarrojo

Corriente en el LEDinfrarrojo

LED1

IR

R11kΩ

PT

LED2

Opamp

VCC

5V

VCC

5V

VCC

5V

R21kΩ

R4

330 Ω

50%

R31K

VEE

-5V

Emisor Infrarrojo Receptor Infrarrojo

Batt9 V





Detector de objetos por obstrucción a larga distancia

Modifica el circuito emisor como se muestra en el siguiente diagrama (mantén elreceptor sin cambios):

Con ayuda del osciloscopio mide la señal en la salida del temporizador:

Parámetro Valor AmplitudFrecuencia

Ciclo detrabajo

Ahora mide el voltaje pico y promedio en la resistencia R1 y determina lascorrientes correspondientes que atraviesan el LED infrarrojo:

Valor de la resistencia: ________________

Voltaje Valor Corriente ValorPico Pico

Promedio Promedio

A continuación, mide la distancia máxima de comunicación entre el emisor yreceptor (recuerda las consideraciones tomadas en la primera parte). Registra tumedición:

Distancia máxima: _________________

Detector de objetos por reflexión a media distanciaUtiliza los mismos circuitos del ejercicio anterior para detectar objetos porreflexión. Ubica al receptor paralelo al emisor, como se muestra en el siguienteesquema:

Timer

LM555CM

GND

1

DIS7

OUT 3RST4

VCC

8

THR6

CON5

TRI2

2N2222A

R122 Ω

LED1

IR

R2

330 Ω

R4

1.2kΩ

R3180 Ω

C1100nF

Emisor Infrarrojo de larga distancia

Batt9 V





Emisor

Infrarrojo

Receptor

Infrarrojo

ObjetoDistancia

Energiza los circuitos y determina las distancias mínima y máxima a la que sepueden detectar objetos con este arreglo

Distancia mínima: ________________

Distancia máxima: ________________

Cuestionario

1. ¿Qué relación existe entre el alcance del detector y la corriente del LEDinfrarrojo?

2. ¿Qué usos o aplicaciones podría tener el detector implementado en estapráctica?

3. ¿Cómo influye la luz circundante al funcionamiento del circuito detector?¿La luz artificial o solar puede afectar de manera negativa el alcance deldetector? ¿Cuáles serían las condiciones ideales de operación del detectorimplementado?

4. ¿Qué elementos sería necesario agregar al detector visto en esta práctica afin de poder transmitir información? Realiza un diagrama a bloques de un

sistema de comunicación por luz infrarroja completo5. Investiga cual es la tasa máxima de transferencia de datos mediante

comunicación infrarroja. ¿Qué limita la velocidad de transferencia?

6. Investiga en la hoja de datos de un LED infrarrojo: ¿Cuál es la corrientemáxima constante que puede soportar? ¿Cuál es la corriente máximapulsada que soporta, durante que intervalos de tiempo y con quéfrecuencia?

Conclusiones ______________________________________________________ __________________________________________________________________

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Práctica 5 Transmisión y Recepción Serial de Información

Objetivo: Diseñar y elaborar circuitos que permitan transmitir y recibir informacióndigital por un medio inalámbrico, como son los medios ópticos, para que elaprendiz pueda visualizar, calcular las señales de control, modificarlas para su

mejor funcionamiento.Material:

- 1 LED infrarrojo- 1 fototransistor- 2 temporizadores 555- 1 contador binario 74LS93 o similar- 1 multiplexor 74LS151- 1 registro de corrimiento 74LS374- 1 compuerta XOR 74LS86- 1 compuerta AND 74LS32- 2 Dip switch de 4 interruptores cada uno- 1 LED común- 2 Capacitores de 100uF- Resistencias: 330Ω, 1KΩ, 1KΩ, 1KΩ, 10KΩ, 10KΩ - Protoboard- Alambre para conexión- 1 Multímetro digital- 2 puntas para fuente

Introducción

La comunicación serial es un método de transmisión de datos donde lainformación se transmite bit por bit, de forma secuencial, por un canal decomunicación entre 2 sistemas. Generalmente un método de este tipo se utilizacuando se tiene un medio de comunicación muy estrecho, es decir, con un anchode banda reducido o un número limitado de conexiones entre el transmisor y elreceptor.

A fin de que el sistema receptor pueda identificar el inicio de la cadena de bits obytes que se están transmitiendo, es necesario que al inicio de cada cadena setransmita un código de inicio, el cual no deberá de repetirse durante toda lasecuencia de datos a fin de evitar confusiones del sistema. Este código deidentificación permite que el sistema organice de manera correcta la informaciónrecibida:

Código deInicio

Datos

Si la información es repetitiva, por ejemplo en un sistema de control remoto, elcódigo de inicio se repite al terminar cada secuencia de datos:





Código de

InicioDatos

Código de

InicioDatos

...

Esta forma de comunicación es viable para su utilización tanto en sistemas

cableados como inalámbricos, pudiendo ser estos últimos sistemas deradiofrecuencia, infrarrojo o cualquier tipo de comunicación donde no hayacontacto físico entre emisor y receptor.

Procedimiento

Se construirá un sistema capaz de transmitir y recibir un código de identificaciónbinario utilizando componentes digitales y un medio de comunicaciónoptoelectrónico.

Transmisor serial:

Un transmisor serial puede representarse mediante el siguiente diagrama abloques:

Contador binario Serializador

Código en

paralelo

Transmisor Temporizador

Fig. 1. Diagrama a bloques de un sistema de transmisión serial digital

Construye el circuito transmisor que se muestra en el siguiente diagrama:

Fig. 2. Circuito transmisor serial

IC1

LM555CM

GND

1

DIS7

OUT 3RST4

VCC

8

THR6

CON5

TRI2

IC2

74LS93N

QA 12

QB 9

QD 11QC 8INB

1

R012

R023

INA14

IC3

74ALS151N

~W 6

D04

D13

D22

D31

D415

D514

D613

D712

A11

C9 B10

Y 5

~G7

IR_LEDR11kΩ

R210kΩ

R3

330 Ω

VCC

5V

S1A

S1B

S1C

S1D

C1100uF

Dip Switch 1





Usando los Dip switch, establece el código binario de 4 bits que se transmitirá. Anótalo a continuación:

# Bit Bit 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4Valor

Receptor serial:Un receptor serial puede representarse mediante el siguiente diagrama bloques:

Timer

Circuitocomparador

Registro decorrimiento

Código en

paralelo

Receptor

Indicador de

Igualdad

Siguiente Etapa (uC,uP, GAL, FPGA, etc)

Fig. 3. Diagrama a bloques de un sistema de recepción serial digital

Construye el circuito receptor binario que se muestra a continuación:

Fig. 4. Circuito de un receptor serial

**Nota: ambos temporizadores deberán de estar trabajando a la mismafrecuencia a fin de que el sistema de comunicación funcione**

IC5

74LS374N

1D3

2D4

3D7

4D8

5D13

6D14

7D17

8D18

~OC1

CLK11

1Q 2

2Q 5

3Q 6

4Q 9

5Q 12

6Q 15

7Q 16

8Q 19

IC4

LM555CM

GND

1

DIS7

OUT 3RST4

VCC

8

THR6

CON5

TRI2

IC6A

74LS86N

IC6B

74LS86N

IC6C

74LS86N

IC6D

74LS86N

IC7A

7432N

IC7B

7432N

IC7C

7432N

PT

R41kΩ

VCC

5V

VCC

5V

R51kΩ

R610kΩ

C2100uF

S2A

S2B

S2C

S2D

LED

VCC

5V

Dip Switch 2

XOR OR





Utilizando el Dip switch, prográmalo con el mismo código que se estableció en eltransmisor. Energiza ambos circuitos y mantenlos a una distancia que asegure lacorrecta comunicación LED-Fototransistor.

El LED en la salida del circuito comparador deberá de encender cuando el código

transmitido coincida con la secuencia recibida en el registro de corrimiento.Registra la distancia a la cual operaste los circuitos: ______________________

Cuestionario

7. Compara los diagramas a bloques de las figuras 1 y 3 con los circuitoscorrespondientes de las figuras 2 y 4, indica qué componente ocomponentes de circuito que realizan la función indicada por cada bloque.

8. Si se desea un sistema de comunicación bidireccional basado en el sistemaimplementado en esta práctica, ¿cuáles serían las consideraciones a tomarpara que funcione correctamente?

9. ¿Cuáles serían las ventajas y/o desventajas de la comunicación en paralelopor medio de luz infrarroja?

10. ¿Cuáles serían las ventajas y/o desventajas que se tendrían si se hubierautilizado un sistema de radiofrecuencia como medio de comunicación enesta práctica?

11. Para poder transmitir y comparar más de un código de identificación, ¿quéelementos sería necesario modificar, cambiar o agregar?

12. Indica qué elementos de los circuitos realizados en esta práctica, podríancambiarse por dispositivos programables (microcontrolador,microprocesador, GAL, etc.), a fin de reducir el número de componentesnecesarios y hacer más adaptable al sistema.

Conclusiones __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________





Práctica 6 Control de Potencia de CD y CA con SCR

Objetivo: Construir y realizar mediciones en circuitos que permitan comprender elfuncionamiento del SCR tanto en corriente directa (CD) como corriente alterna(CA), darle aplicaciones de control de equipos para un mejor entendimiento de

circuito.Material:

- 1 rectificador controlado de silicio C106, C122, NTE5455 o similar- 1 transistor NPN 2N2222- 1 diodo rectificador 1N4002 o similar- 1 transformador de 12V- Resistencias: 56Ω, 1KΩ, 1KΩ - 1 potenciómetro de 50KΩ - 2 push button normalmente abiertos- 1 interruptor sencillo- 1 foco incandescente de 6V- Protoboard- Alambre para conexión- 1 Multímetro digital- 1 punta para osciloscopio- 1 punta para generador- 2 puntas para fuente

Introducción

El rectificador controlado de silicio (SCR) es un dispositivo de 3terminales que permite el control del flujo de la corriente, tanto alternacomo directa. Su función es similar a la del diodo común, con ladiferencia de que cuenta con una tercera terminal de disparo (Compuertao Gate), la cual se utiliza para indicarle al SCR cuando debe decomenzar a conducir mediante la aplicación de una pequeña corriente enla misma.

Una vez disparado, el SCR continuará conduciendo corriente entre Ánodo yCátodo, siempre y cuando esta corriente no descienda por debajo de una corrientede umbral o corriente de sostenimiento entre estas mismas terminales.

Cuando el SCR se desactiva, vuelve a sus condiciones iniciales, por lo que seránecesario aplicar nuevamente un pulso en su compuerta para comenzar laconducción.

Procedimiento

Control de potencia de CD





Construye el siguiente circuito, el cual permite controlar el flujo de corriente directahacia una carga:

Fig. 1. Control de CD

Presiona el botón S1 y anota lo que sucede: _____________________________

_________________________________________________________________

A continuación presiona el botón S2 y anota lo que sucede: _________________

_________________________________________________________________

Mide el voltaje entre Ánodo y Cátodo del SCR en los siguientes casos:

Caso Voltaje Ánodo - Cátodo (VAK)Con la lámpara

apagadaCon la lámpara

encendida

Mide el voltaje entre Compuerta y tierra en los siguientes casos:

Caso Voltaje de Compuerta (VG)Con la lámpara


encendida

Mide el voltaje entre Cátodo y tierra en los siguientes casos:

Caso Voltaje de Cátodo (VK)Con la lámpara


encendida

SCRC106VDC

6V

R21kΩ

Lamp

Q12N2222A

R1

1kΩ

S1

S2





Control de potencia en CA

Construye el circuito que se muestra:

Fig. 2. Control de CA

Con ayuda del osciloscopio, registra la señal de salida del transformador:

Parámetro Valor AmplitudFrecuencia

Periodo

Conecta el osciloscopio directamente a las terminales de la lámpara. Ubícate en elmínimo valor de resistencia del potenciómetro y comienza a girarlo lentamentehasta que la lámpara encienda, toma lectura de la señal que se observa:

Parámetro Valor AmplitudTiempo deconducción

Ciclo de trabajo


Continua girando el potenciómetro hasta obtener el máximo brillo posible de lalámpara. Registra la señal que se observa en el osciloscopio.


Ciclo de trabajo

SCRC106Vlinea

120 VRMS

60 Hz

S1

R31kΩ

0%R2

R=50K

D11N4002

Lamp

Transformador

R1

56 Ω






Cuestionario

1. En base a los resultados obtenidos, ¿Qué sucede cuando se aplica unpulso en la compuerta el SCR trabajando con CD?

2. Investiga en que consiste la corriente de sostenimiento (IH o IHOLDING) en unSCR. ¿Entre que terminales se debe de aplicar?

3. Cuando se trabaja con CA, ¿cómo es posible mantener al SCR trabajandosi la corriente entre sus terminales Ánodo y Cátodo está variando? ¿Cómodebe de ser el pulso que se aplica en la compuerta?

4. ¿A qué se debe que se pueda variar la intensidad luminosa de la lámparacuando se controla CA? ¿Sería posible hacer lo mismo cuando se controlaCD?

Conclusiones __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________





Práctica 7 Control de Potencia con TRIAC

Objetivo: Construir y realizar mediciones en circuitos que permitan comprender elfuncionamiento de los TRIAC en corriente alterna (CA), para sistemas de controlelectrónico aplicables en la industria.

Material:- 1 TRIAC 2N6347 o similar- 2 diodos rectificadores 1N4001 o similar- 1 optoacoplador 4N25 o similar (MCT2, CNY17-2, TLP-621)- 1 potenciómetro de precisión de 1KΩ - Resistencias de 33Ω, 330Ω - 1 capacitor de 1000uF- 1 foco incandescente de 6V- 1 transformador de 12V- Protoboard- Alambre para conexión- 1 Multímetro digital- 1 punta para osciloscopio- 1 punta para generador- 2 puntas para fuente

Introducción

El Triodo para Corriente Alterna (TRIAC) es un dispositivo tiristorcapaz de conducir corriente en ambos sentidos cuando es activado, ymantiene el estado de conduccion hasta que la corriente entre susterminales principales cambia de sentido, por lo que sufuncionamiento basico es el mismo que el de un RectificadorControlado de Silicio (SCR), con la obvia diferencia de que el TRIACtiene mayor utilidad al trabajar con corriente alterna.

Otra diferencia entre el SCR y el TRIAC, es que este ultimo puedeactivarse con un pulso de corriente en cualquier sentido (negativo o positivo).Dicho pulso debe de aplicarse entre la compuerta (G) y la terminal MT1 a fin deque pueda iniciar la conduccion en el TRIAC.

Procedimiento

Control de potencia en CA

Construye el siguiente circuito, el cual permite controlar la intensidad luminosa deuna lámpara de CA:





Fig. 1. Control de Potencia

Nota: Por seguridad, utiliza diodos rectificadores en lugar del DIAC

Mide la señal que se está aplicando desde las terminales de salida del

transformador y llena la siguiente tabla:

Parámetro Valor AmplitudFrecuenciaPeriodo

Ajusta el potenciómetro justo antes de que comience a encender la lámpara.Conecta el osciloscopio en las terminales de la lámpara y llena la siguiente tablasegún se indica:

Parámetro Con lalámparaapagada

Con lalámpara aintensidad

baja

Con lalámpara aintensidad

media

Con lalámpara amáxima

intensidad Amplitud Pico-

PicoTiempo deconducción

Ciclo detrabajo

NOTA: Anexa capturas (fotografías) de las señales como se observan en elosciloscopio

Con la lámpara a una intensidad media, mide la señal en la compuerta del TRIAC(con respecto a la terminal MT1):

DIAC TRIAC

Lampara

50% R11K

C11000uF

Vs120 V

60 Hz

Transformador

RL





Parámetro Con la lámpara a intensidadmedia

Amplitud Pico-PicoTiempo de

conducciónCiclo de trabajo

NOTA: Anexa capturas (fotografías) de las señales como se observan en elosciloscopio

Control de potencia en CA mediante CD

Construye el circuito que se muestra:

Fig. 2. Control de CA mediante CD

Cierra el interruptor S1, la lámpara debe de encender. En caso contrario, revisa elcircuito.

Con la lámpara encendida, conecta el osciloscopio entre las terminales de ésta.Registra la señal que se observa en el osciloscopio:


Ciclo de trabajo

NOTA: Anexa capturas (fotografías) de la señal como se observa en elosciloscopio

TRIAC

LamparaVs

120 V

60 Hz

Transformador

RL

VCC

5V

S1

R3

330 Ω

Optoacoplador

D1





Con la lámpara encendida, mide la señal en la compuerta (con respecto a laterminal MT1):

Parámetro Valor AmplitudTiempo de

conducciónCiclo de trabajo

NOTA: Anexa capturas (fotografías) de la señal como se observa en elosciloscopio

Cuestionario

5. ¿Qué ventajas presenta el circuito de control de potencia en CA usandoTRIAC con respecto al circuito con SCR analizado en la práctica anterior?¿Cuál aprovecha mejor la energía?

6. Investiga bajo qué condiciones se inicia la conducción en un DIAC, ya queeste no posee una terminal de disparo (compuerta). ¿Qué rango de voltajesmaneja un DIAC común?

7. Indica las posibles aplicaciones que podría tener el circuito de control de CAmediante CD. Toma en cuenta que cualquier señal digital podría activar eloptoacoplador.

8. Explica cómo se podría aplicar un circuito de control digital para manipularla intensidad luminosa de la lámpara en el circuito de control de CA

mediante CD.Conclusiones

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Práctica 8 Relevadores

Objetivo: Diseñar y construir circuitos utilizando relevadores mediante la lógica deescalera, para entender el control de equipos eléctricos y electrónicos industriales.

Material:- 3 relevadores con bobina de 5V- 3 transistores NPN 2N2222 o equivalentes- 2 push button normalmente abiertos- 3 resistencias de1KΩ - 1 motor de CD- 1 lámpara incandescente- Protoboard- Alambre para conexión- 1 Multímetro digital- 1 punta para generador- 1 punta para osciloscopio- 2 puntas para fuente

Introducción

Consisten en un interruptor operado eléctricamente. El relevador cambia el estadode sus contactos al recibir una señal eléctrica entre sus terminales de activación.Los relevadores pueden ser de dos tipos:

1) Relevadores Electromecánicos: Constan de un electromagneto que es elencargado de mover el mecanismo de conmutación. Al energizar la bobina, loscontactos del interruptor cambian de estado: un contacto normalmente abierto(NA) se cierra, mientras que uno normalmente cerrado (NC) se abre. La bobina delrelevador usualmente trabaja con corriente directa (CD), mientras que el voltajeentre sus contactos puede ser de cualquier tipo.

2) Relevadores de estado sólido: Su función es similar a la del relevadorelectromagnético, con la diferencia de que la conmutación no se realiza mediantecomponentes móviles, sino con transistores de silicio.

Un relevador común se simboliza de la siguiente manera:





Procedimiento

Terminales del relevador

Utiliza el Óhmetro e identifica las terminales del relevador y realiza un dibujo

donde se muestre cada una de las terminales que lo componen:Nota: La bobina se identifica por que entre sus terminales se registra unaresistencia de entre 20Ω a 1KΩ dependiendo del relevador.

Características del relevador

Bobina de activación:Construye el siguiente circuito donde VCC y VL son fuentes independientes:

Fig. 1. Circuito de prueba de voltaje

Ajusta VL al voltaje necesario para que funcione la lámpara. Ahora incrementalentamente el voltaje en VCC hasta que la lámpara se encienda. Registra el valorde VCC en la tabla siguiente:

Parámetros de labobina

Valorespecificado

Valormedido

VoltajeResistenciaCorriente

Nota: Si algún parámetro de la tabla anterior no se especifica en el relevador,márcalo como N/A (No Aplica)

Quita el relevador del circuito y mide la resistencia en la bobina, registra el valor enla tabla anterior. Con los valores de voltaje y resistencia, calcula la corriente y llena

el espacio correspondiente.

Fig. 2. Circuito de prueba de resistencia en bobina

K

K1

VCC

0VL1

VL

K

K1

XMM1





Contactos: Arma el siguiente circuito, ajustando VCC al valor de activación de la bobina:

Fig. 3. Circuito de prueba de resistencia en contactos

Mide la resistencia entre los contactos del relevador, según se indica en lassiguientes tablas con la bobina desactivada:

Contactos ResistenciaComún – Normalmente abiertoComún – Normalmente cerrado

Normalmente abierto – Normalmente cerradoCon la bobina activada:

Contactos ResistenciaComún – Normalmente abiertoComún – Normalmente cerrado

Normalmente abierto – Normalmente cerrado

Velocidad de conmutación: Arma el siguiente circuito:

Fig. 4. Circuito de prueba de velocidad de conmutación

Conecta el osciloscopio en la salida del circuito y observa la señal. Aumentalentamente la frecuencia de VS y encuentra el valor máximo en el que el relevadorproduce conmutar:

Parámetro ValorFrecuencia máxima

Tiempo de conmutación

K

K1

VCC

Común

NA

NC

K

K1

Q1

2N2222AVs

1 Hz

5 V

VCC VCC

R1

1kΩ

Vsalida





Control de dirección de un motor de CD

Arma el siguiente circuito, que permite controlar el sentido de giro de un motor decorriente directa:

Fig. 5. Circuito de control de giro de un motor de CD

Indica la función de los botones y el sentido de giro del motor en cada caso:

Al presionar S1: ____________________________________________________

Al presionar S2: ____________________________________________________

Al presionar S1 y S2 simultáneamente: __________________________________

__________________________________________________________________

Cuestionario

9. Indica las ventajas y desventajas de utilizar un relevador como dispositivosde conmutación en lugar de un transistor.

10. ¿Qué ventajas tiene un relevador de estado sólido sobre un relevadorelectromagnético? ¿Cuáles pueden ser las desventajas?

11. Investiga cual es la vida promedio de un relevador mecánico

12. ¿A qué se debe que el relevador tenga una velocidad máxima deconmutación?

K

K1

K

K2

K

K3M1

MOTOR

M

VM

Q1

2N2222A

VCC

Q3

2N2222A

Q2

2N2222A

VCC VCC

R1

1kΩ

R2

1kΩ

R3

1kΩ

S1

S2

VCC

VCC





13. 3. Investiga lo que es el lenguaje de escalera (LADDER)

Conclusiones

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Práctica 9 Lógica de Control Industrial

Objetivo: Diseñar y construir circuitos utilizando relevadores mediante la lógica deescalera, para entender el funcionamiento del PLC y su aplicación en el ámbitoindustrial.

Material:- 5 relevadores con bobina de 12V- 3 push button normalmente abiertos- 1 resistencia de potencia de 10Ω - 1 motor de CD- 2 lámparas incandescentes- Protoboard- Alambre para conexión- 1 Multímetro digital- 2 puntas para fuente

Introducción

La logica de escalera (LADDER) permite elaborar diagramas de control utilizadosprincipalmente en la industria. Este sistema se basa en la implementacion derelevadores para realizar las tareas de conmutacion entre los distintos elementosde un sistema de produccion, en donde intervienen activadores, sensores,indicadores, actuadores, temporizadores, etc.

Este lenguaje se diseño para estandarizar el diseño de los sistemas deproduccion, de forma que fuera intuitivo y de facil comprension. Los simbolos masutilizados son los siguientes:

Simbolo Elemento Simbolo ElementoBobina de relevador Boton de pulso N.A.

Contacto normalmenteabierto

Boton de pulso N.C.

Contacto normalmentecerrado

Motor

Lampara

Procedimiento

Construcción de circuitos con relevadores Arma los circuitos que se muestran y comprueba que realicen la función que seindica en cada inciso. Toma una fotografía del circuito armado donde se observencon claridad las conexiones realizadas. Utiliza un VCC correspondiente al voltajeespecificado por las bobinas de activación de los relevadores.

M





Nota: Utiliza la resistencia en serie con la lámpara para evitar quemar elfilamento.

1) Al presionar un botón, deberá de encender una lámpara. La lámparapermanecerá encendida hasta que se presione otro botón, que reiniciará el

sistema.

Captura del circuito armado:

2) A fin de lograr encender una lámpara, deben de presionarse dos botonessimultáneamente. La lámpara permanecerá encendida hasta presionar un tercerbotón de reinicio del sistema.


K1

K2 K1

S1

VCC

K1

S2

K2

Lamp

K1

K3 K1

S1

VCC

K1

S3

K3

Lamp

K2

K3 K2

S2

K2





Diseño y construcción de circuitos de escalera

Elabora el diagrama que se pide en cada caso, siguiendo la lógica de escalera.Construye los circuitos y verifica el funcionamiento. Incluye una captura(fotografía) del circuito armado donde se puedan observar las conexiones

realizadas:3) Un motor de CD se enciende y se mantiene encendido al pulsar un botón. Alpresionar un segundo botón, una lámpara deberá de encender solo si el motorestá funcionando. El circuito se reinicia al presionar un tercer botón.

Diagrama de escalera del circuito:


4) Al presionar un botón, se enciende y permanece encendida una lámpara. Conla lámpara encendida, un motor se activa al presionar un segundo botón. Un tercerbotón reinicia el sistema.

Diagrama de escalera del circuito:


Cuestionario

14. ¿Qué es un contactor? ¿Cómo se compara con un relevador común?

15. ¿Qué nivel de voltaje se maneja comúnmente en los sistemas de controlindustrial?

16. ¿Para qué se utiliza principalmente el lenguaje de escalera (LADDER)como lenguaje de programación?

17. Investiga las especificaciones técnicas de un PLC comercial

18. ¿Podría implementarse el funcionamiento de un PLC en unmicrocontroladores comunes?, ¿Qué limitaciones tendría?

19. Investiga el nombre de programas de cómputo que permitan simulardiagramas elaborados en lenguaje escalera





Conclusiones

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Práctica 10 Se hará en conjunto con los proyectos terminados y con el MaestroJUAN JOSË PERALTA, por definir en la academia

manual de prácticas 4° semestre electrónica

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