trabajo de micro eléctronica y mecatrónica

7/24/2019 Trabajo de Micro Elctronica y Mecatrnica

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A l i c i a T i n a j e r o

D i s e o I n d u s t r i a l

M i c r o e l e c t r n i

c a&

M e c a t r n i c a


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Ley de Ohmla intensidad que circula entre dospuntos de un circuito elctrico es

proporcional a la tensin elctricaentre dichos puntos; da la relacinque existe entre una tensin, unaresistencia y la corriente que pasapor ellas. Esta constante es la conductanciaelctrica, que es lo contrario a la resistenciaelctrica.


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L e y d e O h m


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Dos igualdades que sebasan en

la conservacin de laenerga y la carga en los circuitos

elctricos leyes de Kirchhofpara obtener los valores de la corriente y el

potencial en cada punto de un circuito elctrico.


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Ley de nodos o primera leyde Kirchhof (LCK)

!a su"a de las corrientes entrantes a un nodo es igual a

la su"a de las corrientes salientes . De formaequivalente, la suma de todas las

corrientes que pasan por el nodo esigual a cero

!a ley se basa en el principio de la conservacin de la carga

donde la carga en coulou"bs es el producto de la corriente ena"perios y el tie"po en segundos.


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En un la#o cerrado, la su"a de todas las cadas de tensin es

igual a la tensin total su"inistrada$ Seunda ley

de Kirchhof! ley de la"os deKirchhof o ley de mallas deKirchhofDe %or"a equivalente, la su"a algebraicade las di%erencias de potencial elctrico en un la#o es igual acero.

Esta ley se basa en la conservacinde un ca"po potencial deenerga.Dado una di%erencia de potencial, una carga que ha co"pletado un la#o

cerrado no gana o pierde energa al regresar al potencial inicial.Esta ley es cierta incluso cuando hay resistenciaen el circuito.

v' v()v*)v+.


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ircuito en serie donde soloexiste un ca"ino para la corriente, desde la %uentesu"inistradora de energa a travs de todos los ele"entosdel circuito, hasta regresar nueva"ente a la %uente. Estoindica que la "is"a corriente -uye a travs de todos losele"entos del circuito, o que en cualquier punto del circuitola corriente es igual.

Elementos: na %uente de poder que su"inistre energa

elctrica.

n"aterial "et/licoque per"ita la circulacin de la corriente elctrica, desdela %uente hasta el ele"ento receptor.

nreceptor, que absorbe la energa elctrica y laconvierte en energa


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En %uncin de los dispositivos conectados en serie, el valor total oequivalente se obtiene con las siguientes expresiones$

0ara 1eneradores 2pilas3

0ara 4esistencias

0ara ondensadores


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!a principal desventa5a de este circuito radica en que si sero"pe alg6n ele"ento de los que con%or"an el circuito, o hay

alg6n %also contacto, se interru"pe lacirculacin de la corriente elctrica y el circuito se abrir/.

0ara 7nterruptores


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El circuito

el#ctrico enparaleloes una conexindonde los puertos de entrada detodos los dispositivos conectadoscoincidan entre s, lo "is"o que suster"inales de salida.En %uncin de los dispositivos conectados en paralelo, el valor total o

equivalente se obtiene$

!as bo"billas de ilu"inacin de una casa%or"an un circuito en paralelo, gastando as

"enos energa.

0ara 1eneradores$


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0ara 4esistencias$

0ara ondensadores$


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0ara 7nterruptores$


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ircuito "ixto es una co"binacin devarios ele"entos conectados tanto en paralelo co"oen serie, estos pueden colocarse de la "anera quesea sie"pre y cuando se utilicen los dos di%erentessiste"as de ele"entos, tanto paralelo co"o en serie.

Para la solucin deestos problemas se

trata de resolverprimero todos los

elementos que seencuentran en serie y

en paralelo paranalmente reducir a laun circuito puro, bien

sea en serie o enparalelo.


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La corrientedirecta (CD) ocorriente continua

(CC) es aquella cuyascargas elctricas oelectrones uyen siempre enel mismo sentido en uncircuito elctrico cerrado,movindose del polonegativo acia el polo

positivo.

8unque co"6n"ente se identi9ca la corriente continua con la

corriente constante 2por e5e"plo la su"inistrada por unabatera3, es continuatoda corriente que "antenga sie"pre la

"is"a polaridad.


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Corriente el#ctrica alterna$el -u5o de corriente enun circuito es lla"ado alterno si vara peridica"ente endireccin. :e le denota co"o corriente 8.. 28ltern current3 o .8.2orriente alterna3.

a"bia constante"ente depolaridad, es decir, es la corriente

que alcan#a un valor pico en su polaridadpositiva,despus desciende a cero y, por 6lti"o, alcan#a otro valor pico en

su polaridad negativao, viceversa


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& e n t a j a s ' d e s e n

t a j a s:u transporte o distribucindela corriente alterna en lneas tri%/sicas lohacen "/s econ"ico y seguro que si%uera corriente continua.

!a corriente alterna se puede trans%or"ar y variarcon un trans%or"ador, en ca"bio la

corriente continua no se puede trans%or"ar con untrans%or"ador. Es cierto que se puede reducir lacorriente continua, pero no se puede au"entar.

!as "/quinas elctricas co"o los "otores est/n "e5ordiseados para el uso de la corriente alterna que para lacorriente continua. De hecho, los "otores de corriente alterna

son "/s sencillosde %abricar y "/s robustosquelos "otores de corriente continua.


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Ley de corriente de Kirchhof$ !a su"a de las corrientes que entranpor un nodo deben ser igual a la su"a de las corrientes que salen porese nodo.Ley de tensiones de Kirchhof$ !a su"a de las tensiones en un la#odebe ser


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!os cables cuyo propsitoes conducir electricidadse %abrican general"entede cobre, debido a la excelente conductividad de

este "aterial, o de alu"inio que aunqueposee "enor conductividad es "/s econ"ico.

Las partes enerales de un ca*le

el#ctrico son$onductor$ conduce la corriente elctrica y puede ser dediversos "ateriales "et/licos, %or"ado por uno o varios hilos.

8isla"iento$ 4ecubri"iento que envuelve al conductor,para evitar la circulacin de corriente elctrica %uera del "is"o.

apa de relleno$ Material aislante que envuelve a losconductores para "antener la seccin circular del con5unto.

ubierta$ Est/ hecha de "ateriales que prote5an"ec/nica"ente al cable. :u %uncin es proteger el aisla"iento de

los conductores de la accin de la te"peratura, sol, lluvia, etc.


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o"ponente electrnico de dos ter"inales que per"ite la circulacinde la corriente elctrica a travs de l en un solo sentido. Este

tr"ino general"ente se usa para re%erirse al diodosemiconductor, el "/s co"6n en la actualidad; consta de unapie#a de cristal se"iconductor conectada a dos ter"inales elctricos.

D i o d o diodo

se"iconductorta"bin lla"ado

diodo de estado


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Eldiodo

+eneresun diodo de cro"o que se haconstruido para que %uncione

en las #onas de rupturas adi%erencia de unose"iconductor.

Es la parte esencial delos reuladoresde tensi,ncasiconstantes con independencia de

que se presenten grandesvariaciones de la tensin de red, de

la resistencia de caraytemperatura.

De*e ser polari"ado alre#s para -ue adopte su

caracter.stica de reuladorde tensi,n/

Su s.m*olo es como el deun diodo normal pero tienedos terminales a los lados/

0ste diodo se comportacomo un diodo

conencional encondiciones de alta

corriente por-ue cuandoreci*e demasiada corriente


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Dispositivo electrnicose"iconductor que cu"ple %uncionesde a"pli9cador, oscilador, con"utador o recti9cador. El

tr"ino >transistor? es la contraccin en ingls detransferresistor2>resistencia de trans%erencia?3.

T r a n s i s to r

:e encuentran pr/ctica"ente entodos los aparatos electrnicosde uso diario$ radios,

televisores, reproductores deaudio y video, relo5es de

cuar#o, co"putadoras, l/"paras

-uorescentes, to"gra%os,tel%onos celulares, etc.


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Tipos de

transist@ransistor de contacto puntual!la"ado ta"bintransistor de punta de contacto, la corriente debase es capa# de "odular la resistencia que se >ve? en elcolector, de ah el no"bre de >transfer resistor?. En laactualidad ha desaparecido.

@ransistor de unin polar 2AB@3:e %abrica sobre un "ono cristal de 1er"anio, :ilicioo 8rseniurode galio, que tienen cualidades de se"iconductores, estado inter"edioentre conductores co"o los "etales y los aislantes co"o el dia"ante.:obre el sustrato de cristal, se conta"inan en %or"a "uy controladatres #onas, dos de las cuales son del "is"o tipo, C0Co 0C0, quedando

%or"adas dos uniones C0.!a #ona C con ele"entos donantes de electrones 2cargas negativas3 yla #ona 0 de aceptadores o >huecos? 2cargas positivas3. !acon9guracin de uniones 0C, dan co"o resultado transistores 0C0 oC0C, donde la letra inter"edia sie"pre corresponde a la caractersticade la base, y las otras dos al e"isor y al colector que, si bien son del

"is"o tipo y de signo contrario a la base, tienen di%erenteconta"inacin entre ellas or lo eneral el e"isor est/ "ucho "/s


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@ransistor de e%ecto de ca"poEl transistor de e%ecto de ca"po de unin 2BE@3 lo %or"a una barra de"aterial se"iconductor de silicio de tipo C o 0. En los ter"inales de la

barra se establece un contacto h"ico, tene"os as un transistor dee%ecto de ca"po tipo C de la %or"a "/s b/sica. :i se di%unden dosregiones 0 en una barra de "aterial C y se conectan externa"enteentre s, se producir/ una puerta. 8 uno de estos contactos lella"are"os surtidor y al otro drenador. 8plicando tensin positiva entreel drenador y el surtidor y conectando la puerta al surtidor,

establecere"os una corriente, a la que lla"are"os corriente dedrenador con polari#acin cero. on un potencial negativo de puerta alque lla"a"os tensin de estrangula"iento, cesa la conduccin en elcanal.ototransistor:on sensibles a la radiacin electro"agntica en %recuencias cercana

s a la de la lu# visible; debido a esto su -u5o de corriente puede serregulado por "edio de la lu# incidente. n %ototransistor es lo "is"oque un transistor nor"al, slo que puede traba5ar de * "anerasdi%erentes$o"o un transistor nor"al con la corriente de base 27A3 2"odo co"6n3;o"o %ototransistor, cuando la lu# que incide en este ele"ento hace las

veces de corriente de base. 2703 2"odo de ilu"inacin3.


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ecti1cador controlado de silicio (eninl#s SC$ Silicon ControlledRectifer)

n :4 posee tresconexiones$ /nodo, c/todoy gate 2puerta3. !a puerta

es la encargada decontrolar el paso de

corriente entre el /nodo yel c/todo. unciona

b/sica"ente co"oun diodo recti9cador controlado, per"itiendo circular la

corriente en un solosentido.

@raba5andoen corriente

alterna el :4 sedesexcita en cadaalternancia o

se"iciclo.@raba5ando en

corriente continua,

se necesita uncircuito de bloqueo

%or#ado, o bieninterru"pir el

circuito.

!os :4 se utili#an en aplicaciones de electrnica de potencia, en elca"po del control, especial"ente control de "otores, debido a quepuede ser usado co"o interruptor de tipo electrnico.

@ipo de tiristor %or"ado por cuatro capas de

"aterial se"iconductor con estructura 0C0C o bien C0C0. Elno"bre proviene de la unin de @iratrn 2tyratron3y @ransistor.


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TIACoTriodo para Alternar Corriente$dispositivo se"iconductor, de la %a"ilia de los tiristores. !adi%erencia con un tiristor convencional es que ste esunidireccional y el @478 es bidireccional. Es

un interruptor capa# de con"utar la corriente alterna.

0osee tres electrodos$ 8(, 8* 2en estecaso pierden la deno"inacin de /nodo

y c/todo3 y puerta. El disparo del @478se reali#a aplicando una corriente alelectrodo puerta.

:u versatilidad lo hace ideal para elcontrol de corrientes alternas.

:e usan @478s de ba5apotencia en "uchasaplicacionesco"o atenuadores de lu#,

controles de velocidadpara "otores elctricos, yen los siste"as de controlco"putari#ado de "uchosele"entos caseros.


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L/0/D (Liht0mittin Diode)

diodo emisor de lu"uerpo se"iconductor slido de gran resistencia que al recibir unacorriente elctrica de "uy ba5a intensidad, e"ite lu# de %or"a e9cientey con alto rendi"iento

!a E"# es la de rosca desiempre de ""$ %oltios. !a&'() es la t*pica algena de

(" voltios +la instalacinnormalmente lleva un

pequeo transformador- y la

/($ son las algenas queva a ""$ %oltios.

uando un led se encuentra en polari#acin directa, los electronespueden reco"binarse con los huecos en el dispositivo, liberando energa

en %or"a de %otones. Este e%ecto es lla"ado electrolu"iniscencia yel color de la lu# 2correspondiente a la energa del %otn3 se deter"ina apartir de la banda de energa del se"iconductor. 0or lo general, el /reade un led es "uy pequea 2"enor a ( ""*3, y se pueden usarco"ponentes pticos integrados para %or"ar su patrn de radiacin


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La ida 2til de una l/"para !EDes hasta 34 eces m5s que la de una l/"para

incandescente, 67 eces m5s que la de unhalgeno, 34 eces m5s que la de un tubo-uorescente y 3 eces m5s que la de una

l/"para de ba5o consu"o. !a "ayora de lasl/"paras !ED de interiores tienen una vida "edia+


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esistencia el#ctrica es toda oposicin que encuentra lacorriente a su paso por un circuito elctrico cerrado, atenuando o%renando el libre -u5o de circulacin de las cargas elctricas oelectrones. Es la propiedad que tienen los cuerpos de oponerse en cierto

grado al paso de la corriente elctrica.

Cor"al"ente los electrones tratan de circular por el circuito elctrico deuna %or"a "/s o "enos organi#ada, de acuerdo con la resistencia queencuentren a su paso. Mientras "enor sea esa resistencia, "ayor ser/el orden existente en el "icro"undo de los electrones; pero cuando laresistencia es elevada, co"ien#an a chocar unos con otros y a liberarenerga en %or"a de calor. Esa situacin hace que sie"pre se eleve algo

la te"peratura del conductor y que, ade"/s, adquiera valores "/s altosen el unto donde los electrones encuentren una "a or resistencia a su


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En %uncin del valor de esta propiedad, los "ateriales se clasi9canen$onductores$:on los ele"entos que presentan una oposicin "uypequea al paso de los electrones a travs de ellos; es decir,presentan una resistencia elctrica "uy ba5a. o"o e5e"plo debuenos conductores elctricos pode"os no"brar a los "etales.:e"iconductores$:on un grupo de ele"entos, o co"puestos, quetienen la particularidad de que ba5o ciertas condiciones, se

co"portan co"o conductores. uando estas condiciones no se dan,se co"portan co"o aislantes. o"o e5e"plo pode"os no"brar alger"anio, al silicio, al arseniuro de galio.8islantes$:on los "ateriales o ele"entos que no per"iten el pasode los electrones a travs de ellos. 0or e5e"plo los pl/sticos.!a resistencia de un conductor depende de lalongitud del "is"o 2l3, de su seccin 2s3 y del

"aterial con el que est/ %abricado, "ediante lasiguiente expresin$

Donde$ ' resistencia. r' resistividad.L'longitud. s' :eccin


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:eg6n su %uncin en el circuito estas resistencias se deno"inan$8otenci,metros$se aplican en circuitos donde la variacin deresistencia la e%ect6a el usuario desde el exterior 2controles deaudio, video, etc.3.Trimmerso resistencias ajusta*les$se di%erencian de lasanteriores en que su a5uste es de9nitivo en el circuito donde van

aplicadas. :u acceso est/ li"itado al personal tcnico 2controlesde ganancia, polari#acin, etc.3.e,statos$son resistencias variables en las que uno de suster"inales extre"os est/ elctrica"ente anulado. @anto en unpotenci"etro co"o un tri""er, al de5ar unos de sus ter"inalesextre"os al aire, su co"porta"iento ser/ el de un restato,

aunque estos est/n diseados para soportar grandes corrientes.n potenci,metroesun resistor cuyo valor de resistencia es variable.De esta "anera, indirecta"ente, se puede

controlar la intensidad de corriente que -uye porun circuito si se conecta en paralelo, o

la di%erencia de potencial al conectarlo en serie.

Cor"al"ente, los potenci"etros se utili#an en

4esistencia

variable

: b bill tili


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:on unas bo"billas que no utili#anala"bre, gas, 9la"entos ohalgenos en su interior, sino tanslo un chip que las hace die#veces "/s e9cientes, alargando su

duracin, es una l/"para de estadoslido que usa ledes co"o %uentelu"inosa.!as l/"paras !ED est/nco"puestas por agrupaciones deledes, en "ayor o "enor n6"ero,seg6n la intensidad lu"inosadeseada.

!os diodos %uncionan con energaelctrica de corriente continua 23,

de "odo que las l/"paras de !EDdeben incluir circuitos internos paraoperar desde el volta5e 8 est/ndar.!os ledes se daan a altaste"peraturas, por lo que lasl/"paras de !ED tienen ele"entos

de gestin del calor, tales

L

asl5

m par

a sle

d

0ara e"itir lu# blanca es precisoco"binar ledes de lu# ro5a, verde ya#ul, o usar %s%oro para convertirparte de la lu# a otros colores.


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9na :otocelda esuna resistencia, cuyo valor en oh"iosvara ante las variaciones de la lu#.

na %otocelda presenta un ba5o valorde su resistencia ante la presencia delu#, y, un alto valor de resistencia antela ausencia de lu#.

:u %unciona"iento se basa en el e:ecto :otoel#ctrico. n %otoresistor est/ hecho de un se"iconductor de alta resistencia co"o elsul%uro de cad"io. :i la lu# que incide en el dispositivo es dealta %recuencia, los :otones son absorbidos por las elasticidades del

se"iconductor dando a los electrones la su9ciente energa para saltarla banda de conduccin. El electrn libre que resulta, y su huecoasociado, conducen la electricidad, de tal "odo que dis"inuyela resistencia. !os valores tpicos varan entre ( MG, o "/s, en laoscuridad y (


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sistemas deeneraci,n d

ener.a

ecol,i

ca


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:iste"as elicos pequeos para

generacin de electricidadconectados a la red elctrica.

9na tur*ina e,lica puede reducir sensible"ente su%actura de energa elctrica y, a la ve#, contribuir a que la "atri#

energtica del pas sea "/s li"pia y sustentable. . !as turbinaselicas convierten la energa cintica del viento en energa "ec/nica,la cual acciona un generador que produce energa elctrica.01u se entiende poreciencia energtica2

El uso de la energa destinado a cubrir las necesidades de laspersonasque asegura la "enor cantidad de energa utili#ada, sin a%ectar los

niveles de con%ort y prestaciones, debe ser conte"plada en eldiseo! la construcci,n y el uso de las

edi1caciones/

te"as de generacin de energa ecolgi


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8unque el c/lculo de lapotenciaelica ilustra algunascaractersticas, la "e5or %or"a

de "edir el %unciona"iento deuna turbina es laeneraci,n anual/

La :,rmula para evaluar la

potencia es lasiguiente$8otencia' p


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8 a n e l e

s o l a r e s!os paneles solares son "dulosque usan la energa que provienede la radiacin solar, y hay devarios tipos, co"o los de usodo"stico que producen

agua caliente o los panelessolares %otovoltaicos queproducen electricidad.

Los paneles solares :otooltaicos seco"ponen de celdas que convierten la lu#en electricidad. Dichas celdas se aprovechan del e%ecto %otovoltaico,"ediante el cual la energa lu"inosa produce cargas positivas ynegativas en dos se"iconductos prxi"os de distinto tipo, por lo quese produce un ca"po elctrico con la capacidad de generar corriente.

Silicio cristalinoy arseniuro de alio son la eleccin tpica de"ateriales para celdas solares. !os cristales de arseniuro de galio soncreados especial"ente para uso %otovoltaico, "ientras que loscristales de :ilicio est/n disponibles en lingotes est/ndar "/s baratosproducidos principal"ente para el consu"o de la industria

"icroelectrnica. 0l Silicio poli cristalino tiene una "enor e9caciade conversin ero ta"bin "enor coste.


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9so dom#stico. Estos paneles solares usan laenerga del :ol para calentar agua, trans9riendo calor hacia un

co"parti"iento para "antener el agua caliente. !os paneles solarescuentan con una placa receptora y un siste"a de tubos "ediante elcual circulan lquidos adheridos a la placa. El lquido calentado esbo"beado hacia un interca"biador de energa, donde de5a su calor yvuelve al panel para ser recalentado.

paneles solares :otooltaicos

paneles solares dom#sticos


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trabajo de micro eléctronica y mecatrónica

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