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TRABAJO COLABORATIVO N1

INTEGRANTES:

ERNESTO QUINTERO

JUAN GUILLERMO CLEVES

CARLOS ALBERTO ARBOLEDA

JUAN CLIMACO PINILLA

GRUPO 299002_28

TUTOR:

IVAN CAMILO NIETO SANCHEZ

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y ADISTANCIA UNAD

CEAD: ACACIAS-META

OCTUBRE DE 2015

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INTRODUCCION

La implementacin del diseo del problema propuesto nos permite afianzar nuestros

conocimientos sobre las diferentes aplicaciones de los semiconductores entre los que

encontramos la fotorresistencia, instrumento electrnico muy usado en el diseo de circuitos

que manejan sensores de luz cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad

de luz incidente, desarrollndolo en dos fases una de potencia en donde encontramos el

sensor de luz, el motor, las persianas y la fase de control donde se ejecuta los led que nos

muestran la luz encendida o apagada y la persianas abiertas o cerradas.

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OBJETIVOS

Reconocer las principales caractersticas de los semiconductores y su aplicabilidaden el mundo.

Disear e implementar un circuito electrnico en el cual se encienda una luz de 110V AC, y se activ un motor DC, este circuito ser activado por un foto-resistor.

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Principales caractersticas de los elementos semiconductores, su funcionamiento y

aplicaciones.

Los semiconductores son elementos que tienen la propiedad de comportase de dos maneras,como lo es siendo aislante o comportndose como conductor. Esta cualidad se logra

mediantes diversos factores que inciden en el componente, como lo es la temperatura, latensin elctrica aplicada o el campo magntico.

Los ms utilizados son el silicio y el Germanio, como base principal de los componenteselectrnicos semiconductores para toda clase de prcticas.

Estos elementos estn extremada pureza, son dopados con impurezas para cambiar suspropiedades elctricas y llamados como intrnseco, o cuando las impurezas son bajas se lesdenomina como extrnsecos.

El dopaje en los semiconductores aparecen las regiones denominadas tipo p y tipo n. esto escasi decir positivo y negativo, estas regiones estn constituidas por tomos los cuales en eltipo N son los que permiten la aparicin de electrones sin huecos, o donantes de electrones.Los denominados tipo P son los que permiten la aparicin de huecos que toman un electrn.

Universal y esto da lugar a los siguientes componentes:

Una unin N-P da lugar al Diodo.Una unin N-P-N o P-N-P da lugar al Transistor.Una unin N-P-P-N o P-N-N-P da lugar al Tiristor y al Triac.

La razn por la que los materiales semiconductores tienen comportamiento de aislante o deconductor es porque los electrones de valencia estn ligeramente ligados a sus respectivosncleos atmicos, pero no lo suficiente, pues al aadir energa elevando la temperatura soncapaces de abandonar el tomo para circular por la red atmica del material.

El dispositivo que nace a partir de la unin N y P es el diodo el cual es el ms simple en sufuncionamiento, este se comporta como un interruptor el cual mediante la tensin que se leaplica se controla.

Cuando los electrones giran en una direccin de acuerdo al circuito, el diodo se comportacomo un interruptor cerrado, esto pasa cuando se supera el voltaje de umbral de 0.7V. Cuandola circulacin es al contrario y esta quiere ingresar por el ctodo, no es permitida de maneraque se comporta con un interruptor abierto.

Es de esta manera que los semiconductores son capaces de comportarse como aislantes oconductores en un circuito electrnico.

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Los semiconductores son utilizados en diferentes configuraciones

Diodos rectificadores: estos diodos convierten la corriente alterna en corrientecontinua y se conoce como rectificacin, mediante una configuracin la sealpasa cuando es positiva a travs de la regin P de media onda.

Diodos de avalancha: Tambin se les llama diodos zener; este funciona comoun dispositivo limitador de voltaje, teniendo en cuenta al dopar las regionesse selecciona el volteje de ruptura.

Teora Elemental del Semiconductor

Los electrones exhiben una naturaleza dual: se comportan en algunos casos como partculasy en otros como ondas. La representacin como partcula es til al describir elfuncionamiento de los transistores y de la mayor parte de diodos.

Estructura Atmica

La estructura de un tomo como partcula es similar a la del sistema solar. En el centro deltomo se encuentra el ncleo, constituido por partculas con carga positiva llamada protonesy por muchas partculas elctricamente llamadas neutrones.Los materiales denominados semiconductores, como su nombre lo indica, conducen lacorriente bajo ciertas condiciones. Su caracterstica principal es la de conducir la corrienteslo bajo determinadas circunstancias, y evitar el paso de ella en otras. Es, precisamente, eneste tipo de materiales en los que la electrnica de estado slida est basada. La estructura

atmica de dichos materiales presenta una caracterstica comn: est formada por tomostetravalentes (es decir, con cuatro electrones en su ltima rbita), por lo que les es fcil ganarcuatro o perder cuatro.

Niveles De Energa

Un cristal est formado por un conjunto de tomos muy prximos entre s dispuestosespacialmente de forma ordenada de acuerdo con un determinado patrn geomtrico. La granproximidad entre los tomos del cristal hace que los electrones de su ltima capa sufranla interaccin de los tomos vecinos.El nivel energtico de cada uno de estos electrones puede estar situado en la "banda devalencia" o en la "banda de conduccin" del cristal. Un electrn que ocupe un nivel dentrode la banda de valencia est ligado a un tomo del cristal y no puede moverse libremente porl mientras que si el nivel ocupado pertenece a la banda de conduccin, el electrn puedemoverse libremente por todo el cristal, pudiendo Formar parte de una corriente elctrica.Entre la banda de valencia y la de conduccin existe una "banda prohibida", cuyos niveles

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no pueden ser ocupados por ningn electrn del cristal. Segn la magnitud de esta banda, loscristales pueden clasificarse en aislantes, conductores y semiconductores.Aislantes.La magnitud de la banda prohibida es muy grande (6 eV), de forma que todos los electronesdel cristal se encuentran en la banda de valencia incluso a altas temperaturas por lo que, al

no existir portadores de carga libres, la conductividad elctrica del cristal es nula. Un ejemploes el diamante.

Conductores.No existe banda prohibida, estando solapadas las bandas de valencia y conduccin. Esto haceque siempre haya electrones en la banda de conduccin, por lo que su conductividad es muyelevada. Esta conductividad disminuye lentamente al aumentar la temperatura, por efecto delas vibraciones de los tomos de la red cristalina. Un ejemplo son todos los metales.

Semiconductores.

La magnitud de la banda prohibida es pequea ( 1 eV ), de forma que a bajas temperaturasson aislantes, pero conforme aumenta la temperatura algunos electrones van alcanzandoniveles de energa dentro de la banda de conduccin, aumentando la conductividad. Otraforma de aumentar la conductividad es aadiendo impurezas que habiliten niveles de energadentro de la banda prohibida.El germanio y el silicio son semiconductores.

Aceptadores y Donadores

Se denomina semiconductor puro aqul en que los tomos que lo constituyen son todos delmismo tipo (por ejemplo de germanio), es decir no tiene ninguna clase de impureza. Si a unsemiconductor puro como el silicio o el germanio, se le aade una pequea cantidad detomos distintos (por ejemplo arsnico, fsforo, etc). Se transforma en un semiconductorimpuro. A las impurezas se las clasifica en donadoras y aceptadoras. Ahora, bien paraaumentar la conduccin de cualquier semiconductor se recurre a un proceso denominado"dopado" o "envenenamiento". El objeto del mencionado proceso es el del aumentar lacantidad de portadores libres en el cristal provocando un aumento en la conductividad delmismo (recordar que la corriente es el flujo de portadores) El dopado del cristal es realizadocon tomos trivalentes (con tres electrones en su ltima rbita) o pentavalentes (con cinco).

Semiconductores Tipo P y Tipo N

Cuatro de los cinco electrones del tomo de arsnico se unirn a los correspondienteselectrones de los cuatro tomos de silicio vecinos, y el quinto quedar inicialmente libre, sinuna posible unin, y por tanto se convertir en un portador de corriente. A este tipo deimpurezas que entregan electrones portadores (negativos) se los denomina donadores o deltipo n.En un semiconductor con impurezas del tipo n, no slo aumenta el nmero de electrones sinoque tambin la cantidad de huecos disminuye por debajo del que tena el semiconductor puro.

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Si al semiconductor puro de silicio se le aade algn tipo de impureza que tenga treselectrones externos, solo podr formar tres uniones completas con los tomos de silicio, y launin incompleta dar lugar a un hueco.

Este tipo de impurezas proporcionan entonces portadores positivos, ya que crean huecos quepueden aceptar electrones; por consiguiente son conocidos con el nombre de aceptores, oimpurezas del tipo p. Al contrario de lo que suceda antes en el tipo n en un semiconductorcon impurezas de tipo p los portadores que disminuyen son los electrones en comparacin,con los que tena el semiconductor puro.

Polarizacin Directa E Inversa De La Unin P-N

El diodo de unin P-N es el dispositivo semiconductor ms elemental. Consiste en el dopadode una barra de cristal semiconductor en una parte con impurezas donadoras (tipo N) y en laotra con impurezas aceptadoras (tipo P). De esta forma, en la parte P existe mucha mayorconcentracin de huecos que de electrones libres y en la parte N ocurre lo contrario.

La conductividad del diodo es diferente segn sea el sentido en que se aplique un campoelctrico externo. Existen dos posibilidades de aplicacin de este campo: polarizacin inversay polarizacin directa.

Polarizacin inversa. Consiste en aplicar a la parte N del diodo una tensin ms positiva quea la parte P. De esta forma, el campo elctrico estar dirigido de la parte N a la parte P y loshuecos tendern a circular en ese sentidoMientras que los electrones tendern a circular en sentido contrario. Esto significa quecircularan huecos de la parte N (donde son muy minoritarios) a la parte P (donde sonmayoritarios), por lo que esta corriente se ve contrarrestada por una corriente de difusin quetiende a llevar a los huecos de donde son mayoritarios (parte P) hacia donde son minoritarios

(Parte N). Por consiguiente, la corriente global de huecos es prcticamente nula. Algototalmente anlogo ocurre con la corriente de electrones, la corriente de arrastre va en sentidocontrario a la de difusin, contrarrestndose ambas y produciendo una corriente totalPrcticamente nula.La corriente total es la suma de la de huecos ms la de electrones y se denominan Corrienteinversa de saturacin (Is ). En la prctica, el valor de esta corriente es muy pequeo (delorden de nA en el Silicio) y depende de la temperatura de forma que aumenta al aumentarsta.

Polarizacin directa.

Consiste en aplicar a la parte P del diodo una tensin ms positiva que a la parte N. De esta

forma, el campo elctrico estar dirigido de la parte P a la parte N. Esto significa quecircularan huecos de la parte P (donde son mayoritarios) a la parte N (donde sonminoritarios) por lo que esta corriente tiene el mismo sentido que la corriente de difusin. Deesta forma, la corriente total de huecos es muy alta. Un proceso anlogo ocurre para lacorriente de electrones. La corriente total es la suma de la de huecos y la de electrones y tomaun valor elevado a partir de un determinado valor de tensin (tensin umbral, V) que dependedel tipo de semiconductor (en el Silicio es aproximadamente de 0,7 V y en el Germanio de

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0,2 V). Puede considerarse que el diodo es el dispositivo binario ms elemental, ya quepermite el paso de corriente en un sentido y lo rechaza en sentido contrario.

Rectificadores

Diodo de Unin y Diodo Zener (Smbolo, Comportamiento Y Curva Caracterstica)El diodo semiconductor est constituido fundamentalmente por una unin P-N, aadindoleun terminal de conexin a cada uno de los contactos metlicos de sus extremos y una cpsulaque aloja todo el conjunto, dejando al exterior los terminales que corresponden al nodo (zonaP) y al ctodo (Zona N) El diodo deja circular corriente a travs suyo cuando se conecta elpolo positivo de la batera al nodo, y el negativo al ctodo, y se opone al paso de la mismasi se realiza la conexin opuesta.

Diodos Zener

Los diodos estabilizadores de tensin se emplean, como su nombre indica, para producir unatensin entre sus extremos constante y relativamente independiente de la corriente que losatraviesa. Aprovechan, para su funcionamiento, una propiedad muy interesante que presentala unin semiconductora cuando se polariza inversamente por encima de un determinadonivel.Normalmente un diodo que recibe una polarizacin inversa no permite el paso de la corrienteo lo hace dejando pasar una intensidad debilsima. Sin embargo, al alcanzar una determinadatensin, denominada tensin zener se produce un aumento de la cantidad de corriente, deforma tal que esta diferencia de potencial entre sus extremos se mantiene prcticamenteconstante, aunque se intente aumentar o disminuir a base de variar la intensidad que lo

atraviesa.

Funcionamiento del circuito rectificador de onda completa con transformador con

PUNTO MEDIO.

Se puede considerar a este circuito como dos rectificadores de media onda, donde laalimentacin a la carga esta en contratase es decir que las tensiones sobre el secundario deltransformador estn desfasadas 180 entre s, es decir durante el semiciclo positivo de VAC,se enciende el diodo D1, donde la corriente se cerrar a travs de la carga y en semiciclo

negativo se pone en inversa D1 pero se pone en directa D2 manteniendo la corriente sobre lacarga. Otro detalle interesante es estudiar cual es la tensin que debe soportar los diodoscuando no estn conduciendo, por ejemplo cuando conduce D1 se puede ver que la tensindel punto A menos 0,7 Volt aparece sobre el ctodo del diodo D2, debiendo soportar elmximo de la tensin VAB-0.7 en inversa.

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Rectificador de onda completa tipo PUENTE.

La tensin VAB es positiva quedan polarizados en directa los diodos y D2 circulando lacorriente desde D1 pasando por la resistencia de carga y cerrndose por D2, en el prximosemiciclo se cortan los diodos D1 y D2 pero se ponen en directa los diodos D3 y D4

establecindose una corriente que sale de D3 pasa por la resistencia y se cierra a travs deD4 circulando por la resistencia la corriente en una sola direccin. Si se coloca un capacitoren paralelo con la carga tendremos como resultado algo similar al rectificador de media onda,con la salvedad que ahora la frecuencia de las ondas ser el doble y una forma deaproximacin para la determinacin del riple es tomando la relacin entre el V y el valor Vdcde tensin continua para este circuito tenemos las siguientes formulas:Vcd = (0.9) ( V. Eficaz del secundario)Vcd = (0.636) (voltaje pico rectificado)

Transistores

Transistor (smbolo, tipos, curva caracterstica y funcionamiento)El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas que consiste de dos capas dematerial tipo n y una capa tipo p, o bien, de dos capas de material tipo p y una tipo n. alprimero se le llama transistor NPN, en tanto que al segundo transistor PNP.Para la polarizacin las terminales se indican mediante las literales E para el emisor, C parael colector y B para la base. Se desarrollar una apreciacin de la eleccin de esta notacincuando se analice la operacin bsica del transistor. La abreviatura BJT, de transistor bipolarde unin (del ingls, Bipolar Junction Transistor), suele aplicarse a este dispositivo de tresterminales. El trmino bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones participanen el proceso de inyeccin hacia el material polarizado de forma opuesta. Si slo se utilizaun portador (electrn o hueco), entonces se considera un dispositivo unipolar.

Configuracin de Base Comn

Para la configuracin de base comn con transistores PNP y NPN. La terminologa de la basecomn se deriva del hecho de que la base es comn tanto a la entrada como a la salida de laconfiguracin. A su vez, por lo regular la base es la terminal ms cercana a, o que se encuentraen, el potencial de tierra. A lo largo de este libro todas las direcciones de corriente harnreferencia al flujo convencional (huecos) en lugar de hacerlo respecto al flujo de electrones.Para el transistor la flecha en el smbolo grfico define la direccin de la corriente del emisor(flujo convencional) a travs del dispositivo.

Configuracin de Colector Comn

La configuracin de colector comn se utiliza sobre todo para propsitos de acoplamiento deimpedancia, debido a que tiene una alta impedancia de entrada y una baja impedancia desalida, contrariamente a alas de las configuraciones de base comn y de un emisor comn.

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Polarizacin En Configuracin Emisor Comn

La configuracin de transistor que se encuentra ms a menudo para los transistores PNP yNPN. Se le denomina configuracin de emisor comn debido a que el emisor es comn ohace referencia a las terminales tanto de entrada como de salida (en este caso, es comn tantoa la terminal de base como a la de colector). Una vez ms, se necesitan dos conjuntos de

caractersticas para describir por completo el comportamiento de la configuracin de emisorcomn: uno para el circuito de entrada o base-emisor y otro para el circuito de salida ocolector-emisor.En la regin activa de un amplificador de base comn la unin del colector-base se encuentrapolarizada inversamente, mientras que la unin base-emisor se encuentra polarizadadirectamente.

Reguladores De Voltaje

Regulador de transistor con diodo zener.

Como los diodos zener presentan una zona de ruptura tpica a una determinada tensininversa ( Vz ) .- Si se utiliza esta propiedad que corresponde a una fuente ideal de voltajepara entregar una tensin constante o estabilizada a una carga que presenta comocaracterstica un consumo variable, para su funcionamiento.Tambin este dispositivo debe resguardar las posibles fluctuaciones o variaciones de latensin ondulatoria residual de entrada. Este circuito es el ms sencillo de los reguladores yes el de alimentacin de potencia regulada, que est hecho a base de diodo zener.

Regulador serie con transistor.

Anlisis funcional.

El ms utilizado de los de los reguladores de tensin, es el regulador tipo serie.El transistor es la etapa de control y RL es la carga. El diodo zener alimentado a travs de Ry del transistor y su corriente de base, suministra una tensin constante de referencia aplicadaa la base del transistor. Al aumentar la corriente consumida por la carga IL, por cualquierrazn, la tensin VL sube e incrementa el valor de VBE llevando el emisor a un potencialms positivo con respecto a base.Por tanto la polaridad directa base emisor se reduce y la corriente de colector disminuye,disminuyendo as la corriente de carga IL. Se ve que a un aumento de la corriente IL,corresponde un efecto de control que disminuye el valor de IL. Existe entonces un efecto de

compensacin o de regulacin.El circuito detector de error, en este regulador, acta por la caracterstica base emisor delcircuito, y el mismo transistor hace las veces de amplificador.

Circuitos Amplificadores

Redes de acoplamiento.

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Cuando un sistema est compuesto por ms de una etapa de transistores, es necesarioconectar, o acoplar, los transistores entre s. Existen muchas formas comunes de lograresta interpretacin entre amplificadores. En las siguientes secciones se analizan losacoplamientos directo, capacitivo, por transformador y ptico.

Acoplamiento directo

Dos amplificadores estn acoplar es directamente si la salida del primer amplificador seconecta en forma directa a la entrada del segundo sin utilizar capacitores. La salida en ca dela primera etapa est superpuesta con el nivel de cd esttico de la segunda etapa. El nivel decd de la salida de la etapa anterior se suma al nivel de cd de polarizacin de la segunda etapa.Para compensar los cambios en los niveles de polarizacin, en amplificador utilizadiferentes valores de fuentes de tensin de cd en lugar de una fuente de Vcc sencilla.El acoplamiento directo se puede utilizar de manera efectiva al acoplar en amplificador ECa uno ES. El amplificador acoplado directamente tiene una buena respuesta en frecuenciaspues no existen elementos de almacenamiento en serie (sensibles a la frecuencia) que afecten

la seal de salida en baja frecuencia.

Acoplamiento capacitivo

Constituye la forma ms simple y efectiva de desacoplar los efectos del nivel de cd de laprimera etapa amplificador, de aquellos de la segunda etapa. En capacitor separa elcomponente de cd de la seal de ca. Por tanto, la etapa anterior no afecta la polarizacin dela siguiente. Para asegurar que la seal no cambie de manera significativa por la adicin deun capacitor, es necesario que est se comporte como cortocircuito para todas las frecuenciasa amplificar.Acoplamiento por transformador

Se puede utilizar un transformador para acoplar dos etapas del amplificador. Este tipo deacoplamiento se utiliza a menudo cuando se amplifican seales de alta frecuencia. Lastransformaciones son ms costosos que los capacitores, aunque sus ventajas pueden justificarel costo adicional. A travs de una eleccin adecuada de la razn de vueltas, se puede utilizarun transformador para aumentar ya sea la ganancia de tensin o bien la de corriente fondo.Por ejemplo, encima etapa de salida del amplificador vez potencia, en transformador seutiliza para aumentar la ganancia de corriente. Existen otros beneficios asociados con el usode un transformador. Por ejemplo, el transformador se puede sintonizar para resonar demanera que se convierta en un filtro pasa-banda (filtro que pasa las frecuencias deseadas yatena las frecuencias que quedan fuera de la banda requerida).

Acoplamiento ptico

Muchas aplicaciones requieren el acoplamiento ptico de circuitos electrnicos. Estasaplicaciones se pueden clasificar como sigue:- dispositivos sensibles a la luz y emisores de luz.- detectores y emisores discretos para sistemas de fibra ptica.

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- mdulos interruptor/ reflector que detectan objetos que modifican la trayectoria de la luz.- aisladores /acopladores que transmiten seales elctricas sin conexiones elctricas.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA PROPUESTA

Diseo de Circuito Electrnico

Componentes

1 Fotorresistor 1 Motor 12 v

2 bacterias de 12 v

2 Relay de 12 v

3 Compuertas NOT

5 Led de Diferentes colores.

1 Compuerta AND

1 Compuerta OR

1 Fuente DC 8 v

2 Button

2 Switch

2 Transistor Bipolar NPN TIP122

1 Relay G2RL-1A-CF-DC5

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Fase Potencia

1. Sensor con Luz.

Como podemos observar en la figura el fotorresistor est encendido, el motor gira hacia laderecha y la bombilla representada por el led est apagada, las persianas representadas porel button estn cerradas.

2.

Sensor con oscuridad

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En la figura se muestra al fotorresistor apagado, el motor girando hacia la izquierda,la luz de la bombilla encendida y las persianas abiertas.

Fase de Control

Led Rojo = Luz Encendida

Led Verde = Luz Apagada

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Led Azul = Persianas Cerrada

Led Amarillo= Persianas Abierta

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CONCLUSIONES

La fotorresistencia es un componente electrnicocuya resistenciadisminuye con elaumento de intensidad de luz incidente muy usada en el diseo de circuitos parasimular la luz de da y noche, est hecho de un semiconductor de alta resistenciacomo el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que incide en el dispositivo es dealta frecuencia, los fotones son absorbidos por las elasticidadesdel semiconductor dando a los electrones la suficiente energa para saltar la banda deconduccin.

Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad elctrica inferiora la de un conductor metlico pero superior a la de un buen aislante. Elsemiconductor ms utilizado es el silicio, que es el elemento ms abundante en lanaturaleza, despus del oxgeno. Otros semiconductores son el germanio y el selenio.

La implementacin del diseo solicitado nos permiti conocer los tipos desemiconductores ms utilizados como por el ejemplo el transistor bipolar, lafotorresistencia entre otros, en la creacin de un circuito electrnico en el cual seprende una luz de 110 V AC, y se activa un motor DC.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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