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ELECTRÓNICA Y CONTROL I Prof. Facundo M. Mazziotta

TALLER DE ELECTROTECNIA ELECTRÓNICA Y CONTROL I

Conductores, Aislantes y Semiconductores:

Los conductores, como el cobre, tienen un solo electrón en la órbita exterior (electrón de valencia) y muy alejado del núcleo, por eso, sobre el actúa poca fuerza de atracción. Así, al aplicarle una pequeña fuerza (tensión) es posible desplazarlo.

Los aislantes, tienen ocho electrones de valencia y fuertemente ligados al núcleo. Por eso, no se

logran desplazar con facilidad. Los semiconductores, electrónicamente, están entre los conductores y los aislantes. Como cabría de esperar, los semiconductores tienen CUATRO ELECTRONES DE VALENCIA. Los semiconductores más utilizados son en primer lugar el SILICIO y en segundo el GERMANIO.

Germanio Silicio

Dopaje de un semiconductor: Para aumentar la conducción de un semiconductor, se añaden átomos de impurezas a un cristal de semiconductor puro.

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SEMICONDUCTOR TIPO P

Si en un semiconductor puro (átomos de silicio enlazados entre sí)…

Enlace covalente de átomos de germanio, obsérvese que cada átomo comparte cada uno de sus electrones con otros cuatro átomos

.... sustituimos uno de sus átomos (que como sabemos tiene 4 electrones en su capa exterior) por un átomo de otro elemento que contenga tres electrones en su capa exterior, resulta que estos tres electrones llenarán los huecos que dejaron los electrones del átomo de silicio, pero como son cuatro, quedará un hueco por ocupar. O sea que ahora la sustitución de un átomo por otros provoca la aparición de huecos en el semiconductor.

A esta red dopada con esta clase de impurezas se le denomina "material tipo P"

Semiconductor dopado tipo P

Si en un semiconductor puro (átomos enlazados entre sí)....

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.... sustituimos uno de sus átomos (que como sabemos tiene 4 electrones en su capa exterior) por un átomo de otro elemento que contenga cinco electrones en su capa exterior, resulta que cuatro de esos electrones sirven para enlazarse con el resto de los átomos de la red y el quinto queda libre.

Semiconductor dopado tipo N

A esta red dopada con esta clase de impurezas se le denomina "Material tipo N"

Las Impurezas tipo N más utilizadas en el proceso de dopado son el arsénico, el antimonio y el fósforo

Diodos: El diodo es un dispositivo semiconductor con dos terminales de conexión formado por un material tipo P y un N, el cual permite la circulación de corriente en un solo sentido.

Polarización directa del diodo: es cuando se conecta el ánodo al positivo y el cátodo al negativo de la fuente. Su resistencia interna adopta valores pequeños (menor a 0,45 Ohms). Hay circulación de corriente.

Polarización inversa: es cuando se conecta el ánodo al negativo y el cátodo al positivo de la fuente. Su resistencia interna adopta valores muy elevados. No hay circulación de corriente.

La “barrera de potencial”:

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Para que un diodo conduzca en directa, es necesario superar una determinada tensión (“barrera de potencial”). El valor de esta, depende de los materiales utilizados en la fabricación del dispositivo; a saber: Silicio: 0,7 V Germanio: 0.2 V Arseniuro de Galio: 2,2 V Es decir que el diodo, presentara una caída de tensión entre sus terminales igual a la barrera de potencial, que en el caso del silicio será de 0,7 V. Prueba de estado de diodos con el multímetro:

Estas pruebas solo permiten conocer si un semiconductor está en condiciones normales, en cortocircuito, o en circuito abierto. Por lo tanto no permiten conocer la tensión máxima soportada ni la corriente; solo si el componente esta bueno o malo. El multimetro en este caso se usara como OHMETRO en las escalas Rx1 (R por uno) y Rx100. En su interior, el tester posee un instrumento de bobina móvil. Como la corriente debe circular por dicha bobina con el mismo sentido cuando funciona como voltímetro o como ohmetro, con su pila interna, la corriente que sale por el terminal negativo del instrumento (generalmente el cable negro), se conecta al positivo de la pila. Por lo tanto, el terminal positivo del instrumento de bobina móvil, identificado con el cable rojo, corresponde al negativo de la pila.

Para comprobar el estado del dispositivo, uno de los dos terminales debe estar desconectado del circuito. Prueba en sentido directo: Diodo bueno: en Rx1 se leerá generalmente un valor comprendido ente 15 a 30 R Diodo arruinado: en Rx1 se leerá 0 Ohms (diodo en corto) o R infinita (diodo abierto)

Prueba en sentido inverso: Diodo bueno: Se leerá R infinita

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Diodo Arruinado: R20 si esta en corto, o R10000 si esta en fuga.

Tiristores:

SCR´s:

Un SCR (Silicon Controlled Rectifier, Rectificador Controlado de Silicio), es un dispositivo semiconductor que es accionado (entra en estado de conducción) por una corriente aplicada a la compuerta (o Gate). Cuando el tiristor esta “cebado” solo deja el estado de conducción cuando se le quita la tensión aplicada.

Verificación del funcionamiento de un SCR: Para esta prueba puede ser necesario un cable adicional, pues lo que se hace es alimentar simultáneamente el Gate y el ánodo con una tensión positiva con respecto al cátodo, para que el SRC conduzca en sentido directo. En tiristores pequeños, al retirar el cable auxiliar del Gate, seguirá circulando corriente entre el ánodo y cátodo. En cambio, para tiristores medianos y grandes, al retirar el cable auxiliar, cesará la conducción, debido a que la corriente entregada por el multimetro no alcanza para mantenerlos cebados (no supera la “corriente de mantenimiento”).

Diac:

Es un componente electrónico que está preparado para conducir en los dos sentidos de sus terminales siempre que se llegue a su tensión de cebado o de disparo(30v aproximadamente,).

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Triac:

Al igual que el SCR tiene dos estados de funcionamiento: bloqueo y conducción. Conduce la corriente entre sus terminales principales en un sentido o en el inverso,.Conduce entre los dos ánodos (A1 y A2) cuando se aplica una señal a la compuerta (G). Al igual que el SCR, el paso de bloqueo al de conducción se realiza por la aplicación de un impulso de corriente en la puerta, y el paso del estado de conducción al de bloqueo por la disminución de la corriente por debajo de la intensidad de mantenimiento.

La aplicación de los triacs, a diferencia de los tiristores, se encuentra básicamente en corriente alterna.

Transistores Bipolares:

El transistor es un dispositivo semiconductor de dos capas de materia P-N. Según la configuración utilizada podemos clasificarlos en: Transistores N-P-N:

Transistores P-N-P:

Podemos definirlo como un elemento que permite el control y la regulación de la corriente que circula entre colector y emisor (corriente grande) mediante una señal muy pequeña aplicada a la base. A la relación entre la corriente que pasa por el colector y la que pasa por la base se denomina ganancia de corriente o hFE. Para hacer que un transistor entre en conducción debe existir una diferencia de potencial entre la base y el emisor. En transistores NPN, mientras mayor sea la tensión en la base, mayor será la conducción. Por el contrario, en transistores PNP, mientras menor sea la tensión en la base, más conducirá.

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Dependiendo de la cantidad de corriente inyectada en la base podemos hacer trabajar al transistor en tres zonas de funcionamiento: CORTE.- No circula corriente por la Base, por lo que, la corriente de Colector y Emisor también es nula (la resistencia interna entre colector y emisor el muy elevada). El transistor, entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto. IB = IC = IE = 0; VCE = Vbat SATURACION.- Cuando por la Base circula una corriente apreciable, la resistencia entre colector y emisor es nula y este, se comporta como un interruptor cerrado. De esta forma, se puede decir que la tensión de la batería se encuentra en la carga conectada en el Colector. ACTIVA.- Con corrientes de base inferiores a la corriente de saturación el transistor, actúa como amplificador. Puede dejar pasar más o menos corriente. Cuando trabaja en la zona de corte y la de saturación se dice que trabaja en conmutación. En definitiva, como si fuera un interruptor. Prueba de Transistores:

Para esto se deben desoldar del circuito dos de los tres terminales del dispositivo. Siempre utilizar la escala Rx100, exclusivamente. Si el transistor está sano, con el tester se puede determinar si es PNP o NPN, cual es la base, el colector y el emisor. Transistores NPN: con el cable negro (positivo de la pila) colocado en la base, tocando con la punta del cable rojo (terminal negativo de la pila) tanto el colector como el emisor debe haber conducción como si hubiera dos diodos (unidos por el ánodo).

Una vez identificada la base, podemos ya determinar cual es el emisor y cual el colector. Con el cable negro (positivo de la pila) conectado a una patita elegida como colector y el cable rojo (negativo de la fuente) conectado a la otra patita (elegida como emisor), procedemos a inyectarle una corriente positiva a la base por medio de una resistencia (que puede ser nuestros dedos humedecidos). Hecha la prueba, si la aguja deflexiona lo suficiente, estar acusando una disminución de la resistencia colector-emisor, es decir esta conduciendo. Por lo tanto, el elemento elegido como emisor es realmente el emisor y el elegido como colector es realmente el colector. En el caso que la aguja no deflexione, el terminal elegido como colector, será pues realmente el emisor.

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Transistores PNP: con el cable rojo (negativo de la pila) colocado en la base, tocando con la punta del cable negro (terminal positivo de la pila) tanto el colector como el emisor debe haber conducción como si hubiera dos diodos (unidos por el cátodo).

Una vez identificada la base, podemos ya determinar cual es el emisor y cual el colector. Con el cable rojo (negativo de la pila) conectado a una patita elegida como colector y el cable negro (positivo de la pila) conectado a la otra patita (elegida como emisor), procedemos a inyectarle una corriente que sale del polo negativo de la fuente a la base por medio de una resistencia (que puede ser nuestros dedos humedecidos). Hecha la prueba, si la aguja deflexiona lo suficiente, estar acusando una disminución de la resistencia colector-emisor, es decir esta conduciendo. Por lo tanto, el elemento elegido como emisor es realmente el emisor y el elegido como colector es realmente el colector. En el caso que la aguja no deflexione, el terminal elegido como colector, será pues realmente el emisor.

Circuito de aplicación: al aplicarle una determinada corriente a la base, el transistor se cierra completamente activando el relé y encendiendo así, la lámpara conectada al mismo. El diodo conectado en inversa para la fuente, cortocircuita la fuerza electromotriz inducida en el momento en que se activa el relé.

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LED - Diodo Emisor de Luz:

Un LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica emite luz. Dependiendo del material de que esta hecho el led, será el color emitido. GaAs + Zn Infrarrojo GaAs +P4 Rojo GaAs + P5 Ámbar GaAs + P85 Amarillo GaAs + P Verde Su barrera de potencial es de 2,2 V Para que un led emita luz sin quemarse, su corriente será de 20 mA como máximo. Para una tensión de 12 V calcular la resistencia limitadora de corriente para que el led no se destruya.

Aplicando la Ley de Ohm, calculamos la resistencia: R = Vr = E – Vled =12 V – 2.2 V = 490 Ohm I I 20 mA Como no existe este valor comercial, adoptaremos el mayor más próximo, que es 560 Ohm.

Lectura de Capacitores cerámicos:

Este tipo de capacitores tienen inscripto un código correspondiente al valor de capacitancia del mismo. Identificamos el 1° y 2° numero como las primeras cifras de su valor, y el 3° numero como la cantidad de ceros que posee. El valor obtenido será expresado en “picofaradios”

Lectura de capacitores de poliéster metalizados:

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Circuitos Integrados:

Los circuitos integrados se presentan en una enorme variedad de funciones y tamaños. La indicación mas simple que podemos aconsejar para saber si esta en buen estado, es la de medir la resistencia entre la pata de alimentación positiva y la alimentación negativa. Si R=0 el circuito integrado (CI o IC) está quemado. Si R es del orden de 1000 a 10000 probablemente esté en buenas condiciones. Existen diferentes tipos de encapsulado, siendo el mas utilizado el de tipo DIP (dual in line pin).

Para determinar el número de terminales que corresponden a un integrado, se debe recorrer el mismo en sentido antihorario a partir de la ranura de uno de sus lados. OSCILADORES:

Son circuitos que entregan una señal de salida sin que para ello haga falta aplicarle una señal en la entrada. El circuito integrado 555 desarrollado inicialmente por la firma SIGNETIC y luego fabricado por otras compañías es un circuito integrado monolítico de bajo costo y elevadas prestaciones. Encontrando sus principales aplicaciones como multivibrador astable y monoestable. Encapsulado DIP 8

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Circuito monoestable: Permite obtener una señal de salida durante un tiempo preestipulado. Apagándose luego de ese periodo.

El tiempo que la salida permanece activa se determina por la siguiente formula: T = 1,1 x R x C Si R se mide en Ohms y C en faradios, el tiempo quedara expresado en segundos.

Circuito Astable: Permite entregar a la salida, un tren de pulsos. Se emplea entre otras cosas como Reloj en circuitos digitales.

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La frecuencia del tren de pulsos se determina con la siguiente fórmula: F = 1 = [Hz] 0,693 x (Ra + Rb) x C Contador Johnson (CI 4017):

Este circuito integrado, admite una alimentación de hasta 15 V y corriente máxima de salida es de 2 a 6 mA. Para su funcionamiento, es necesario un circuito auxiliar que funcione como reloj; este es un astable realizado con un CI 555, cuya salida es conectada al terminal 14 del 4017. El CI 4017 es un contador Johnson provisto de 10 salidas, las cuales se activan en forma secuencial con cada flanco ascendente de los pulsos de reloj. Si el terminal 15 (reset) es conectado a masa, se conforma un secuenciador de 10 canales; en cambio, si el terminal 15 es conectado por ejemplo a la 6° salida se conforma un secuenciador de 5 canales. El terminal 13 se denomina Habilitación de Reloj; y para que el contador reconozca los pulsos de clock, debe estar conectado a masa. El terminal 12 del 4017 es la función denominada CARRY o”transporte”. Cuando por el terminal 14(Reloj) hayan ingresado diez pulsos, por el terminal 12(CARRY) se obtendrá un pulso; es por eso que a esta función se la denomina “divisor por diez”.

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Secuenciador de 10 canales:

Secuenciador de 5 canales:

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Marcador de minutos con tren de pulsos de 1 segundo:

Display de siete segmentos:

Este, es un dispositivo optoelectrónico utilizado para visualizar números. Consta de siete segmentos que se encienden o apagan respectivamente para así obtener la cifra requerida.

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Como cada segmento es un LED, su corriente máxima será de 20 mA y podemos encontrarlos conectados de dos maneras posibles: Ánodo común:

Cátodo común:

Optoacopladores:

Un optoacoplador combina un dispositivo semiconductor formado por un fotoemisor, un fotoreceptor y entre ambos hay un camino por donde se transmite la luz. Todos estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP.

La señal de entrada es aplicada al fotoemisor y la salida es tomada del fotoreceptor. Los optoacopladores son capaces de convertir una señal eléctrica en una señal luminosa modulada y volver a convertirla en una señal eléctrica. La gran ventaja de un optoacoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida.

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Los fotoemisores que se emplean en los optoacopladores de potencia son diodos que emiten rayos infrarrojos (IRED) y los fotoreceptores pueden ser tiristores o transistores.

Cuando aparece una tensión sobre los terminales del diodo IRED, este emite un haz de rayos hacia el fotorreceptor. La energía luminosa que incide sobre el fotorreceptor hace que este genere una tensión eléctrica a su salida. Este responde a las señales de entrada, que podrían ser pulsos de tensión.

Diferentes tipos de optoacopladores:

Fototransistor: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un transistor.

Fototriac: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un triac

Fototriac de paso por cero: optoacoplador en cuya etapa de salida se encuentra un triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta al triac sólo en los cruce por cero de la corriente alterna.

Señales Analógicas:

Se caracterizan por ser “funciones continuas de variables continuas”, es decir que se pueden obtener infinitos valores en un determinado margen (no hay saltos entre un valor y otro).

El nombre de analógicos proviene de la analogía que hay entre la representación (sistema dado, cartesiano) de las variaciones en el tiempo de un fenómeno físico (Ej. Temperatura, presión, etc.) Y la señal eléctrica que se obtiene como resultado de la conversión de un fenómeno físico en eléctrico. Por ejemplo, con la presión, la analogía es con la señal de salida de un dispositivo que registre como magnitud eléctrica (E o I) las variaciones de presión.

Por extensión se llaman señales analógicas a las que varían en forma continua. Señales Digitales: Estas señales (de digito, numero que se expresa por una sola cifra o guarismo Ej. 1, 2,3) se caracterizan por ser funciones discretas es decir, que los valores que toman son finitos y definidos, es decir puede tomar algunos de infinitos valores.

Se llaman aparatos o instrumentos digitales los que presentan lo medido mediante números (dígitos). Ejemplos: reloj digital, contador de vueltas, odómetro (medidor de distancia recorrida), etc. En el último caso, es evidente que la distancia recorrida es una función analógica. Si embargo es más cómodo presentarla mediante un indicador digital. Señales binarias:

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Estas son un caso particular de las señales digitales. Tienen solamente dos márgenes de valores(responden al sistema de numeración en base 2), es decir que pueden tomar solo dos estados, que simbólicamente se expresan por “0” y “1”; en general “0” corresponde a ausencia de tensión(en algunos casos tensión baja) y “1” presencia de tensión(en algunos casos tensión alta). Cada elemento binario solo puede tener dos estados (0 y 1) y por eso, puede contener solo dos informaciones. Dos elementos binarios pueden representar 22=4 informaciones (00, 01, 10, 11). Tres elementos binarios pueden contener a 23=8 informaciones (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111). Cuatro elementos binarios 24= 16 informaciones; y en general N elementos binarios podrán representar: 2n= informaciones Sistema de numeración binario: El sistema de numeración que usamos normalmente es el sistema decimal que utiliza diez cifras (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). Se llama base de un sistema de numeración a la cantidad de símbolos distintos utilizados para representar todos los números de un sistema. Los dispositivos electrónicos responden con mayor seguridad y rapidez al trabajar con impulsos eléctricos que solo presentan dos niveles diferentes (hay tensión o no; 1 o 0) y no diez niveles. Para comprender mejor el sistema binario haremos primero una breve referencia al sistema decimal: En el sistema cada cifra representa diez unidades de orden inferior; es decir, que cada cifra tiene un valor 10 veces superior a la misma pero colocada a su derecha inmediata. Por ejemplo, el número 2432 se puede expresar de la siguiente manera: 2 u. de mil = 2 x 103 = 2000 4 centenas = 4 x 102 = 400 3 decenas = 3 x 101 = 30 2 unidades = 2 x 100 = 2 Total = 2432 Consideremos ahora el sistema binario, también cada cifra tiene un valor que es función de la posición que ocupa; pero cada posición vale dos veces mas que la que esta a su derecha inmediata. Veamos como podemos convertir un número binario en su correspondiente valor decimal. Por ejemplo el numero 1101 1 x 23 =8 1 x 22 = 4 0 x 21 = 0 1 x 20 = 1 Total: 13 Veamos ahora como convertir un número decimal en binario. Para esto dividimos el número decimal por 2 y consideramos el resto como la última cifra del número binario correspondiente; continuamos la operación dividiendo el cociente otra vez por dos y así sucesivamente. Los restos enteros de cada división de derecha a izquierda forman el número binario buscado. Como ejemplo convertiremos el número 18:

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La siguiente tabla muestra la equivalencia entre los primeros dieciséis números enteros del sistema binario y del decimal:

BCD – Decimal Codificado en Binario:

En este sistema de numeración, solo se utilizan los números del 0 al 9 codificados en binario para representar cualquier número. Así el numero 12 será representado como el 1 y el 2 en BCD. Es decir como 0001 0010.

Circuito integrado 4510:

Es un contador adelante/atrás BCD. Es decir que puede contar de 0 a 9(hacia adelante) o de 9 a 0(hacia atrás) los pulsos que ingresan por la entrada de reloj. Para hacerlo funcionar, el reset se conectara a masa, el CE (counter enable habilitación para contar) y el LD a masa. Para que cuente hacia adelante, el terminal 10 tendrá que conectarse a VCC (si esta a masa contará hacia atrás). A continuación se detalla el pinout del CI.

Circuito integrado 4511:

Este CI es un decodificador de BCD a 7 segmentos. Permite visualizar en un display de siete segmentos, el número en BCD aplicado en sus entradas. Para que este CI funcione correctamente los terminales LT y BI

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(supresor de cifras) deben estar conectados a VCC y el terminal ENL (enable latch, habilitación del latch) a masa. A continuación se detalla el pinout del CI.

Contador de 0 a 9:

Para efectuar un contador de 0 a 99 copiar el circuito anterior (sin el 555) y desde el carry del 4510(pata 7) unir con un cable a la entrada de reloj del segundo 4510(pata 15). Lógicamente el modulo agregado será el 2° digito del contador; por eso estará su display ubicado a la derecha del primero. Ruido en sistemas digitales y analógicos:

El ruido es toda señal indeseable. Muchas pueden ser las causas de su presencia: mala conexión a tierra, alta impedancia de entrada del dispositivo, elevada temperatura, interferencias electromagnéticas, etc. En la siguiente figura se muestra una señal analógica con y sin ruido y otra digital, con y sin ruido.

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Se puede apreciar que el ruido cambia la amplitud de las señales. Sin embargo, en la señal digital se identifica fácilmente, qué parte de la señal corresponde a la tensión alta y cual a la baja; lo que hace posible extraer la información original. Esto no ocurre con la señal analógica, ya que esta puede tomar cualquier valor. Sistemas lógicos:

El maestro de la lógica simbólica fue George Boole, que estructuró la representación de las operaciones elementales de los procesos de razonamiento mediante símbolos matemáticos y planteó un conjunto de reglas y leyes de lógica binaria (si no, tensión no tensión, prendido apagado, 1 0). El esquema lógico toma el nombre de álgebra de boole y con esta se puede operar sobre conceptos y las proporciones como se opera en el álgebra lógica o álgebra de conmutación. En los sistemas lógicos los variables lógicos pueden tomar solo dos estados que se representan por “0” y “1”. Los componentes lógicos en los que se tiene este tipo de comportamientos (La posibilidad de tomar solo dos estados) se los denominan componentes lógicos y son representados por variables lógicos y circuitos basados en esos componentes(o bloques). Los circuitos lógicos integran los sistemas lógicos. Las operaciones o funciones lógicas básicas que tienen o pueden tener lugar en los sistemas lógicos son tres y se los conoce con las palabras inglesas “and”, “or” y “not” (en castellano: Y, O, NO). La combinación de estas tres funciones permite efectuar cualquier tipo de operaciones lógicas. Compuertas Lógicas:

A los bloques elementales se los denomina compuertas lógicas. El nombre indica que el circuito puede cerrarse o abrirse para permitir o no el paso de señal. Una compuerta lógica es un elemento con una o más entradas (de señales binarias) y una sola salida. El estado de la salida (falso =0, o verdadero = 1) depende de las características del circuito lógico y de los estados de las entradas. Compuertas elementales: Compuerta AND: puede tener cualquier número de entradas y como toda compuerta, una sola salida. La salida de una compuerta AND es verdadera si, y solo si, todas sus entradas son verdaderas. A continuación se expresa el símbolo y la tabla de verdad para una compuerta AND de dos entradas.

Compuerta OR: puede tener cualquier número de entradas y una sola salida. La salida es verdadera si, y solo si, una de las entradas por lo menos es verdadera. Se la llama también OR inclusiva por las razones antes expuestas. A continuación se expresa el símbolo y la tabla de verdad para una compuerta OR de dos entradas.

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Compuerta Or exclusiva: la salida es verdadera, si y solo si una sola de sus entradas es verdadera. A continuación se expresa el símbolo y la tabla de verdad para una compuerta OR Exclusiva de dos entradas.

Compuerta NOT: posee una sola entrada y una sola salida. La salida de una compuerta NOT es verdadera si, y solo si, su entrada es falsa. Esta compuerta cumple la función de un inversor (negador) lógico, pues la salida es el complemento de la entrada. Es por eso que a este tipo de compuerta se lo suele denominar simplemente inversor. A continuación se expresa el símbolo y la tabla de verdad para una compuerta NOT.

Compuertas compuestas: Compuerta NAND: equivale a una compuerta AND seguida de un inversor, su nombre es la abreviatura de NOT + AND. . A continuación se expresa el símbolo y la tabla de verdad para una compuerta NAND de dos entradas.

Compuerta NOR: equivale a una compuerta OR seguida de un inversor. A continuación se expresa el símbolo y la tabla de verdad para una compuerta NOR de dos entradas.

Compuerta NOR exclusiva: equivale funcionalmente a una compuerta OR exclusiva seguida de un inversor. . A continuación se expresa el símbolo y la tabla de verdad para una compuerta NOR exclusiva de dos entradas.

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Sistemas de control: clasificación. Considerando las características del control, estos se pueden clasificar en:

� Sistemas de control de lazo(o bucle) abierto � Sistemas de control de lazo(o bucle) cerrado (sistemas realimentados)

En ambos casos el control puede ser manual o automático. Un sistema de lazo abierto puede ser por ejemplo el de un sistema de riego que enciende sus regadores una vez al día por 20 minutos, no importa si haya llovido o no el día anterior. La variable de salida (en este caso la humedad del terreno) no realimenta a la entrada. El sistema podría convertirse en uno de lazo cerrado, si se coloca un censor de humedad que chequee si hace falta riego o no. En este caso hay realimentación porque la variable de salida(o variable controlada) condiciona la entrada del sistema. A continuación se presentan los dos tipos de sistemas de control:

Los sistemas de control a lazo abierto:

Los sistemas de control en los que la salida no tiene efecto sobre la acción de control, se denominan sistemas de control de lazo abierto. En otras palabras, en un sistema de control de lazo abierto la salida ni se mide ni se retroalimenta para compararla con la entrada. Un ejemplo práctico lo constituye una lavadora de ropa doméstica. El remojo, lavado y enjuague en la lavadora se cumplen por tiempos. La máquina no mide la señal de salida, es decir, la limpieza de la ropa.

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Sistemas de control a lazo cerrado:

En este tipo de sistema, la salida actúa sobre el sistema para mantener su valor dentro de los límites fijados. Cuando la salida ejerce influencia sobre la entrada decimos que hay realimentación. Los sistemas de control a lazo cerrado son sistemas realimentados, mediante la cual, se corrigen las variaciones existentes entre el valor de la salida y el valor deseado (de referencia).

Realimentar: es tomar una muestra de la señal de salida y reinyectarla en la entrada.

Hay dos tipos de realimentación:

� Realimentación positiva: cuando un aumento en la señal de realimentación provoca un aumento de la salida del sistema(señal reinyectada en fase con la entrada)

� Realimentación negativa: cuando un aumento de la señal de realimentación provoca una disminución de la salida del sistema (reinyección en contrafase).

La realimentación negativa es la base de los sistemas automáticos de control que buscan estabilidad.

En los sistemas de control, la alimentación se combina con la señal de referencia en el elemento de comparación. Llamado detector de error, y como resultado se obtiene una señal de derivación, llamada señal de error que actúa sobre los accionamientos que regulan la salida. El signo positivo o negativo en cada punta de flecha indica si la señal se suma o se resta. Las magnitudes que se suman o restan deben tener las mismas dimensiones y las mismas unidades.

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Dispositivos de efecto hall:

Estos encuentran actualmente aplicación en una gran variedad de sistemas donde se requiere sensar posición, movimiento o campo magnético sin necesidad de contacto físico.

Efecto Hall: Cuando por un material conductor o semiconductor, circula una corriente eléctrica, y estando este mismo material en el seno de un campo magnético, se comprueba que aparece una fuerza magnética en los portadores de carga que los reagrupa dentro del material, esto es, los portadores de carga se desvían y agrupan a un lado del material conductor o semiconductor, apareciendo así un campo eléctrico perpendicular al campo magnético y al propio campo eléctrico generado por la batería (FM). Este campo eléctrico es el denominado campo Hall (EH), y ligado a él aparece la tensión Hall, que se puede medir mediante el voltímetro de la figura. Hay que destacar que este voltímetro no debe cambiar su polaridad, esto es, si mide valores de tensión negativos, no hay que invertir las conexiones.

Trabajo Práctico:

� Utilizando un microswitch o sensor de efecto hall se desea detectar el número de vueltas de un motor eléctrico.

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� Prefijando un número de vueltas, se quiere que al alcanzar dicho numero, el motor se detenga. � Debe ser posible poner el contador a cero luego de alcanzar dicho número.

Forma del trabajo:

� Realizar el prototipo en protoboard y ensayarlo � Implementar el circuito impreso y montar sus componentes. Siendo MUY IMPORTANTE su

prolijidad � Montar el circuito en una base de madera para su presentación � Realizar un informe completo que incluya: lista de materiales y costos, funcionamiento del

circuito, diseño del circuito impreso y montaje del sistema.

Suma y resta de números binarios:

Para realizar las operaciones aritméticas en números binarios, se ha empleado el álgebra de Boole cuya regla general dice que:

0+1=1

0+0=0

1+1=10

A partir de esta regla general se verá como se opera en caso de suma y resta.

Suma:

Se observa que en la suma no hay desborde

Resta:

La resta de dos números binarios no existe como operación matemática directa.

La resta de dos números binarios puede obtenerse sumando al minuendo el complemento a dos del sustraendo.

Se halla el complemento a 2 sumándole 1 al complemento a 1.

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En el resultado nos sobra un BIT, que se desborda por la izquierda. Pero, como el número resultante no puede ser más largo que el minuendo, el BIT sobrante se desprecia.

En un local se quiere implementar un sistema digital que sea capaz de contar la cantidad de personas que ingresan, la cantidad de personas que salen, y la cantidad de personas que hay en el local. Para realizar este sistema se ha empleado el siguiente circuito:

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Fuentes de alimentación:

Una fuente de alimentación es un circuito electrónico que convierte la tensión alterna de la red(en nuestro país, 220V) en una tensión de salida continua de menor valor.

Transformador:

Es el primer elemento del circuito y si función es disminuir la tensión de la red a valores más convenientes para alimentar circuitos electrónicos(3V, 6V, 9V, 12V, todos valores eficaces). Su estudio será abarcado en cursos posteriores.

Puente rectificador:

Es un arreglo de diodos que convierte la señal alterna en continua pulsante.

Cuando en la salida del transformador la señal alterna se encuentra en el semiciclo positivo, los diodos 2 y 4 se polarizan en inversa(no conducen) mientras que los diodos 1 y 3 están polarizados en directa. Esto produce, una tensión positiva en la carga como muestra la figura

Del mismo modo, si en la salida del transformador la señal se encuentra en el semiciclo negativo, los diodos 1 y 3 se polarizan en inversa y los diodos 3 y 4 en directa. Esto también produce una tensión positiva en la carga.

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Así, la señal de salida del puente rectificador es una tensión pulsante como muestra la figura.

Si midiésemos con un voltímetro la señal pulsante obtenida, leeríamos en el instrumento el valor medio de la señal, ya que este es el promedio de todos los valores instantáneos.

Filtro capacitivo:

Su función es la de filtrar la señal pulsante para obtener una CC casi pura.

Funcionamiento del filtro: inicuamente el capacitor está descargado. Durante el 1º cuarto del ciclo, éste se carga hasta que su tensión sea igual al valor máximo de la señal pulsante. Cuando dicha señal empieza a decrecer, el capacitor se descarga hasta que el ciclo siguiente alcance valores cercanos al valor máximo. Mientras que la constante de tiempo Rl x C sea mucho mayor que el período de la señal pulsante, el capacitor permanecerá casi totalmente cargado.(la tensión de riplee o rizado será menor)

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Como los diodos conducen solamente cuando se carga el capacitor, por ellos solo circulará corriente en ese momento.

Tensión continua en la carga:

La tensión de CC obtenida en la carga es la misma tensión presente en los bornes del capacitor(¿Por qué?). Y como sabemos, este se carga con el valor máximo de la tensión pulsante proveniente del puente de diodos. Pero, ¿el valor máximo de la tensión alterna entregada por el transformador es igual al valor máximo de la señal pulsante? Por supuesto……que no!!!!!!!!!!!

El valor máximo de la señal pulsante es igual al valor máximo de la señal de alterna proveniente del transformador MENOS 1,4V (0,7V por diodo que conduce. Recordar que los diodos conducen de a par).

Para concluir: la tensión de salida de una fuente de alimentación con puente rectificador y filtro capacitívo, es igual al valor máximo de la tensión entregada por el transformador menos 1,4V debido a las barreras de potencial del par de diodos que conducen.

Ejercicio:

Calcular la tensión de salida de una fuente de alimentación con puente rectificador y filtro capacitívo sabiendo que es transformador entrega 12V CA.

Solución:

Sabemos que el valor eficaz de la tensión que entrega el trafo es 12 V. para obtener el valor máximo dividimos el eficaz por 0,707.

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Vmax = Vef / 0,707

Vmax = 12V / 0,707 = 16,97V

A este valor le restamos 1,4 V( 0,7V por diodo)

Vr = 16,97V – 1,4V = 15,57V

Reguladores de tensión:

Con motivo de eliminar el rizado de la tensión que entrega el filtro capacitivo, se emplean los reguladores de tensión. Podemos encontrarlos de diversos tipos. Fijos o regulables.

Existe una gran variedad de circuitos integrados para regulación de tensión con un numero de pines que van de 3 a 14. Los más utilizados son los que tienen únicamente tres pines: uno para la tensión de entrada sin regular, otro para la tensión de salida regulada, y un tercero para la conexión a masa.

Disponibles en encapsulados de plástico o de metal, los reguladores de tres terminales han llegado a ser extremadamente populares debido a que son baratos y fáciles de usar. Aparte de dos capacitares de entrada y salida, los reguladores de tres terminales no necesitan de componentes externos.

La serie LM78XX:

La serie LM78XX (donde XX = 03, 05, 06, 09, 12, 15, 18, 24 0 30) está compuesta por reguladores de tensión fijos de tres terminales. El 7803, produce una tensión de salida de +3V, el 7805, una de +5V, el 7806, una de +6V y así sucesivamente.

Los LM78XX pueden soportar una corriente de carga (de salida) de 1 A siempre que cuenten con el disipador adecuado. Incluyen también una protección térmica que provoca la caída del funcionamiento del chip cuando la temperatura interna se hace demasiado alta (175ºC), y una protección de limitación de corriente.

La serie LM79XX

Es un grupo de reguladores de tensión fija negativa con tensiones que van de -3 a -30 V. poseen las mismas protecciones que los LM78XX y la misma corriente máxima de salida.

Fuentes partidas simétricas:

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Combinando un LM78XX y un LM79XX podemos regular una fuente de alimentación partida (fuente que posee tres terminales de salida: +Vcc, -Vcc y 0V) y simétrica.

Reguladores Ajustables:

Algunos reguladores integrados (LM31, LM337, LM338, LM315, LM350) son ajustables. Tiene corrientes de carga máxima que van desde 1.5ª hasta los 5ª. Por ejemplo, el LM317, es un regulador de tensión positiva de tres terminales que puede proporcionar 1,5A de corriente de carga sobre un rango de tensiones de salida ajustables de 1,25V a 37V.

Potencia disipada en un regulador:

La potencia que disipada en un regulador es, igual a la tensión que cae en el dispositivo multiplicada por la corriente de salida.

Ejercicio: calcular la potencia disipada por un LM317, que recibe una tensión de 35V, está regulando a 1,2V y entregando una corriente de salida de 1,5A

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Solución: la potencia disipada será:

P = V x I

V = Vin – Vout (diferencia de potencial en el regulador)

V= 40V-1,2V = 38,8VC

I=1,5 A

P = 38,8V x 1,5 A = 58,2 W

Amplificación de la corriente de salida:

Una forma de conseguir una corriente de salida superior a la corriente máxima admisible por el regulador, es incluyendo un amplificador de corriente. Lo forma de conectar el transistor amplificador es la siguiente

Funcionamiento: cuando la corriente es menor a 1A, la tensión que cae sobre la resistencia detectora es menor a 0,7V, y por eso el transistor permanece bloqueado (en corte).

Si la corriente supera este nivel, la tensión en la resistencia supera los 0,7V y el transistor empezará a conducir y absorberá casi toda la corriente por encima de 1A. De esta manera protegemos el regulador.

En la práctica, se hace conducir al transistor, con corrientes mucho menores, para que el regulador no trabaje tan exigido. Se suelen usar resistencias detectoras que están en el orden de los 100 Ohm.

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