ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

FACULTAD EN INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA

CIRCUITOS ELECTRNICOS

PROYECTO

TEMA: CONTROL AUTOMTICO DE ENCENDIDO DE UN FOCO UTILIZANDO UN FOTOTRANSISTOR

GR 1Realizado por: Carlos CoriazacaGrupo:Jos Luis TipantaxiJorge Zurita

CONTROL AUTOMTICO DE ENCENDIDO DE UN FOCO UTILIZANDO UN FOTOTRANSISTOROBJETIVO: Disear e implementar un circuito, donde se apliquen los conocimientos aprendidos en Circuitos Electrnicos. Obtener el control de encendido de un foco cuando cae la noche pero que el mismo no permanezca encendido todo el tiempo sino solo un tiempo determinado.

TEORA:AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Amplificador Operacional LM 358El LM358 contiene dos amplificadores operacionales en el interior de una cpsula DIP8. Amplificador operacional doble de baja potencia. La serie LM358 consta de dos amplificadores operacionales independientes, de alta ganancia, y frecuencia interna compensada. Diseado especficamente para operar con una sola fuente de alimentacin en una amplia gama de voltajes. Aunque tambin es posible utilizarlo con una fuente de alimentacin doble. El consumo (fuga) de corriente del componente es bajo e independiente de la magnitud de la tensin de alimentacin.Las reas de aplicacin incluyen amplificadores, bloques de ganancia de corriente continua y circuitos convencionales con amplificador operacional (amplificadores inversores, sumadores, integradores... etc.). Los cuales son ms fciles de implementar gracias a la utilizacin de una fuente de alimentacin simple. Por ejemplo, la serie LM358 puede funcionar directamente con una tensin de 5V de alimentacin, en sistemas digitales y proporcionar la interfaz electrnica necesaria sin una fuente de alimentacin adicional de 15V.

Caractersticas particulares Trabajando en la zona lineal, el rango de tensin de entrada en modo comn incluye masa. Y la tensin de salida tambin puede aproximarse a masa, incluso cuando se trabaja con alimentacin simple. La ganancia de frecuencia unitaria est compensada con la temperatura. La intensidad de polarizacin de entrada (Input bias current) est tambin compensada con la temperatura.

Ventajas Se elimina la necesidad de fuentes de alimentacin dobles. Dos amplificadores operacionales en un solo componente. Permite entradas cercanas a GND (masa) y la tensin de salida tambin llega GND. Bajo consumo de energia, apropiado para funcionar a bateras. La distribucin de los pines es igual que en los amplicadores operacionales dobles LM1558 y LM1458.

Caractersticas Internamente compensado en frecuencia para ganancia unidad. Alta ganancia en DC: 100 dB. Gran ancho de banda (ganacia unidad) 1MHz (compensada con la temperatura). Alto rango de alimentacin: Alimentacin simple: entre 3V y 32V Alimentacin doble: entre +/- 1,5V y +/- 16V Consumo de corriente muy bajo (500 A) independiente de la alimentacin. Bajo offset de voltaje de entrada (2mV). El rango de voltaje de entrada en modo comn incluye masa. El rango de voltaje diferencial en la entrada es igual al voltaje de alimentacin. Excursin mxima del voltaje de salida: desde 0V hasta V+ - 1,5V . Diagrama de conexin

Se trata de un circuito integrado en el cual en su configuracin existen dos amplificadores operacionales.

CIRCUITO INTEGRADO 555

Multivibrador monoestableEsquema de la aplicacin de multivibrador monoestable del 555. En este caso el circuito entrega a su salida un solo pulso de un ancho establecido por el diseador. El esquema de conexin es el que se muestra. La frmula para calcular el tiempo de duracin (tiempo en el que la salida est en nivel alto) es:

T=ln(3)*R*C [segundos]T1.1*R*C [segundos]

Es necesario que la seal de disparo, en la terminal #2 del 555, sea de nivel bajo y de muy corta duracin para iniciar la seal de salida.

FOTOTRANSISTORUn fototransistor es, en esencia, lo mismo que un transistor normal, solo que puede trabajar de 2 maneras diferentes: Como un transistor normal con la corriente de base (IBn), modo normal. Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base. (I), (modo de iluminacin). Se pueden utilizar las dos en forma simultnea, aunque el fototransistor se utiliza principalmente con el terminal de la base sin conectar. (IB = 0), incluso en algunos fototransistores no est disponible dicho terminal. La corriente de base total es igual a la corriente de base (modo normal) + corriente de base (por iluminacin): IBT = IBn + I. Si se desea aumentar la sensibilidad del fototransistor, debido a la baja iluminacin, se puede incrementar la corriente de base (IB), con ayuda de polarizacin externa

Ejemplo de fototransistores

El circuito equivalente de un fototransistor, es un transistor comn con un fotodiodo conectado entre la base y el colector, con el ctodo del fotodiodo conectado al colector del transistor y el nodo a la base. Una fotorresistencia es un componente electrnico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede tambin ser llamado fotorresistor, fotoconductor, clula fotoelctrica o resistor dependiente de la luz, cuyas siglas, LDR, se originan de su nombre en ingls light-dependent resistor. El valor de la fotorresistencia (en Ohmios) no vara de forma instantnea cuando se pasa de luz a oscuridad o al contrario. Esto hace que el LDR no se pueda utilizar en muchas aplicaciones, especialmente aquellas que necesitan de mucha exactitud en cuanto a tiempo para cambiar de estado (oscuridad a iluminacin o iluminacin a oscuridad) y a exactitud de los valores de la fotorresistencia al estar en los mismos estados anteriores. En el grfico se puede ver el circuito equivalente de un fototransistor. Se observa que est compuesto por un fotodiodo y un transistor. La corriente que entrega el fotodiodo (circula hacia la base del transistor) se amplifica veces, y es la corriente que puede entregar el fototransistor.

El fototransistor es muy utilizado para aplicaciones donde la deteccin de iluminacin es muy importante. Como el fotodiodo, tiene un tiempo de respuesta muy corto, solo que entrega una corriente elctrica mayor.

Curvas caractersticas de un fototransistor

En la figura podemos observar un circuito simple de polarizacin del fototransistor.

Mediante la eleccin adecuada del valor de R es posible lograr que el transistor se sature con cierta iluminacin y que se corte con cierta oscuridad.

Los fototransistores tambin suelen venir con un lente que concentra la cantidad de luz incide, con el objetivo de mejorar la sensibilidad del dispositivo.

CONMUTADOR (REL) Y TRANSFORMADOR ELEVADOR

Detallemos el bloque 5

Como se puede observar, este bloque est cumpliendo la funcin de un conmutadorautomtico, que utiliza un relde 110 VAC con doble circuito o switch ON-OFF.Un circuito (realzado con amarillo en la figura) recibe los 110 VAC de la red y el otro los 110 VAC delelevador.Cuando hay energa de la red, la salida muestra elvoltajede entrada. Cuando no hay, la salida muestra el voltaje delelevador.En otras palabras, siempre habr un voltaje en la salida. La misma est mostrada con color rojo en la figura.

Detallemos el bloque 4Es el bloque ms sencillo, ya que estconformadopor un elemento nico: Untransformadorde 10 0 -10Voltiosen el primario y 110 120 Ven el secundario.Lapotenciaser de acuerdo a la necesidad planteada y en nuestro caso asignaremos una potencia de 50W.Este tipo detransformadorno es muy comercial, pero como ltimo recurso se puede utilizar uno de 12 - 0 - 12 V en el primario y120 Ven el secundario.

FUNCIONAMIENTO:

El circuito debe responder al siguiente diagrama de bloques.

Censor de luz.Generador pulso negativo.Generador impulso positivo duracin t.Activacin del foco. El circuito debe activar un tiempo un foco cuando cae la noche para la presentacin en laboratorio se har que este tiempo sea de 11 segundos aproximadamente, pero su valor es controlado por un potencimetro que nos da como mximo 18 minutos en encendido.

Es decir cuando luz incide sobre el sensor [FOTOTRANSISTOR], el amplificador operacional entrega en su salida 1L, el foco permanece apagado y cuando se interrumpe, es decir se limita de luz [cae la noche] se manda un pulso de flanco negativo al trigger del LM 555 para que este nos d un 1L en su salida por un tiempo determinado dado por el potencimetro.

Con esta salida de 1L se polariza un transistor y este activa un rel que con su contacto normalmente abierto activara un foco o cualquier carga q se desee.

Luego de transcurrido el tiempo dado por el LM555 en configuracin monoestable se detiene la polarizacin del transistor y por ende se desactiva el rel y se apaga el foco o carga.

MATERIALES LM 358 LM 555 Diodo 1N4007 Potencimetro de 100K Fototransistor Resistencias: 10, 10K, 3.3K Capacitores: 10F, 1000F. Transistor 2n3904. Rel de 12 VDC de un par de contactos. 3 Borneras para conexin de dos terminales, Un foco. Terminal para toma de 110V.

DISEO Y CALCULO DE VALORES DE LOS ELEMENTOS.

BLOQUE ACTIVACIN DEL FOCO

Se elegir un rel de 12VDC de un par de contactos La escogida es: VDC = 12VContactor: 1 par (NA, NC)

Como activar el RELE:(POLARIZRLO) VSOR el Transistor para el propsito

En el colector se conecta el rel que presenta una R=410

Con lo cual:

Asumimos:Vb = 0.8 [V]; Por limites de Corte y Saturacin

Rb = 10[k]; Aseguramos un poco mas de I(Corriente) de Polarizacin

BLOQUE GENERADOR DE PULSO POSITIVO DURACIN tEn el punto A necesitamos un pulso positivo de una duracin: Usamos el 555 en modo monoestable.

Con un pulso o flanco negativo inicia la cuenta y el tiempo viene dado por:

T = 1.1*R*CAsumimos un C=100 [uF]C=100[uF] para 25[V]

R= Potencimetro para tener rango de tiempos.

R []Tmax [seg]Minutos;segundos

10 [K]11 seg0;11seg

100 [K]110 seg1min;50 seg

1000 [K]1100 seg18min;20seg

Para la presentacin escogemos una Resistencia variable de 100[k]1 Minuto con 50 Segundos de RANGO

BLOQUE GENERADOR PULSO NEGATIVOPot=100[K] para tener un buen Divisor de VoltajeR1=3.3[K] [W]R2=10[] [W]

El sensor ser un FOTOTRANSISTOR de luz Visible

Los valores son ReferencialesLo que se necesita es que a una determinada luz V+ sea un poco mayor que V- con lo cual la salida es +Vsat, luego con la oscuridad V- es mayor a V+ por ello la salida es Vsat genreando asi flanco negativo.

SIMULACIN:

Se utiliza el simulador de Circuitos Electrnicos Proteus. El circuito que cumple con los bloques es el siguiente. La LDR ser sustituida por un fototransistor.

El circuito debe activar un tiempo un foco cuando cae la noche para la presentacin en laboratorio se har que este tiempo sea de 11 segundos aproximadamente.El foco se prende cuando la luz es mnima pero el tiempo de encendido est limitado por RA y CA en este ejemplo esta para que el tiempo de encendido sea 11 segundos el led simula un foco de 110V.Rv1 regula la sensibilidad para el comparador del LM358.Para que simule se debe controlar las flechas de la lmpara y ver que a mxima luz no se enciende la lmpara y a mnima luz el foco se prende por un pequeo tiempo ya mencionado que esta dado por: Tiempo en on=1.1*RA*CATiempo en on [segundos]RA en ohmiosCA en faradios

DISEO DE LAS PISTAS:Diseo de pistas de la baquelita: Las pistas fueron diseadas en el Ares complemento del ISIS del paquete PROTEUS.

Se corta la baquelita al tamao requerido.

Baquelita lista para quemarse usando cloruro frrico y agua destilada, solo quedara cobre por donde van las pistas.

Se quema la baquelita con cloruro frrico, se debe tener precauciones en la reaccin quimica.

Pistas ya realizadas y limpiadas de cualquier impureza restante.

Se realizan las perforaciones donde se colocaran los elementos.

Se colocan los elementos y se sueldan usando cautn y pasta para soldar.

Se sueldan primero elementos de pequea altitud como resistencias, diodos y transistores.

Se cortan los cables terminales que sobresalen.

Vista de superior de elementos.

Se muestra el circuito terminado vista inferior con la suelda y la vista superior de los elementos.

Se procede a montar el circuito en una caja que contiene las salidas y los elementos de maniobra.

Se muestra la caja ya terminada.

Se muestra el esquema superior de la caja se encuentran en crculos los componentes.

COLORELEMENTOFUNCIN

Naranja

InterruptorEncendido del circuito

VerdePotencimetro aControla la sensibilidad del circuito

CelestePotencimetro bControla la duracin que permanece encendida la carga de AC.

RojoBornera 1Se conecta con un cable a la lnea de 120V AC al voltaje que se necesite para activar la carga colocada en la bornera 2

Blanco Bornera 2Se coloca la carga a comandar.

RosadoCables-bornera-fototransistorSensor de luz que comanda el circuito.

Circuito total con todos los elementos.

Circuito funcionado con un tiempo adecuado.

CONCLUSIONES: Se pudo disear un circuito con gran utilidad pues podra usarse para la iluminacin de un patio cuando cae la noche y lo bueno de esto es que se prende solo y se apaga luego de un tiempo determinado que estar controlado por el LM555. Con el desarrollo de este proyecto se pudo aplicar lo aprendido adems que se diseo la baquelita y se quemo la misma para la presentacin. Se puede crear varias aplicaciones tiles si se sabe la manera correcta de polarizar y la forma de funcionamiento de los elementos aprendidos y basta con ello para empezar a disear circuitos de utilidad. Se realizo con xito un proyecto que nos servir en lo posterior con elementos vistos en clase y utilizando elementos bsicos como diodos, resistencias y capacitores.

RECOMENDACIONES:Se debe tener mucho cuidado de realizar las pistas correctamente adems de esperar el tiempo necesario para que el cloruro frrico consuma todo el cobre innecesario.

Se debe trabajar con mucho cuidado el momento de realizar el quemado de la baquelita para que no se produzcan lesiones al operar esta reaccin qumica pues es un acido.

BIBLIOGRAFA: www.fairchildsemi. com http:/ / www. fairchildsemi.com/ds/ LM%2FLM555.Pdf http://electronica.webcindario.com/componentes/lm358.htm http://tecnorik.blogspot.com/2011/02/fototransistor.html