Practias de Electronic A Industrial

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BUAP FACULTAD DE INGENIERIAS INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA Titulo de la Actividad CONCEPTUALIZANDO LA ELECTRONICA INDUSTRIAL Actividad No. 1 UNIDAD TEMÁTICA: I, II, III, IV, V, VI Hoja: 1 de: 1 TEMA: FUNDAMENTOS DE ELECTRONICA INDUSTRIAL DURACIÓN: 4 HORAS LUGAR: BIBLIOTECA, CENTRO DE AUTOACCESO ENTREGAR MAPA MENTAL EN ARCHIVO ELECTRONICO OBJETIVO DE LA PRÁCTICA : Utilizar y analizar los dispositivos semiconductores apoyados en sus principios de funcionamiento MATERIAL Y EQUIPO : LIBROS DE LA ESPECIALIDAD, COMPUTADORA, SOFTWARE MIND MANAGER, ACCESO A INTERNET. INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA: HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR: Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR: Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existente PROCEDIMIENTO: 1.- Realice una revisión en biblioteca de la bibliografía incluida en el programa de asignatura entregado al inicio de clases. 2.- Revise el documento MAPAS MENTALES Y NOCIONES TECNOLOGICAS, adjunto. 3.- Instale el programa MIND MANAGER y realice un mapa mental de acuerdo a las unidades del programa de asignatura. 4.- Entregue al profesor responsable, las evidencias generadas, para su evaluación correspondiente. *NOTA: UTILICE LOS FORMATOS ANEXOS DESTINADOS PARA VACIAR LA INFORMACIÓN DE LOS CONCEPTOS, CUANDO APLIQUE* CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales 1.- Escriba la definición de ELECTRONICA INDUSTRIAL 2.- Escriba una definición de ELECTRONICA INDUSTRIAL de otra fuente diferente a

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICATitulo de la Actividad

CONCEPTUALIZANDO LA ELECTRONICA INDUSTRIALActividad No. 1

UNIDAD TEMÁTICA: I, II, III, IV, V, VI Hoja: 1 de: 1

TEMA: FUNDAMENTOS DE ELECTRONICA INDUSTRIAL

DURACIÓN: 4 HORAS LUGAR: BIBLIOTECA, CENTRO DE AUTOACCESO

ENTREGAR MAPA MENTAL EN ARCHIVO ELECTRONICO

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA :

Utilizar y analizar los dispositivos semiconductores apoyados en sus principios de funcionamiento MATERIAL Y EQUIPO :

LIBROS DE LA ESPECIALIDAD, COMPUTADORA, SOFTWARE MIND MANAGER, ACCESO A INTERNET.

INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA:

HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR:Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores

ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR:Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existentePROCEDIMIENTO:

1.- Realice una revisión en biblioteca de la bibliografía incluida en el programa de asignatura entregado al inicio de clases.

2.- Revise el documento MAPAS MENTALES Y NOCIONES TECNOLOGICAS, adjunto.

3.- Instale el programa MIND MANAGER y realice un mapa mental de acuerdo a las unidades del programa de asignatura.

4.- Entregue al profesor responsable, las evidencias generadas, para su evaluación correspondiente.

*NOTA: UTILICE LOS FORMATOS ANEXOS DESTINADOS PARA VACIAR LA INFORMACIÓN DE LOS CONCEPTOS, CUANDO APLIQUE*

CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales

1.- Escriba la definición de ELECTRONICA INDUSTRIAL2.- Escriba una definición de ELECTRONICA INDUSTRIAL de otra fuente diferente a la anterior y registre la fuente bibliográfica.

CONCLUSIONES:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Titulo de la Actividad1.- REALIZANDO CIRCUITOS IMPRESOS

Actividad No. 2

UNIDAD TEMÁTICA: I, II, III, IV, V, VI Hoja: 1 de: 1

TEMA: EL DIODO Y SU FUNCIÓN FECHA: 11/05/2009

DURACIÓN: 4 HORAS LUGAR: LABORATORIO.

ENTREGARA COMO EVIDENCIA UNA PLACA DE CIRCUITO IMPRESO

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA :

EL ALUMNO COMPRENDERA EL PROCEDIMEINTO DE FABRICACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS.

MATERIAL Y EQUIPO :

PLACA DE COBRE DE 5 X 5; PLUMON INDELEBLE; CAUTIN; SOLDADURA; RECIPIENTE DE PLASTICO; CLORURO FERRICO.

INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA:

HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR:Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores

ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR:Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existentePROCEDIMIENTO:

1.- Con estopa limpie con thiner la parte metálica de la placa de cobre2.- Con el plumón indeleble realice el diseño de pistas necesario; minimo 10 donas y 10 pistas.3.- Sumerja la placa en una solución de cloruro ferrico y deje que el acido actue por espacio de media hora.4.- Saque la placa y enjuague con agua.5.- Marque con un punto de golpe el centro de las donas y perfore con el minitaladro.6.- Corte pedazos de alambre de cobre telefónico, doble e introduzca por el agujero de las donas.7.- solde loas puntas y corte los extremos excedentes.8.- una vez realizada la primera revisión, desolde los pedazos de alambre.9.- Elabore su reporte y recopile sus evidencias en el portafolio de evidencias.

PRECAUCIÓN MANEJE CON MUCHO CUIDADO EL ACIDO, YA QUES CORROSIVO, EN CASO DE SALPICADURAS ENJUAGUE CON ABUNDANTE AGUA Y ACUDA AL MEDICO.

*NOTA: UTILICE LOS FORMATOS ANEXOS DESTINADOS PARA VACIAR LA INFORMACIÓN DE LOS CONCEPTOS, CUANDO APLIQUE*

CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales

1.- Escriba la definición de CIRCUITO IMPRESO.2.- Escriba una definición de CIRCUITO IMPRESO de otra fuente diferente a la anterior y registre la fuente bibliográfica.3.- Describa la aplicación de los circuitos impresos.4.- Describa el uso de los circuitos impresos.

CONCLUSIONES:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Titulo de la Actividad1.- FABRICACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS E INTERPRETACIÓN DE DIAGRAMAS

Actividad No. 3

UNIDAD TEMÁTICA: I, II, III, IV, V, VI Hoja: 1 de: 1

TEMA: EL DIODO Y SU FUNCIÓN

DURACIÓN: 4 HORAS LUGAR: LABORATORIO

ENTREGARA COMO EVIDENCIA UNA PLACA DE CIRCUITO IMPRESO CON LOS COMPONENTES DE UN OSCILADOR POR TRANSISTORES

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA :

EL ALUMNO COMPRENDERA EL PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS, PARA LA CONSTRUCCIÓN DE CIRCUITOS ELECTRONICOS.MATERIAL Y EQUIPO :

PLACA DE COBRE DE 5 X 10; PLUMON INDELEBLE; CAUTIN; SOLDADURA; RECIPIENTE DE PLASTICO; CLORURO FERRICO, DISEÑO DE PCB EN TRAX MAKER, ELEMENTOS ELECTRONICOS DESCRITOS EN EL DIAGRAMA ESQUEMATICO.

INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA:

HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR:Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores

ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR:Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existente

PROCEDIMIENTO:

1.- Realice el diagrama esquematico del ciruito destellardor de leds, que se muestra en la figura en el programa Cirtcuit maker y compruebe su funcionamiento, entregando el archivo del circuito al profesor para su revisión.

2.- Realice el diseño del PCB del circuito destellador de leds en el programa Trax Maker.

3.- Entregue el archivo para su revisión al profesor responsable, e imprima el diseño en acetato.

4.- Envie el acetato a serigrafia, para imprimir el diseño en la placa de cobre.

5.- fabrique el PCB de acuerdo al procedimeitno anterior estudiado.

6.- Solde los componentes del circuito al PCB.

7.- Energize y compruebe el funcionamiento del circuito, muestre al profesor responsable.

8.- Describa el uso y funcionamiento de cada uno de los componentes.

9.- Realice sus reportes e integre sus evidencias al portafolio.

PRECAUCIÓN MANEJE CON MUCHO CUIDADO EL ACIDO, YA QUES CORROSIVO, EN CASO DE SALPICADURAS ENJUAGUE CON ABUNDANTE AGUA Y ACUDA AL MEDICO.

*NOTA: UTILICE LOS FORMATOS ANEXOS DESTINADOS PARA VACIAR LA INFORMACIÓN DE LOS CONCEPTOS, CUANDO APLIQUE*

CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales

1.- Escriba la definición de CIRCUITO ESQUEMATICO.2.- Escriba una definición de CIRCUITO ESQUEMATICO de otra fuente diferente a la anterior y registre la fuente bibliográfica.3.- Describa la aplicación de los circuitos esquematicos.4.- Describa el uso de los circuitos esquematicos.

CONCLUSIONES:

bc 557 bc 557

C3

0.01uF

+V110V+

C2100 uF a 10 vol

+

C1100 uF 10 volts

Q2PNP Q1

PNP

D6LED1

D5LED1

D4LED1D3

LED1D2

LED1D1

LED1

R4220 ohmsR3

220 ohms R210 k

R110 k

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Selección de elementos electrónicos para aplicaciones específicas

Seleccione el elemento adecuado para la aplicación indicada:

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Titulo de la Actividad1.- FABRICACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS E INTERPRETACIÓN DE DIAGRAMAS

Actividad No. 4

UNIDAD TEMÁTICA: I, II, III, IV, V, VI Hoja: 1 de: 1

TEMA: EL DIODO Y SU FUNCIÓN

DURACIÓN: 4 HORAS LUGAR: LABORATORIO

ENTREGARA COMO EVIDENCIA UNA PLACA DE CIRCUITO IMPRESO CON LOS COMPONENTES DE UN OSCILADOR POR CI

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA :

Conocer las ventajas del uso de temporizadores y circuitos osciladores electrónicos y las condiciones en las que es conveniente aplicarlos en la electrónica digital.

MATERIAL Y EQUIPO :

SE DESCRIBEN EN LOS FORMATOS ANEXOS

INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA:

HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR:Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores

ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR:Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existentePROCEDIMIENTO:

1.- Realice las actividades propuestas de acuerdo a las instrucciones indicadas en documento anexo.

2.- Entregue al profesor responsable, las evidencias generadas, para su evaluación correspondiente.

*NOTA: UTILICE LOS FORMATOS ANEXOS DESTINADOS PARA VACIAR LA INFORMACIÓN DE LOS CONCEPTOS*

CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales

1.- Escriba la definición de TEMPORIZADOR

2.- Escriba una definición de TEMPORIZADOR de otra fuente diferente a la anterior y registre la fuente bibliográfica.

CONCLUSIONES:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

USO DE CIRCUITO OSCILADOR

Los Circuitos Integrados (IC).Esto comienza a ponerse interesantes... Por lo general los esquemas no reflejan la verdadera disposición de sus pines o terminales, así es que para saber cual es el primero y el último observa el siguiente gráfico

Como verás el integrado en cuestión es un 555, o bien NE555. Se trata de un temporizador (TIMER), comuntente utilizado como un generador de pulsos, y la frecuencia de éstos puede variar de 1 pulso por segundo hasta 1 millón de pulsos por segundo, sorprendente verdad?.

Bueno, pero veamos que ocurre aquí; Como necesitamos ver el efecto del circuito le pusimos como siempre un LED y una resistencia R3 conectadas al pin 3 del 555 (IC1), que justamente es el pin de salida.

Observa la polaridad de la fuente respecto al LED..., te habrás dado cuenta que la única forma de encenderlo es que el pin 3 de IC1 sea negativo. Y lo será..., observa la onda rectangular de los pulsos de salida..., cuando esté arriba será (+) o 1, y el LED estará apagado. Cuando esté abajo será (-) o 0, entonces el LED se encenderá. Según la señal de salida el LED encenderá de forma alternada.

Veamos los otros componentes; R1, R2 Y C1 forman una red de tiempo. El capacitor C1 se cargará a través de R1 y R2, del otro lado el 555 espera impaciente que termine de hacerlo, y cuando lo logre lo reflejará en su terminal de salida (pin 3), y he aquí el pulso que produce la descarga del capacitor. Ahora sí..., ya estamos listos para la siguiente carga que generará el segundo pulso. Veamos que modificaciones podemos hacerle al circuito.

En este esquema marqué los puntos A y B, allí puedes conectar un pequeño parlante (como los de PC), ahora cambia C1 por un capacitor de cerámica (el que tengas a mano, cualquiera va bien), intercala un potenciómetro de 100k entre R2 y el pin 6. Si haces esto obtendrás un generador de sonido.

Otra cosa que puedes hacer es agregarle otra resistencia igual a R3 y un LED más entre los puntos B y el polo negativo de la fuente, pero invertido, y obtendrás algo así como un semáforo, claro... si un LED es rojo y el otro verde.

En fin, son muchos los cambios que le puedes hacer y los resultados obtenidos son muy llamativos.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICATitulo de la Actividad

1.- CONSTRUCCION DE UNA FUENTE DE CD VARIABLE SIMETRICA DE 0 A 12 VOLTSActividad No. 5

UNIDAD TEMÁTICA: I, II Hoja: 1 de: 2

TEMA: APLICACIONES DEL DIODO

DURACIÓN: 4 HORAS LUGAR: LABORATORIO

ENTREGARA COMO EVIDENCIA UNA PLACA DE CIRCUITO IMPRESO CON LOS COMPONENTES SOLDADOS DE UNA FUENTE DE CD VARIABLE SIMETRICA.

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA :

Conocer las diferentes configuraciones y las formas de rectificación de ondaMATERIAL Y EQUIPO :

PLACA DE COBRE DE1 5 X 10; PLUMON INDELEBLE; CAUTIN; SOLDADURA; RECIPIENTE DE PLASTICO; CLORURO FERRICO, DISEÑO DE PCB EN TRAX MAKER, ELEMENTOS ELECTRONICOS DESCRITOS EN EL DIAGRAMA ESQUEMATICO.

INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA:

HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR:Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores

ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR:Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existentePROCEDIMIENTO:

1.- Realice el diagrama esquematico del ciruito de fuente de voltaje variable, que se muestra en la figura; en el programa Cirtcuit maker y compruebe su funcionamiento, entregando el archivo del circuito al profesor para su revisión.

2.- Realice el diseño del PCB del circuito de fuente variable en el programa Trax Maker.

3.- Entregue el archivo para su revisión al profesor responsable, e imprima el diseño en acetato.

4.- Envie el acetato a serigrafia, para imprimir el diseño en la placa de cobre.

5.- Fabrique el PCB de acuerdo al procedimiento anterior estudiado.

6.- Solde los componentes del circuito al PCB.

7.- Energize y compruebe el funcionamiento del circuito, muestre al profesor responsable.

8.- Describa el uso y funcionamiento de cada uno de los componentes.

9.- Realice sus reportes e integre sus evidencias al portafolio.

PRECAUCIÓN MANEJE CON MUCHO CUIDADO EL ACIDO, YA QUES CORROSIVO, EN CASO DE SALPICADURAS ENJUAGUE CON ABUNDANTE AGUA Y ACUDA AL MEDICO.

*NOTA: UTILICE LOS FORMATOS ANEXOS DESTINADOS PARA VACIAR LA INFORMACIÓN DE LOS CONCEPTOS, CUANDO APLIQUE*

CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales

1.- Escriba la definición de FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE.2.- Escriba una definición de FUENTE DE VOLTAJE de otra fuente diferente a la anterior y registre la fuente bibliográfica.3.- Describa la aplicación de las fuentes de voltaje variables.4.- Describa el uso de las fuentes de voltaje.

CONCLUSIONES:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICASelección de elementos electrónicos para aplicaciones específicas

Seleccione el elemento adecuado para la aplicación indicada:

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICARectificador de media onda. Fuente no regulada

Proceso de rectificación

La corriente y voltaje que las compañías distribuyen a nuestras casas, comercios u otros es corriente alterna. Para que los artefactos electrónicos que allí tenemos puedan funcionar adecuadamente, la corriente alterna debe de convertirse en corriente continua.

Para realizar esta operación se utilizan diodos semiconductores que conforman circuitos rectificadores. Inicialmente se reduce el voltaje de la red (110 / 220 voltios AC u otro) a uno más bajo como 12 o 15 Voltios AC con ayuda de un transformador. A la salida del transformador se pone el circuito rectificador.

La tensión en el secundario del transformador es alterna, y tendrá un semiciclo positivo y uno negativo

Polarización del diodo en sentido directo

Durante el semiciclo positivo el diodo queda polarizado en directo, permitiendo el paso de la corriente a través de él. Ver gráfico.

Si el diodo es considerado como ideal, este se comporta como un cortocircuito, (ver gráfico), entonces toda la tensión del secundario aparecerá en la resistencia de carga.

Polarización del diodo en sentido inverso

Durante el semiciclo negativo, la corriente entregada por el transformador querrá circular en sentido opuesto a la flecha del diodo. Si el diodo es considerado ideal entonces este actúa como un circuito abierto y no habrá flujo de corriente,

La forma de onda de salida de un rectificador de 1/2 onda será como se muestra en la siguiente figura.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Rectificador de onda completa con puente de diodosFuente de alimentación no regulada

Para comprender mejor lo que se plantea en este tutorial se recomienda que vea primero El rectificador de media onda, El rectificador de onda completa con transformador con derivación central. Si ya lo hizo o considera que no es necesario, continúe.

El circuito rectificador de onda completa de la figura, es el que se utiliza si lo que se desea es utilizar todo el voltaje del secundario del transformador (en el caso de un transformador con derivación central).

En el circuito con transformador con derivación central, la tensión de salida depende de la mitad de la tensión del secundario

En este circuito el transformador es alimentado por una tensión en corriente alterna. Los diodos D1 y D3 son polarizados en directo en el semiciclo positivo, los diodos D2 y D4 son polarizados en sentido inverso. Ver que la corriente atraviesa la resistencia de carga RL.

El el semiciclo negativo, la polaridad del transformador es el inverso al caso anterior y los diodos D1 y D3 son polarizados en sentido inverso y D2 y D4 en sentido directo. La corriente como en el caso anterior también pasa por la carga RL. en el mismo sentido que en el semiciclo positivo.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

La salida tiene la forma de una onda rectificada completa.

Esta salida es pulsante y para "aplanarla" se pone un condensador (capacitor) en paralelo con la carga.

Este capacitor se carga a la tensión máxima y se descargará por RL mientras que la tensión de salida del secundario del transformador disminuye a cero ("0") voltios, y el ciclo se repite. Ver las figuras.

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CONSTRUCCION DE UN REGULADOR CON DIODO ZENERActividad No. 6

UNIDAD TEMÁTICA: I Hoja: 1 de: 4TEMA: DIODOS SEMICONDUCTORES

DURACIÓN: 2 HORAS LUGAR: LABORATORIO

ENTREGARA COMO EVIDENCIA UNA PLACA DE CIRCUITO IMPRESO CON LOS COMPONENTES SOLDADOS DE UNA FUENTE REGULADORA

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA :

adquirir conocimientos que permitan analizar y utilizar los dispositivos semiconductores mas apropiados para aplicaciones sencillasMATERIAL Y EQUIPO :

PLACA DE COBRE DE 5 X 10; PLUMON INDELEBLE; CAUTIN; SOLDADURA; RECIPIENTE DE PLASTICO; CLORURO FERRICO, DISEÑO DE PCB EN TRAX MAKER, ELEMENTOS ELECTRONICOS DESCRITOS EN EL DIAGRAMA ESQUEMATICO.

INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA:

HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR:Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores

ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR:Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existentePROCEDIMIENTO:

1.- Realice el diagrama esquematico del ciruito de fuente de voltaje variable, que se muestra en la figura; en el programa Cirtcuit maker y compruebe su funcionamiento, entregando el archivo del circuito al profesor para su revisión.

2.- Realice el diseño del PCB del circuito de fuente variable en el programa Trax Maker.

3.- Entregue el archivo para su revisión al profesor responsable, e imprima el diseño en acetato.

4.- Envie el acetato a serigrafia, para imprimir el diseño en la placa de cobre.

5.- Fabrique el PCB de acuerdo al procedimiento anterior estudiado.

6.- Solde los componentes del circuito al PCB.

7.- Energize y compruebe el funcionamiento del circuito, muestre al profesor responsable.

8.- Compruebe la forma de las señales de entrada y salida, por medio del osciloscopio.

9.- Describa el uso y funcionamiento de cada uno de los componentes.

10.- Realice sus reportes e integre sus evidencias al portafolio.

PRECAUCIÓN MANEJE CON MUCHO CUIDADO EL ACIDO, YA QUES CORROSIVO, EN CASO DE SALPICADURAS ENJUAGUE CON ABUNDANTE AGUA Y ACUDA AL MEDICO.

*NOTA: UTILICE LOS FORMATOS ANEXOS DESTINADOS PARA VACIAR LA INFORMACIÓN DE LOS CONCEPTOS, CUANDO APLIQUE*

CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales

1.- Escriba la definición de FUENTE REGULADORA.2.- Escriba una definición de FUENTE REGULADORA de otra fuente diferente a la anterior y registre la fuente bibliográfica.3.- Describa la aplicación de los diodos zener.4.- Describa el uso de los diodos zener.

CONCLUSIONES:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICASelección de elementos electrónicos para aplicaciones específicas

Seleccione el elemento adecuado para la aplicación indicada:

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Diodo Zener

El diodo zener es un tipo especial de diodo, que a diferencia del funcionamiento de los diodos comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan sus características de polarización directa y polarización inversa) siempre se utiliza polarizado inversamente.

En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo.

Si el diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador común.

Cuando el diodo zener funciona polarizado inversamente mantiene entre sus terminales una tensión de valor constante.

En el gráfico de la izquierda se ve el símbolo de diodo zener (A - ánodo, K - cátodo) y el sentido de la corriente para que funcione en la zona operativa

Se analizará el diodo Zener, no como un elemento ideal, si no como un elemento real y se debe tomar en cuenta que cuando éste se polariza en modo inverso si existe una corriente que circula en sentido contrario a la flecha del diodo, pero de muy poco valor.

Analizando la curva del diodo zener se ve que conforme se va aumentando negativamente la tensión aplicada al diodo, la corriente que pasa por el aumenta muy poco.

Pero una vez que se llega a una tensión, llamada la tensión de Zener (Vz), el aumento de la tensión (siempre negativamente) es muy pequeño, pudiendo considerarse constante.

Para esta tensión, la corriente que atraviesa el diodo, puede variar en un gran rango de valores. A esta región se le llama la zona operativa.

Esta es la característica del diodo zener que se aprovecha para que funcione como regulador de voltaje, pues la tensión se mantiene practicamente constante para una gran variación de corriente. Ver el gráfico.

¿Qué hace un regulador con Zener?

Un regulador con diodo zener ideal mantiene una tensión fija predeterminada a su salida, sin importar las variaciones de tensión en la fuente de alimentación y/o en la carga.

Nota: En las fuentes de voltaje ideales (algunas utilizan, entre otros elementos el diodo zener), el voltaje de salida no varía conforme varía la carga.

Pero las fuentes no son ideales y lo normal es que la tensión de salida disminuya conforme la carga va aumentado, o sea conforme la demanda de corriente de la carga aumente. (ver: resistencia interna de las fuentes de tensión)

Regulación con diodo Zener

Tener una fuente de voltaje sin un transformador, es posible. En el caso que se presenta tenemos una fuente que al final se regula con ayuda de un diodo zener.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAEsto significa que esta fuente de voltaje podrá dar corriente en un rango limitado (habrá un máximo y un mínimo de corriente posibles)

Este circuito se diseña para alimentar un circuito específico y normalmente no se utiliza para cambiarle o modificarle la carga (circuito que se desea alimentar) debido a que, como se dijo antes, no permite grandes variaciones en la corriente que puede entregar.

El circuito consiste de:

- Un diodo zener (D3): que mantendrá el voltaje constante para la carga- Dos diodos semiconductores (D1 y D2) que se utilizan para rectificación y que conforman un rectificador de 1/2 onda- Un condensador (C2): que es el filtro básico para "aplanar" la salida que viene de los diodos (rectificación de 1/2 onda), antes de aplicarla al diodo Zener- La resistencia R2 y el capacitor C1: que en su conjunto sirven para reducir le voltaje de entrada (sea 110 o 220 Voltios A.C., 50 o 60 Hertz) al nivel que sea aceptable para el diodo zener.

La caída de voltaje se da tanto en R2 como en el capacitor C1.

En C1 la caída de voltaje se debe a la reactancia capacitiva que tiene un valor que depende del valor del capacitor y de la frecuencia de la señal aplicada (50 o 60 Hz)

El diseño original fue hecho pensando en un fuente de voltaje conectado a 220 Voltios a 50 Hertz pero fue probado con 110 Voltios, 60 Hertz y funciona sin problemas.

La resistencia R1 se incluye para ayudar en el proceso de descarga cuando el circuito se desconecta.

Este circuito fue diseñado para entregar no más de 100 o 120 miliamperios, así hay que respetar esa limitación.

Tanto el circuito que se alimenta como esta fuente de voltaje se deben desconectar como una sola unidad (no se debe desconectar sólo el circuito que se alimenta.) Ver el gráfico anterior.

Nota: Precaución! Observar que el circuito está conectado directamente a la tensión de la red (110 / 220 Voltios), lo que significa que hay que tener un cuidado especial cuando se hacen las pruebas.

Lista de componentes

Semiconductores: 1 (D3) diodo zener de 4.7 a 5.6 Voltios, 2 (D1, D2) diodos rectificadores comunes de 400 Voltios / 25 amperiosResistencias: R1 = 100 KΩ a 120 KΩ (kiloOhms), R2 = 33 Ohmios (Ohms)Condensadores: C1 = 2.2 uF 250 Voltios, C2 = 220 a 1000 uF (microfaradios), electrolítico

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICATitulo de la Actividad

USO DEL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR Y COMO CONMUTADORActividad No. 7

UNIDAD TEMÁTICA: III Hoja: 1 de: 4TEMA: TRANSISTORES BIPOLARES

DURACIÓN: 5 HORAS LUGAR: LABORATORIO

ENTREGARA COMO EVIDENCIA UNA SERIE DE CIRCUITOS EN PROTOBORD

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA :

EL ALUMNO COMPRENDERA EL PROCEDIMIENTO DEL USO DE LA AMPLIFICACION Y CONMUTACION DE LOS TRANSISTORES.

MATERIAL Y EQUIPO :

PROTOBOARD, FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE, CABLE TELEFONICO, ELEMENTOS ELECTRONICOS DESCRITOS EN EL DIAGRAMA ESQUEMATICO, COMPUTADORA SOFTWARE CIRCUIT MAKER.

INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA:

HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR:Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores

ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR:Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existentePROCEDIMIENTO:

1.- Realice los circuitos electrónicos del documento anexo en protoboard y compruebe el funcionamiento de los mismos.

2.- Realice los circuitos electrónicos del documento anexo en CIRCUIT MAKER y compruebe el funcionamiento de los mismos.

3.- Compruebe la forma de las señales de entrada y salida de los circuitos, por medio del osciloscopio, tanto en los circuitos de protoboard y los realizados en circuit maker y compare los resutados.

4.- Describa el uso y funcionamiento de cada uno de los componentes.

5- Realice sus reportes e integre sus evidencias al portafolio.

*NOTA: UTILICE LOS FORMATOS ANEXOS DESTINADOS PARA VACIAR LA INFORMACIÓN DE LOS CONCEPTOS, CUANDO APLIQUE*

CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales

1.- Escriba la definición de TRANSISTOR.

2.- Escriba una definición de TRANSISTOR de otra fuente diferente a la anterior y registre la fuente bibliográfica.

3.- Describa la aplicación de AMPLIFICACION.

4.- Describa el uso de LA CONMUTACIÓN.

CONCLUSIONES:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICASelección de elementos electrónicos para aplicaciones específicasSeleccione el elemento adecuado para la aplicación indicada:Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICATransistores.

Los transistores tienen aplicación en muchísimos circuitos, por lo general son utilizados en procesos de amplificación de señales (las que veremos ahora) y también en circuitos de conmutación a ellos le dedicaremos un lugar especial.

Estos componentes vienen en dos tipos, los NPN y los PNP, no entraré en detalle respecto al nombre ya que podrás notar las diferencias en los circuitos de aplicación, pero sí quiero aclarar algo... Sus terminales...!!!

Cada transistor tiene una disposición distinta, según el tipo de que se trate y las ocurrencias de su fabricante, por lo que necesitarás un manual para identificarlos.

Continuemos... veamos ahora estos dos transistores en modoamplificador...

Transistores NPN.

Q1NPN

En este ejercicio puedes utilizar uno de los dos transistores que se indican en la siguiente tabla, los dos son del tipo NPN con su respectiva disposición de terminales.

El circuito que analizaremos será el siguiente...

Cuando acciones S1 llegará una cierta cantidad de corriente a la base del transistor, esta controlará la cantidad de corriente que pasa del Colector al Emisor, lo cual puedes notar en el brillo de los LED's.

Este es el famoso proceso de AMPLIFICACIÓN.

Como puedes imaginar, a mayor corriente de base mayor corriente decolector. Prueba cambiar R2.

Transistores PNP...

S1D2

LED1

D1LED1

+ V110V

Q1NPN

R26.8k

R1220

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAAquí utilizaremos uno de los dos transistores que se encuentran en el siguiente cuadro.

En estos transistores, para obtener el mismo efecto que el anterior, su base deberá ser ligeramente negativa. Observa que en este esquema tanto los LED's como la fuente fueron

invertidos.

Nuevamente la corriente de base controla la corriente de colector para producir el efecto de AMPLIFICACIÓN.

Estarás pensando ¿para qué lo necesito si con el anterior me basta...?,

No es tan así. En muchos casos necesitarás hacer una amplificación y

sólo tendrás una pequeña señal negativa. Para entonces, aquí está la solución.

TRANSISTORES EN CIRCUITOS DE CONMUTACIÓN

Muchas veces se presenta la difícil situación de manejar corrientes otensiones más grandes que las que entrega un circuito digital, y entonces nos disponemos al uso de transistores, el tema es hacer que estos trabajen en modo corte y saturación sin estados intermedios, es decir que cambien su estado de plena conducción a un profundo corte, y eso es lo que veremos en este pequeño tutorial.

Los transistores a utilizar en estos casos deben tener la suficiente ganancia para que la onda cuadrada, aplicada en su entrada (Base), no sufra ninguna deformación en la salida (Colector o Emisor), o sea que conserve perfecta simetría y sus flancos ascendente y descendente se mantengan bien verticales.

La corriente máxima que puede circular de colector a emisor está limitada por la tensión de polarización de Base y el Resistor o la carga del colector.

Polarización de un transistor NPN como Emisor Común

En este caso el emisor está conectado a masa, se dice que este terminal es común a la señal de base y de colector. El utilizado en este caso un BC547 y estos son algunos de sus datos:

l Tensión Base-Colector (VCBO) = 50 Vl Corriente de Colector (Ic) = 100mA = 0,1A

Cuando la base de Q1 se polariza positivamente, éste conduce la máxima corriente, que le permite Rc.

Rc es la resistencia de carga, que bien podría ser un LED, un relé, etc.

+V210V

D4LED1

D3LED1S2 Q2

PNP

R4220

R36.8k

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA Ic = E/R = 12V / 2200 = 0,0054 = 5,4 mAIb = E/R = 12V / 10000 = 0,0012 = 1,2 mA

Es decir la corriente total Colector-Emisor es 6,6mA.

Conexión como seguidor emisivo:

En esta situaciónn se toma la señal de salida desde el Emisor donde seencuentra la Resistencia de carga, observa que este esquema comparado al anterior tiene la misma fase de salida que la de entrada.

También hay casos en que necesitas que el transistror esté conduciendo permanentemente (estado de saturación) y que pase al corte ante la presencia de un pulso eléctrico, esto sería lo inverso de lo visto anteriormente, para lograr esto, los circuitos anteriores quedan como están y sólo se reemplazan los transistores por los complementarios, o sea donde hay un NPN se conecta un PNP.

Cuando la señal es negativa

En ocasiones se da el caso en que las señales lógicas recibidas son negativas o de nivel bajo, para entonces se puede utilizar un transistor PNP, por ejemplo: el BC557, que es complementario del BC547, para conseguir los mismos resultados.

En la siguiente figura se representa esta condición, es decir, un acoplamiento con transistor PNP.

+V

V412V

Q3NPN

CP1CP2

Q1Q2

V3

R62.2k

R510k

Q4PNP

R810k

R72.2k

CP1CP2

Q1Q2

V6

+V

V512V

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAAnálisis para la conexión de un RELE

El diodo en paralelo con la bobina del relé cumple la función de absorber las tensiones que se generan en todos los circuitos inductivos.

Si la bobina del relé tiene 50 ohm de resistencia y funciona a 12 V, puedes calcular el consumo de coriente que tiene el relé, para así saber que transistor utilizar:

Ic = E/R = 12V / 50 = 0,24 = 240 mA

Con este resultado no se puede utilizar el BC547, cuya corriente máxima es de 100mA, pero si lo puede hacer un BC337, es conveniente no superar el 50% de la corriente que entregan los transistores.

Ahora bien, si la señal que se aplique a la base del transistor tiene lasuficiente amplitud (tensión) y suficiente intensidad (amper), no habrádificultad y la corriente de base también será suficiente para saturar eltransistor, que conmutará en forma efectiva el relé.

Montajes Darlington:

En esta conexión se utiliza un BC337 (NPN) el cual si soporta los 240mA que se necesitaba anteriormente, pero además un transistor de baja potencia como el BC547 (NPN).

En este tipo de montajes, hay que lograr previamente una ganancia en corriente y esta corriente aplicarla a la base del BC337, esta es la finalidad del montaje en Darlington.

En este circuito el Transistor BC337 es el que recibe la carga del relé y el BC547 solamente soporta la corriente de base del BC337, además la ganancia se multiplica sin cargar la salida del componente que entrega la señal, ya que ahora la corriente que drena el 547 es tomada de la misma fuente y aplicada a la base del 337. De este modo la resistencia de base del 547 puede ser elevada ya que necesitamos una corriente mucho menor en la misma.

Q5BC547C

RLY112VSPDT

+V

V412V

Q3BC337AP

CP1CP2

Q1Q2

V3

R62.2k

R510k

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAEn el siguiente gráfico se describe como lograr la conmutación de un relé con un transistor de salida NPN, incluso utilizando tensiones diferentes.

En esta situación como vemos es necesario agregar un transistor de baja potencia, ya que la corriente que debe manejar es la de base.

Con la entrada en "1": El BC547 conduce y envía a masa la base delBC337 de este modo se mantiene el corte.

Con la entrada en "0": El 547 pasa al corte y su colector queda "abierto", ahora sí se polariza la base del 337 y conmutando el relé.

Otro caso de conmutación con diferentes tensiones.

Suponiendo que el consumo de un relé sea 200mA.

Para los cálculos de polarización siempre se debe tomar el menor Beta-B- (hfe) que indiquen los manuales de los transistores, o sea que si dice 100 a 300, tomamos 100. Veamos que corriente de base se necesita de acuerdo a estos datos:

Ib = Ic / Hfe = 200mA / 100 = 2mA

Donde:l Ib = Intensidad de Base (en mA)l Ic = Intensidad de Colectorl Hfe = Ganancia

Ahora veamos que valor de resistencia de base es necesario para lograr 2mA con una fuente de 5V, que es la salida que entrega el separador del ejemplo:

R = E / I = 5V / 0,002A = 2500 ohm (un valor normalizado es 2k2)

Hay circuitos más complejos todavía, pero creo que puede servir de algotener un poco de conocimiento de estas formas de conexión

Q6BC337AP

Q4BC547C

RLY212VSPDT

+V

V55V

R72.2k

R810kCP1

CP2Q1Q2

V6

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Titulo de la Actividad

USO DEL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR Y COMO CONMUTADORActividad No. 8

UNIDAD TEMÁTICA: IIi Hoja: 1 de: 4TEMA: TRANSISTORES BIPOLARES

DURACIÓN: 5 HORAS LUGAR: LABORATORIO

ENTREGARA COMO EVIDENCIA UN CIRCUITO IMPRESO CON LOS COMPONENTES SOLDADOS

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA :

EL ALUMNO COMPRENDERA DIFERENTES APLICACIONES DEL TRANSISTOR EN CIRCUITOS DE CONMUTACIÓN.

MATERIAL Y EQUIPO :

PROTOBOARD, FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE, CABLE TELEFONICO, ELEMENTOS ELECTRONICOS DESCRITOS EN EL DIAGRAMA ESQUEMATICO, COMPUTADORA SOFTWARE CIRCUIT MAKER.

INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA:

HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR:Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores

ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR:Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existente PROCEDIMIENTO:

1.- Realice los circuitos electrónicos del documento anexo en protoboard y compruebe el funcionamiento de los mismos.

2.- Realice los circuitos electrónicos del documento anexo en CIRCUIT MAKER y compruebe el funcionamiento de los mismos.

3.- Realice el diseño del PCB del circuito en el programa Trax Maker.

4.- Entregue el archivo para su revisión al profesor responsable, e imprima el diseño en acetato.

5.- Envie el acetato a serigrafia, para imprimir el diseño en la placa de cobre.

6.- Fabrique el PCB de acuerdo al procedimiento anterior estudiado.

7.- Solde los componentes del circuito al PCB.

8.- Energize y compruebe el funcionamiento del circuito, muestre al profesor responsable.

9.- Compruebe la forma de las señales de entrada y salida de los circuitos, por medio del osciloscopio, tanto en los circuitos de protoboard y los realizados en circuit maker y compare los resutados.

10.- Describa el uso y funcionamiento de cada uno de los componentes.

11- Realice sus reportes e integre sus evidencias al portafolio.

*NOTA: UTILICE LOS FORMATOS ANEXOS DESTINADOS PARA VACIAR LA INFORMACIÓN DE LOS CONCEPTOS, CUANDO APLIQUE*

CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales

1.- Escriba la definición de FOTOCELDA.

2.- Escriba una definición de FOTOCELDA de otra fuente diferente a la anterior y registre la fuente bibliográfica.

3.- Describa la aplicación DEL RELEVADOR.

4.- Describa el uso de LA CONMUTACIÓN.

CONCLUSIONES:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA1. CONTROL DE LUZ CON LDR. Funcionamiento: Mediante el potenciómetro

seleccionamos el nivel de oscuridad a partir del cual se enciende la bombilla. La resistencia de la LDR es baja mientras haya suficiente luz ambiente, por esa razón el transistor queda bloqueado. Al oscurecer aumenta el valor de la LDR y se origina la suficiente corriente de base para saturar al transistor, pasar corriente por el relé y cambiar la posición de los contactos de éste.

2. ROBOT BUSCA LUZ Funcionamiento: Este circuito intercambia respecto al anterior la posición de la LDR y el potenciómetro, de forma que sea ahora el nivel alto de iluminación el que active el relé, Sin un foco de luz solamente gira el motor de la derecha, al enfocar la LDR con una linterna, el otro motor se pone también en funcionamiento, haciendo

que el móvil siga buscando el foco de luz.

3. TEMPORIZADOR CON RETRASO A LA CONEXIÓNFuncionamiento: Este circuito produce una secuencia de acción retardada. Al cerrar el interruptor el condensador se carga a través de R ( t= 5 R C ), cuando la tensión en los extremos del condensador sea aproximadamente de 1.4 v, el par Darlington empieza a conducir y el relé se activa, la bombilla permanece encendida hasta que se presiona el pulsador, momento

en el cual se repetiría el ciclo.

4. JUEGO DE REFLEJOS

+

V45V

M2

M1R4

100k 40%

R5

R62.2k

+ V55V

RLY212VSPDT

Q3NPN1

D11N4004

S1

+

C14700uF

D21N4004

Q6NPN1

R92.2k L2

+ V75V

R710k 40%

RLY312VSPDT

60kHz

V6-320/320V

Q5NPN

60kHz

V3-320/320V

RLY112VSPDT

R1100k 40%

+ V15V

R3

L1R2

4.7k

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAFuncionamiento: El pulsador INICIO, indica el comienzo del juego, Una vez encendida la luz de la señal, cada jugador pulsa lo más rápido posible, el más rápido impide el encendido de la bombilla contraria.

5. ENCLAVAMIENTO DE RELÉ. Aplicación: barrera de tren accionada por éste.

Funcionamiento: Activando el interruptor de marcha, al llegar el tren, este presiona el pulsador que indica su llegada, se produce mediannte el transistor el enclavamiento del relé de la izquierda, el motor comienza a baja r la barrera hasta que presiona el final de carrera MI2, una vez ha psado el tren, éste presiona el pulsador que indica su alejamiento, bloqueando el transistor y desenclavando el relé, haciendo que el motor de la barrera comience a girar en sentido contrario hasta que presione MI1.

+ V85V

Q8NPN

Q7NPN

L5

R102.2k R8

2.2k

L4

L3

S4

S3S2

L6

D71N4004

+

V115V

S10

R1510k

S9

Q11NPN

S8

S7

60kHz

V10-320/320V

RLY612VSPDTRLY5

12VSPDTRLY412VSPDT

D61N4004

D51N4004

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA6, SEMÁFORO

Q10NPN

R142.2k

S6S5

D4LED1

R13150

R122.2kQ9

NPN

R11150

D3LED1

+ V95V

Funcionamiento: solamente puede haber un LED encendido, el transistor correspondiente se encuentra saturado, circunstancia que impide que el otro tenga corriente en la base.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICATitulo de la Práctica

1.- CONOCIMIENTO Y USO DE SISTEMAS NÚMERICOS2.- USO Y MANEJO DE COMPUERTAS LOGICAS3.- CONSTRUCCIÓN DE CIRCUITOS CON COMPUERTAS LOGICAS

Actividad No. 9

UNIDAD TEMÁTICA: IV Hoja: 1 de: 1TEMA: CIRCUITOS LÓGICOSDURACIÓN: 18 HORAS LUGAR: LABORATORIO

ENTREGAR REPORTE EN LIBRETA Y EN LOS FORMATOS ANEXOS

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA :

Diseñar circuitos combinacionales usando los principios básicosMATERIAL Y EQUIPO :

SE DESCRIBEN EN LOS FORMATOS ANEXOS INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA:

HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR:Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores

ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR:Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existentePROCEDIMIENTO:

1.- Realice la comprobación del algebra booleana utilizando compuertas lógicas

2.- Entregue al profesor responsable, las evidencias generadas, para su evaluación correspondiente.

*NOTA: UTILICE LOS FORMATOS ANEXOS DESTINADOS PARA VACIAR LA INFORMACIÓN DE LOS CONCEPTOS*CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales

1.- Escriba la definición de ALGEBRA BOOLEANA2.- Escriba una definición de ALGEBRA BOOLEANA de otra fuente diferente a la anterior y registre la fuente bibliográfica.

CONCLUSIONES:

ALGEBRA BOOLEANA:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Cuando se trabaja con circuitos digitales es muy común que al final se tenga un diseño o circuito con un número de partes (compuertas y otros) mayor al necesario. Para lograr que el circuito tenga la cantidad de partes correcta hay que optimizarlo (reducirlo).

Un diseño óptimo causará que:- El circuito sea más simple- El número de componentes sea el menor- El precio de proyecto sea el más bajo- La demanda de potencia del circuito sea menor- Es espacio necesario (en el circuito impreso) para la implementación del circuito será menor- El mantenimiento del circuito sea más fácil

En en consecuencia que el diseño sea el más económico posibleUna herramienta para reducir las expresiones lógicas de circuitos digitales es la matemáticas de expresiones lógicas, que fue presentada por George Boole en 1854, herramienta que desde entonces se conoce como álgebra de Boole.

Las reglas del álgebra Booleana son:Nota: · (punto): significa producto lógico ; + (signo de suma): significa suma lógica

La operación AND o Y0 0 = 0 0 0 = 00 1 = 0 0 A = A1 0 = 0 A 0 = 0 1 1 = 1 A A = ALa operación OR o O0 + 0 = 0 A + 0 = A0 + 1 = 1 A + 1 = 11 + 0 = 1 A + A = A1 + 1 = 1 A + A = 1La operación NOT o No0 = 1 A´´ = A1 = 0 Nota: A´ = ALey DistributivaA(B+C) = (AB) + (AC)A+(BC) = (A+B) (A+C)Ley Asociativa(AB)C = A(BC) = ABC(A+B)+C = A+(B+C) = A+B+CLey ConmutativaAB = BAA + B = B + APrecedenciaAB = ABA + BC = A + (BC)AB + C = (AB) + CTeorema DeMorgan(A·B) = A + B (NAND)(A+B) = AB (NOR)

Para asegurarse de que la reducción fue exitosa, se puede utilizar la tabla de verdad que debe dar el mismo resultado para el circuito simplificado y el original.

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Sistema binario

El sistema binario, en matemáticas e informática, es un sistema de numeración en el que los números se representan utilizando solamente las cifras cero y uno (0 y 1). Los ordenadores trabajan internamente con dos niveles de voltaje, por lo que su sistema de numeración natural es el sistema binario (encendido 1, apagado 0).

Historia del sistema binario

Página del artículo Explication de l'Arithmétique Binaire de Leibniz

El antiguo matemático hindú Pingala presentó la primera descripción que se conoce de un sistema de numeración binario en el siglo tercero antes de nuestra era, lo cual coincidió con su descubrimiento del concepto del número cero.

Una serie completa de 8 trigramas y 64 hexagramas, análogos a 3 bit y números binarios de 6 bit, eran conocidos en la antigua china en el texto clásico del I Ching. Series similares de combinaciones binarias también han sido utilizados en sistemas de adivinación tradicionales africanos como el Ifá, así como en la geomancia medieval occidental.

Un arreglo binario ordenado de los hexagramas del I Ching, representando la secuencia decimal de 0 a 63, y un método para generar el mismo, fue desarrollado por el erudito y filósofo Chino Shao Yong en el siglo XI. Sin embargo, no hay ninguna prueba de que Shao entendió el cómputo binario.

En 1605 Francis Bacon habló de un sistema por el cual las letras del alfabeto podrían reducirse a secuencias de dígitos binarios, la cuales podrían ser codificados como variaciones apenas visibles en la

fuente de cualquier texto arbitrario.

El sistema binario moderno fue documentado en su totalidad por Leibniz, en el siglo diecisiete, en su artículo "Explication de l'Arithmétique Binaire". En él se mencionan los símbolos binarios usados por matemáticos chinos. Leibniz usó el 0 y el 1, al igual que el sistema de numeración binario actual.

En 1854, el matemático británico George Boole, publicó un artículo que marcó un antes y un después, detallando un sistema de lógica que terminaría denominándose Álgebra de Boole. Dicho sistema desempeñaría un papel fundamental en el desarrollo del sistema binario actual, particularmente en el desarrollo de circuitos electrónicos.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAEn 1937, Claude Shannon realizó su tesis doctoral en el MIT, en la cual implementaba el Álgebra de Boole y aritmética binaria utilizando relés y conmutadores por primera vez en la historia. Titulada Un Análisis Simbólico de Circuitos Conmutadores y Relés, la tesis de Shannon básicamente fundó el diseño práctico de circuitos digitales.

En noviembre de 1937, George Stibitz, trabajando por aquel entonces en los Laboratorios Bell, construyó un ordenador basado en relés - al cual apodó "Modelo K" (porque lo construyó en una cocina, en inglés "kitchen")- que utilizaba la suma binaria para realizar los cálculos. Los Laboratorios Bell autorizaron un completo programa de investigación a finales de 1938, con Stibitz al mando. El 8 de enero de 1940 terminaron el diseño de una Calculadora de Números Complejos, la cual era capaz de realizar cálculos con números complejos. En una demostración en la conferencia de la Sociedad Americana de Matemáticas, el 11 de septiembre de 1940, Stibitz logró enviar comandos de manera remota a la Calculadora de Números Complejos a través de la línea telefónica mediante un teletipo. Fue la primera máquina computadora utilizada de manera remota a través de la línea de teléfono. Algunos participantes de la conferencia que presenciaron la demostración fueron John Von Neumann, John Mauchly y Norbert Wiener, el cual escribió acerca de dicho suceso en sus diferentes tipos de memorias en la cual alcanzó diferentes logros.

Representación

Un número binario puede ser representado por cualquier secuencia de bits (dígitos binarios), que a su vez pueden ser representados por cualquier mecanismo capaz de estar en dos estados mutuamente exclusivos. Las secuencias siguientes de símbolos podrían ser interpretadas todas como el mismo valor binario numérico:

1 0 1 0 0 1 1 0 1 0| - | - - | | - | -x o x o o x x o x oy n y n n y y n y n

El valor numérico representado en cada caso depende del valor asignado a cada símbolo. En un ordenador, los valores numéricos pueden ser representados por dos voltajes diferentes y también se pueden usar polaridades magnéticas sobre un disco magnético. Un "positivo", "sí", o "sobre el estado" no es necesariamente el equivalente al valor numérico de uno; esto depende de la arquitectura usada.

De acuerdo con la representación acostumbrada de cifras que usan números árabes, los números binarios comúnmente son escritos usando los símbolos 0 y 1. Cuando son escritos, los números binarios son a menudo subindicados, prefijados o sufijados para indicar su base, o la raíz. Las notaciones siguientes son equivalentes:

100101 binario (declaración explícita de formato) 100101b (un sufijo que indica formato binario) 100101B (un sufijo que indica formato binario) bin 100101 (un prefijo que indica formato binario) 1001012 (un subíndice que indica base 2 (binaria) notación) %100101 (un prefijo que indica formato binario) 0b100101 (un prefijo que indica formato binario, común en lenguajes de programación)

Operaciones con números binarios

Suma de números Binarios

Las posibles combinaciones al sumar dos bits son:

0 + 0 = 0 0 + 1 = 1 1 + 0 = 1 1 + 1 = 10

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA 100110101 + 11010101 ——————————— 1000001010

Operamos como en el sistema decimal: comenzamos a sumar desde la derecha, en nuestro ejemplo, 1 + 1 = 10, entonces escribimos 0 en la fila del resultado y llevamos 1 (este "1" se llama acarreo o arrastre). A continuación se suma el acarreo a la siguiente columna: 1 + 0 + 0 = 1, y seguimos hasta terminar todas la columnas (exactamente como en decimal).

Resta de números binarios

El algoritmo de la resta en binario es el mismo que en el sistema decimal. Pero conviene repasar la operación de restar en decimal para comprender la operación binaria, que es más sencilla. Los términos que intervienen en la resta se llaman minuendo, sustraendo y diferencia.

Las restas básicas 0-0, 1-0 y 1-1 son evidentes:

0 - 0 = 0 1 - 0 = 1 1 - 1 = 0 0 - 1 = no cabe o se pide prestado al próximo.

La resta 0 - 1 se resuelve, igual que en el sistema decimal, tomando una unidad prestada de la posición siguiente: 10 - 1 = 1 y me llevo 1, lo que equivale a decir en decimal, 2 - 1 = 1. Esa unidad prestada debe devolverse, sumándola, a la posición siguiente. Veamos algunos ejemplos:

Restamos 17 - 10 = 7 (2=345) Restamos 217 - 171 = 46 (3=690) 10001 11011001 -01010 -10101011 —————— ————————— 00111 00101110

A pesar de lo sencillo que es el procedimiento, es fácil confundirse. Tenemos interiorizado el sistema decimal y hemos aprendido a restar mecánicamente, sin detenernos a pensar en el significado del arrastre. Para simplificar las restas y reducir la posibilidad de cometer errores hay varias soluciones:

Dividir los números largos en grupos. En el siguiente ejemplo, vemos cómo se divide una resta larga en tres restas cortas:

100110011101 1001 1001 1101 -010101110010 -0101 -0111 -0010 ——————— = ——— —---— ——— 010000101011 0100 0010 1011

Utilizando el complemento a dos. La resta de dos números binarios puede obtenerse sumando al minuendo el complemento a dos del sustraendo. Veamos algunos ejemplos. Hagamos la siguiente resta, 91 - 46 = 45, en binario:

1011011 1011011 -0101110 C2 de 46 = 1010010 +1010010 ———————— ———————— 0101101 10101101

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.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAUn último ejemplo: vamos a restar 219 - 23 = 196, directamente y utilizando el complemento a dos:

11011011 11011011 -00010111 C2 de 23 = 11101001 +11101001 ————————— ————————— 11000100 111000100

Y, despreciando el bit que se desborda por la izquierda, llegamos al resultado correcto: 11000100 en binario, 196 en decimal.

Utilizando el complemento a 1. La resta de dos números binarios puede obtenerse sumando al minuendo el complemento a uno del sustraendo y a su vez sumarle el bit de overflow (bit que se desborda).

Producto de números binarios

El algoritmo del producto en binario es igual que en números decimales; aunque se lleva cabo con más sencillez, ya que el 0 multiplicado por cualquier número da 0, y el 1 es el elemento neutro del producto.

Por ejemplo, multipliquemos 10110 por 1001:

10110 1001 ————————— 10110 00000 00000 10110 ————————— 11000110

En sistemas electrónicos, donde se suelen utilizar números mayores, no se utiliza este método sino otro llamado algoritmo de Booth.

División de números binarios

La división en binario es similar a la decimal, la única diferencia es que a la hora de hacer las restas, dentro de la división, estas deben ser realizadas en binario. Por ejemplo, vamos a dividir 100010010 (274) entre 1101 (13):

100010010 |1101 ——————- 0000 010101——————— 10001- 1101——————— 01000 - 0000 ——————— 10000 - 1101 ——————— 00111 - 0000 ———————

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA 01110 - 1101 ——————— 00001

Conversión entre binario y decimal, binario y octal, y binario y hexadecimal [editar]

Binario a decimal

Para realizar la conversión de binario a decimal, realice lo siguiente:

1. Inicie por el lado derecho del número en binario, cada número multiplíquelo por 2 y elévelo a la potencia consecutiva (comenzando por la potencia 0).

2. Después de realizar cada una de las multiplicaciones, sume todas y el número resultante será el equivalente al sistema decimal.

Ejemplos:

110101 (binario) = 53 (decimal). Proceso:

1*(2) elevado a (0)=10*(2) elevado a (1)=01*(2) elevado a (2)=40*(2) elevado a (3)=01*(2) elevado a (4)=161*(2) elevado a (5)=32La suma es: 53

10010111 (binario) = 151 (decimal). Proceso:

1*(2) elevado a (0)=11*(2) elevado a (1)=21*(2) elevado a (2)=40*(2) elevado a (3)=01*(2) elevado a (4)=160*(2) elevado a (5)=00*(2) elevado a (6)=01*(2) elevado a (7)=128La suma es: 151

110111 (binario) = 55 (decimal). Proceso:

1*(2) elevado a (0)=11*(2) elevado a (1)=21*(2) elevado a (2)=40*(2) elevado a (3)=01*(2) elevado a (4)=161*(2) elevado a (5)=32La suma es: 55

También se puede optar por utilizar los valores que presenta cada posición del número binario a ser transformado, comenzando de derecha a izquierda, y sumando los valores de las posiciones que tienen un

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA1.Por ejemplo: el número binario 1010010 corresponde en decimal al 82 se puede representar de la siguiente manera:

64 32 16 8 4 2 1 1 0 1 0 0 1 0

entonces se suma los números 2, 16 y 64:

2 +16 64 ---- 82

Decimal a binario Se divide el número decimal entre 2 cuyo resultado entero se vuelve a dividir entre 2 y así sucesivamente. Una vez llegados al 1 indivisible se cuentan el último cociente, es decir el uno final (todo número binario excepto el 0 empieza por uno), seguido de los residuos de las divisiones subsiguientes. Del más reciente hasta el primero que resultó. Este número será el binario que buscamos. A continuación se puede ver un ejemplo con el número decimal 100 pasado a binario.

100 |_2 0 50 |_2 0 25 |_2 --> 100 1100100 1 12 |_2 0 6 |_2 0 3 |_2 1 1

Otra forma de conversión consiste en un método parecido a la factorización en números primos. Es relativamente fácil dividir cualquier número entre 2. Este método consiste también en divisiones sucesivas. Dependiendo de si el número es par o impar, colocaremos un cero o un uno en la columna de la derecha. Si es impar, le restaremos uno y seguiremos dividiendo por dos, hasta llegar a 1. Después sólo nos queda tomar el último resultado de la columna izquierda (que siempre será 1) y todos los de la columna de la derecha y ordenar los dígitos de abajo a arriba. Y luego se haría un cuadro con las potencias con el resultado.

Ejemplo:

100|0 50|0 25|1 --> 1, 25-1=24 y seguimos dividiendo por 2 12|0 6|0 3|1 1|1 --> 100 1100100

Existe un último método denominado de distribución. Consiste en distribuir los unos necesarios entre las potencias sucesivas de 2 de modo que su suma resulte ser el número decimal a convertir. Sea por ejemplo el número 151, para el que se necesitarán las 8 primeras potencias de 2, ya que la siguiente, 28=256, es superior al número a convertir. Se comienza poniendo un 1 en 128, por lo que aún faltarán 23, 151-128=23, para llegar al 151. Este valor se conseguirá distribuyendo unos entre las potencias cuya suma den el resultado buscado y poniendo ceros en el resto. En el ejemplo resultan ser las potencias 4, 2, 1 y 0, esto es, 16, 4, 2 y 1, respectivamente.

Ejemplo:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA 20= 1|1 21= 2|1 22= 4|1 23= 8|0 24= 16|1 25= 32|0 26= 64|0 27= 128|1 128+16+4+2+1=151 10010111

Binario a octal

Para realizar la conversión de binario a octal, realice lo siguiente:

1) Agrupe la cantidad binaria en grupos de 3 en 3 iniciando por el lado derecho. Si al terminar de agrupar no completa 3 dígitos, entonces agregue ceros a la izquierda.

2) Posteriormente vea el valor que corresponde de acuerdo a la tabla:

Número en binario 000 001 010 011 100 101 110 111

Número en octal 0 1 2 3 4 5 6 7

3) La cantidad correspondiente en octal se agrupa de izquierda a derecha.

Ejemplos:

110111 (binario) = 67 (octal). Proceso:

111 = 7110 = 6

Agrupe de izquierda a derecha: 67

11001111 (binario) = 317 (octal). Proceso:

111 = 7001 = 111 entonces agregue un cero, con lo que se obtiene 011 = 3Agrupe de izquierda a derecha: 317

1000011 (binario) = 103 (octal). Proceso:

011 = 3000 = 01 entonces agregue 001 = 1Agrupe de izquierda a derecha: 103.

Octal a binario

Cada dígito octal se lo convierte en su binario equivalente de 3 bits y se juntan en el mismo orden. Ejemplo:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA 247 (octal) = 010100111 (binario). El 2 en binario es 10, pero en binario de 3 bits es Oc(2) = B(010); el

Oc(4) = B(100) y el Oc(7) = (111), luego el número en binario será 010100111.

Binario a hexadecimal

Para realizar la conversión de binario a hexadecimal, realice lo siguiente:

1) Agrupe la cantidad binaria en grupos de 4 en 4 iniciando por el lado derecho. Si al terminar de agrupar no completa 4 dígitos, entonces agregue ceros a la izquierda.

2) Posteriormente vea el valor que corresponde de acuerdo a la tabla:

Número en binario

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

Número en hexadecimal

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

3) La cantidad correspondiente en hexadecimal se agrupa de izquierda a derecha.

Ejemplos:

110111010 (binario) = 1BA (hexadecimal). Proceso:

1010 = A1011 = B1 entonces agregue 0001 = 1Agrupe de izquierda a derecha: 1BA

11011110101 (binario) = 6F5 (hexadecimal). Proceso:

0101 = 51111 = F110 entonces agregue 0110 = 6Agrupe de izquierda a derercha: 6F5

Hexadecimal a binario

Ídem que para pasar de hexadecimal a binario, solo que se remplaza por el equivalente de 4 bits, como de octal a binario.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICATabla de conversión entre decimal, binario, hexadecimal, octal, BCD, Exceso 3 y Gray o Reflejado

Decimal Binario Hexadecimal Octal BCD Exceso 3 Gray o Reflejado

0 0000 0 0 0000 0011 0000

1 0001 1 1 0001 0100 0001

2 0010 2 2 0010 0101 0011

3 0011 3 3 0011 0110 0010

4 0100 4 4 0100 0111 0110

5 0101 5 5 0101 1000 0111

6 0110 6 6 0110 1001 0101

7 0111 7 7 0111 1010 0100

8 1000 8 10 1000 1011 1100

9 1001 9 11 1001 1100 1101

10 1010 A 12 0001 0000

11 1011 B 13 0001 0001

12 1100 C 14 0001 0010

13 1101 D 15 0001 0011

14 1110 E 16 0001 0100

15 1111 F 17 0001 0101

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICATitulo de la Actividad

USO Y APLICACIÓN DE LOS TIRISTORESActividad No. 10

UNIDAD TEMÁTICA: V y VI Hoja: 1 de: 1

TEMA: SCR y TRIACDURACIÓN: 14 HORAS LUGAR: LABORATORIO

ENTREGARA COMO EVIDENCIA UN CIRCUITO IMPRESO CON LOS COMPONENTES SOLDADOS

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA :

Conocer que son los SCR y los circuitos típicos de control de puertasConocer que es un Triac y sus características.MATERIAL Y EQUIPO :

PROTOBOARD, FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE, CABLE TELEFONICO A CONSIDERACIÓN, ELEMENTOS ELECTRONICOS DESCRITOS EN LOS DIAGRAMAS ESQUEMATICOS, COMPUTADORA, SOFTWARE CIRCUIT MAKER.

INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA:

HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR:Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores

ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR:Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existente PROCEDIMIENTO:1.- Realice los circuitos electrónicos del documento anexo en protoboard y compruebe el funcionamiento de los mismos.

2.- Realice un circuito de SCR, uno de TRIAC, uno de DIAC y uno de OPTOACOPLADOR del documento anexo en CIRCUIT MAKER y compruebe el funcionamiento de los mismos.

3.- Realice el diseño del PCB de cada uno de los circuitos que realizo en Circuit Maker, en el programa Trax Maker.

4.- Entregue el archivo para su revisión al profesor responsable, e imprima el diseño en acetato.

5.- Fabrique el PCB de acuerdo al procedimiento anterior estudiado.

6.- Solde los componentes del circuito al PCB.

7.- Energize y compruebe el funcionamiento del circuito, muestre al profesor responsable.

8.- Compruebe la forma de las señales de entrada y salida de los circuitos, por medio del osciloscopio, tanto en los circuitos de protoboard y los realizados en circuit maker y compare los resutados.

9.- Describa el uso y funcionamiento de cada uno de los componentes.

10- Realice sus reportes e integre sus evidencias al portafolio.

*NOTA: UTILICE LOS FORMATOS ANEXOS DESTINADOS PARA VACIAR LA INFORMACIÓN DE LOS CONCEPTOS, CUANDO APLIQUE*

CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales

1.- Escriba la definición de TIRISTOR.

2.- Escriba una definición de TIRISTOR de otra fuente diferente a la anterior y registre la fuente bibliográfica.

3.- Describa la aplicación SCR.

4.- Describa el uso de LA CONMUTACION CON OPTOACOPLADOR.

CONCLUSIONES:

Selección de elementos electrónicos para aplicaciones específicas

Seleccione el elemento adecuado para la aplicación indicada:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICATiristor / SCR y la corriente alterna

Antes de iniciar la lectura de este tutorial se recomienda leer los tutoriales el tiristor y el tiristor en corriente

continua. Si ya lo hizo o no lo considera conveniente, continúe

Control de fase con tiristor

Se usa principalmente para controlar la potencia que se entrega a una carga. (en el caso de la figura es un

bombillo o foco)

La fuente de voltaje puede ser de 110V c.a., 120V c.a., 240V c.a. , etc. La potencia suministrada a la carga

se controla variando el ángulo de conducción.

El circuito RC produce un corrimiento de la fase entre la tensión de entrada y

la tensión en el condensador que es la que suministra la corriente a la

compuerta del SCR.

Como R es un potenciómetro, el valor resistivo puede variar y así producir un

corrimiento de fase ajustable, que causará que la entrega de potencia a la

carga (el bombillo) también sea variable.

Con ésto se logra que la intensidad de la luz en el bombillo varíe. El diodo en la compuerta del SCR se usa

para bloquear la tensión de compuerta durante el ciclo negativo (de 180° a 360°)

Formas de onda de la señal de entrada y en la carga para diferentes corrimientos de fase.

- El 1er diagrama muestra la onda de entrada. Observar los

ptos. 0°, 180° y 360°.

- El 2do diagrama muestra la señal aplicada a la carga cuando

el disparo es a los 45°

- El 3er diagrama muestra la señal aplicada a la carga cuando

el disparo es a los 150°.

En el segundo y tercer diagrama se ve que la semionda

negativa ha desaparecido, y esto es debido a que el tiristor se

comporta, cuando está conduciendo, como un diodo.

El área bajo la curva en el segundo y tercer diagrama representa la energía transferida a la carga.

El segundo diagrama tiene un área bajo la curva mayor, entonces indica que, en este caso, hay más energía

entregada al bombillo que en el tercer diagrama.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

El máximo corrimiento de fase se logra cuando el potenciómetro tiene su mayor valor y el mínimo cuando

este tiene su valor más pequeño.

Ver que cuando R = 0 (valor mínimo del potenciómetro) el capacitor está en paralelo con el tristor y el éste se comporta prácticamente como un diodo, pues se dispara casi inmediatamente que la señal de entrada pasa los 0°.Protección del Tiristor

Protección contra los incrementos bruscos de corriente, protección contra cambios bruscos de tensiónAntes de iniciar la lectura de este tutorial se recomienda leer los tutoriales el tiristor, tiristor en corriente continua y tiristor en corriente alterna. Si ya lo hizo o no lo considera conveniente, continúe.El tiristor puede dañarse si no se toman algunas precauciones.- Protección contra incrementos bruscos de corriente (di/dt)."La derivada de la corriente con respecto al tiempo". La di/dt máxima es especificada por el fabricante.Este problema aparece cuando se tiene una carga capacitiva (tiene el comportamiento de un capacitor).Un capacitor descargado se comporta inicialmente (al ser conectado) como un corto circuito y la gran demanda de corriente tiene que atravesar el tiristor. Para evitar este problema se pone en serie con la carga un inductor (ver diagrama) de poco valor, para retardar el incremento de la corriente a un valor aceptable. Acordarse que el inductor se opone a cambios brusco de corriente. - Protección contra cambios bruscos de tensión (dv/dt)."La derivada de la tensión con respecto al tiempo". Los cambios bruscos de tensión entre el ánodo (A) y el cátodo (K = C), pueden producir cebados no deseados, causando con ello que el tiristor se dispare y empiece a conducir. El dv/dt máximo es especificado por el fabricante.A veces por diferentes motivos, la tensión entre los terminales del SCR pueden cambiar en forma repentina y de manera evidente (el cambio de tensión es grande)Para evitar este inconveniente, se utiliza un circuito RC en paralelo con el tiristor como se muestra en el gráfico de la derecha. Este circuito limita la velocidad de subida de la tensión en los terminales del tiristor. Acordarse que el capacitor se opone a cambio bruscos de tensión.

SCR - Rectificador controlado de silicio. Símbolo, estructura y funcionamiento básico.El SCR es un dispositivo semiconductor de 4 capas que funciona como un conmutador casi ideal.El símbolo y estructura del SCR son:

Analizando los diagramas: A = ánodo, G = compuerta o Gate, C = K = cátodo

Funcionamiento básico del SCR

El siguiente gráfico muestra un circuito equivalente del SCR para comprender su funcionamiento.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAAl aplicarse una corriente IG al terminal G (base de Q2 y colector de Q1), se producen dos corrientes: IC2 = IB1.

IB1 es la corriente base del transistor Q1 y causa que exista una corriente de colector de Q1 (IC1) que a su vez alimenta la base del transistor Q2 (IB2), este a su vez causa más corriente en IC2, que es lo mismos que IB1 en la base de Q1, y......

Este proceso regenerativo se repite hasta saturar Q1 y Q2 causando el encendido del SCR.

Los parámetros del SCR son:

- VRDM: Máximo voljaje inverso de cebado (VG = 0)- VFOM: Máximo voltaje directo sin cebado (VG = 0)- IF: Máxima corriente directa permitida.- PG: Máxima disipación de potencia entre compuerta y cátodo.- VGT-IGT: Máximo votaje o corriente requerida en la compuerta (G) para el cebado- IH: Mínima corriente de ánodo requerida para mantener cebado el SCR- dv/dt: Máxima variación de voltaje sin producir cebado.- di/dt: Máxima variación de corriente aceptada antes de destruir el SCR.

Nota: dv/dt, di/dt: Ver parámetros del SCR en SCR en corriente continua

Curva característica del SCR

La siguiente figura muestra la dependencia entre el voltaje de conmutación y la corriente de compuerta.

Cuando el SCR está polarizado en inversa se comporta como un diodo común (ver la corriente de fuga

característica que se muestra en el gráfico).

En la región de polarización en directo el SCR se comporta también como un diodo común, siempre que el

SCR ya haya sido activado (On). Ver los puntos D y E.

Para valores altos de corriente de compuerta (IG) (ver

punto C), el voltaje de ánodo a cátodo es menor (VC).

Si la IG disminuye, el voltaje ánodo-cátodo aumenta. (ver

el punto B y A, y el voltaje anodo-cátodo VB y VA).

Concluyendo, al disminuir la corriente de compuerta IG, el

voltaje ánodo-cátodo tenderá a aumentar antes de que el

SCR conduzca (se ponga en On, esté activo)

El TRIAC

Control de potencia en corriente alterna (AC)

El Triac es un dispositivo semiconductor que pertenece a la familia de los dispositivos

de control por tiristores. El triac es en esencia la conexión de dos tiristores en paralelo

pero conectados en sentido opuesto y compartiendo la misma compuerta. (ver

imagen).

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

El triac sólo se utiliza en corriente alterna y al igual que el tiristor, se dispara por la compuerta. Como el triac

funciona en corriente alterna, habrá una parte de la onda que será positiva y otra negativa.

La parte positiva de la onda (semiciclo positivo) pasará por el triac siempre y cuando haya habido una señal

de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de arriba hacia abajo (pasará por el tiristor

que apunta hacia abajo), de igual manera:

La parte negativa de la onda (semiciclo negativo) pasará por el triac siempre y cuando haya habido una

señal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de abajo hacia arriba (pasará por el

tiristor que apunta hacia arriba)

Para ambos semiciclos la señal de disparo se obtiene de la misma patilla (la puerta o compuerta).

Lo interesante es, que se puede controlar el momento de disparo de esta patilla y así, controlar el tiempo

que cada tiristor estará en conducción. (recordar que un tiristor sólo conduce cuando ha sido disparada

(activada) la compuerta y entre sus terminales hay un voltaje positivo de un valor mínimo para cada tiristor)

Entonces, si se controla el tiempo que cada tiristor está en conducción, se puede controlar la corriente que

se entrega a una carga y por consiguiente la potencia que consume.

Ejemplo: Una aplicación muy común es el atenuador luminoso de lámparas incandescentes (circuito de

control de fase).

Donde:

- Ven: Voltaje aplicado al circuito (A.C.)

- L: lámpara

- P: potenciómetro

- C: condensador (capacitor)

- R: Resistencia

- T: Triac

- A2: Anodo 2 del Triac

- A3: Anodo 3 del Triac

- G: Gate, puerta o compuerta del Triac

El triac controla el paso de la corriente alterna a la lámpara (carga), pasando continuamente entre los

estados de conducción (cuando la corriente circula por el triac) y el de corte (cuando la corriente no circula)

Si se varía el potenciómetro, se varía el tiempo de carga del

condensador causando que se incremente o reduzca la

diferencia de fase de la tensión de alimentación y la que se

aplica a la compuerta

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Nota: la diferencia de fase o la fase entre dos señales u ondas se define como el ángulo (diferencia de

tiempo) que existe entre los dos orígenes de las mismas.

Dimmer / Control de velocidad de un motor de corriente alterna

Si desea controlar el nivel de iluminación del dormitorio o desea controlar la velocidad de tu taladro o un

ventilador (motores de corriente alterna), este es el circuito que busca.

Muchos de estos circuitos reguladores de potencia tienen un punto de encendido y apagado que no coincide

(a este fenómeno se le llama histéresis), y es común en los TRIACS. Para corregir este defecto se ha

incluido en el circuito las resistencias R1, R2 y C1.

El conjunto R3 y C3 se utiliza para filtrar picos transitorios de alto voltaje que pudieran aparecer. El conjunto

de elementos P (potenciómetro) y C2 son los necesarios mínimos para que el triac sea disparado.

El triac controla el paso de la corriente alterna a la carga conmutando entre los estados de conducción (pasa

corriente) y corte (no pasa corriente) durante los semiciclos negativos y positivos de la señal de alimentación

(110 / 220 voltios.), la señal de corriente alterna que viene por el tomacorrientes de nuestras casas

El triac se disipará cuando el voltaje entre el condensador y el potenciómetro (conectado a la compuerta del

TRIAC) sea el adecuado.

Hay que aclarar que el condensador en un circuito de corriente alterna (como este) tiene su voltaje atrasado

con respecto a la señal original, y cambiando el valor del potenciómetro, se modifica la razón de carga del

condensador, el atraso que tiene y por ende el desfase con la señal alterna original. Esto causa que se

pueda tener control sobre la cantidad de corriente que pasa a la carga y así la potencia que se le aplica.

Lista de componentes:

Resistencias: 2 de 47 KΩ, (kilohmios), 1 de 100Ω,

(ohmios), 1 potenciómetro de 100KΩ (1KΩ = 1

Kilohmio)

Condensadores: 3 de 0.1 uF, ( uF = microfaradios)

Otros: 1 TRIAC (depende de la carga, uno de 2 amperios

para aplicaciones comunes como este dimmer), 1

enchufe para la carga: de uso general, (110 / 220

Voltios)

DIAC (Diode Alternative Current). Diodo de disparo bidireccional

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Control de potencia en corriente alterna (AC)

El DIAC es un diodo de disparo bidireccional, especialmente diseñado para disparar TRIACs y Tiristores (es un dispositivo disparado por tensión). Tiene dos terminales: MT1 y MT2. Ver el diagrama.

El DIAC se comporta como dos diodos zener conectados en serie, pero orientados en formas opuesta. La conducción se da cuando se ha superado el valor de tensión del zener que está

conectado en sentido opuesto.

El DIAC normalmente no conduce, sino que tiene una pequeña corriente de fuga. La conducción aparece cuando la tensión de disparo se alcanza.

Cuando la tensión de disparo se alcanza, la tensión en el DIAC se reduce y entra en conducción dejando pasar la corriente necesaria para el disparo del SCR o TRIAC. Se utiliza principalmente en aplicaciones de control de potencia mediante control de fase.

La curva característica del DIAC se muestra a continuación

En la curva característica se observa que cuando

- +V o - V es menor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como un circuito abierto- +V o - V es mayor que la tensión de disparo, el DIAC se comporta como un cortocircuito

Sus principales características son:- Tensión de disparo- Corriente de disparo- Tensión de simetría (ver grafico anterior)- Tensión de recuperación- Disipación de potencia (Los DIACs se fabrican con capacidad de disipar potencia de 0.5 a 1 watt.)

Optoacoplador:

Diodo LED y Fototransistor

El Optoacoplador es un dispositivo que se compone de un diodo LED y un fototransistor, de manera de que cuando el diodo LED emite luz, ilumine el fototransistor y conduzca.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAEstos dos elementos están acoplados de la forma más eficiente posible.

La corriente de salida IC del optocoplador (corriente de colector del fototransistor) es proporcional a la corriente de entrada IF (corriente en el diodo LED).

La relación entre estas dos corrientes se llama razón de transferencia de corriente (CTR) y depende de la temperatura ambiente.

A mayor temperatura ambiente, la corriente de colector en el fototransistor es mayor para la misma corriente IF (la corriente por el diodo LED)

La entrada (circuito del diodo) y la salida (circuito del fototransistor) están 100% aislados y la impedancia de entrada es muy grande (1013 ohms típico)

El optoacoplador es un dispositivo sensible a la frecuencia y el CTR disminuye al aumentar ésta.

Este elemento puede sustituir a elementos electromecánicos como relés, conmutadores. De esta manera se eliminan los golpes, se mejora la velocidad de conmutación y casi no hay necesidad de mantenimiento.

Otros tipos de optoacopladores

Optoacoplador con fotodiodo Optoacoplador con Darlington

Optoacoplador con fototiristor (SCR) Optoacoplador con TRIAC

Display de 7 segmentos

El displays de 7 segmentos, es un componente que se utiliza para la representación de números en muchos dispositivos electrónicos, y aunque cada vez es más frecuente encontrar LCD´s en estos equipos (debido a su bajísima demanda de energía), todavía hay muchos que utilizan el display de 7 segmentos por su simplicidad.

Este elemento se ensambla o arma de manera que se pueda activar cada segmento (diodo LED) por separado logrando de esta manera combinar los elementos y representar todos los números en el display (del 0 al 9).

El display de 7 segmentos más común es el de color rojo, por su facilidad de visualización.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICACada elemento del display tiene asignado una letra que identifica su posición en el arreglo del display. Ver el gráfico

Si se activan o encienden todos los segmentos se forma el número "8"

Si se activan solo los segmentos: "a,b,c,d,f," se forma el número "0"

Si se activan solo los segmentos: "a,b,g,e,d," se forma el número "2"

Si se activan solo los segmentos: "b,c,f,g," se forma el número "4"

p.d. representa el punto decimal

El display ánodo común

En el display ánodo común, todos los ánodos de los diodos LED unidos y conectados a la fuente de alimentación. En este caso para activar cualquier elemento hay que poner el cátodo del elemento a tierra a través de una resistencia para limitar la corriente que pasa por el elemento

El display cátodo común

El display cátodo común tiene todos los ánodos de los diodos LED unidos y conectados a tierra. Para activar un segmento de estos hay que poner el ánodo del segmento a encender a Vcc (tensión de la fuente) a través de una resistencia para limitar el paso de la corriente

También hay display alfanuméricos que permiten representar tanto letras como números

Optoacopladores

Un problema usual en el control es el de enviar señales desde un circuito de mando con una cierta tensión de referencia (usualmente el chasis del equipo) a semiconductores de potencia cuyos terminales de excitación están a distinto potencial debido a la propia naturaleza del circuito de potencia. El acoplamiento óptico se realiza mediante fibras ópticas en equipos que manejan tensiones de más de 2000 V y con optoacopladores integrados en los equipos con tensiones inferiores. El acoplamiento magnético se realiza con transformadores de impulsos de alta y baja frecuencia.

El acoplamiento óptico y el magnético tienen la ventaja de eliminar los ruidos eléctricos producidos por las corrientes de retorno en los conductores de potencia y la conmutación de dispositivos electrónicos de potencia, permitiendo realizar montajes mucho más seguros que con excitación directa; de manera que a veces se prefieren soluciones de disparo aislado aun en casos donde la excitación directa pueda emplearse. El acoplador de señal no es suficiente cuando la corriente que ha de excitar al semiconductor de potencia es

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAelevada. Casi siempre es necesario disponer con los acopladores ópticos una pequeña fuente aislada y referenciada al terminal principal del semiconductor con objeto de disponer un amplificador adecuado.

Los optoacopladores más empleados en Electrónica de Potencia son el diodo fotoemisor-transistor fotosensible, el diodo fotoemisor-tiristor fotosensible y el diodo fotoemisor-triac fotosensible [Gualda][Mohan]. Suelen presentarse en cápsulas dual-in-line de 6 u 8 patillas.

Figura 4. Circuito de carga resistiva SCR o Triac, cebado por Optoacoplador.

Cuando la carga tiene características inductivas (motores, lámparas fluorescentes, transformadores, etc.) se debe agregar un circuito amortiguador RC entre las terminales del SCR o Triac, para protegerlos de los

cambios bruscos de voltaje (característica

dvdt

). Como se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Relevador estático para encendido de una carga RL.

Desarrollo.

Para el circuito de la figura 6 encontrar la corriente y el voltaje mínimos en la compuerta para disparar los SCR’s proporcionado.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Figura 6. Medición de

imin y vmin

en la compuerta.

Arme el circuito de la Figura 3 y explique su funcionamiento.

Armar el circuito de la figura 7 y explicar su funcionamiento comentar posibles aplicaciones.

Figura 7. Relevador estático con Optoacoplador moc 3011

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICATitulo de la Actividad

USO Y APLICACIÓN DE LOS TIRISTORESActividad No. 11

UNIDAD TEMÁTICA: V y VI Hoja: 1 de: 1

TEMA: SCR y TRIACDURACIÓN: 7 HORAS LUGAR: LABORATORIO

ENTREGARA COMO EVIDENCIA UN CIRCUITO IMPRESO CON LOS COMPONENTES SOLDADOS

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA :

Conocer que son los SCR y los circuitos típicos de control de puertas Conocer que es un Triac y sus características.MATERIAL Y EQUIPO :

PROTOBOARD, FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE, CABLE TELEFONICO A CONSIDERACIÓN, ELEMENTOS ELECTRONICOS DESCRITOS EN LOS DIAGRAMAS ESQUEMATICOS, COMPUTADORA, SOFTWARE CIRCUIT MAKER.

INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA:

HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR:Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores

ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR:Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existente PROCEDIMIENTO:

1.- Realice los circuitos electrónicos del documento anexo en protoboard y compruebe el funcionamiento de los mismos.

2.- Realice el circuito de OPTOACOPLADOR del documento anexo en CIRCUIT MAKER y compruebe el funcionamiento de los mismos.

3.- Realice el diseño del PCB de los circuitos que realizo en Circuit Maker, en el programa Trax Maker.

4.- Entregue el archivo para su revisión al profesor responsable, e imprima el diseño en acetato.

5.- Fabrique el PCB de acuerdo al procedimiento anterior estudiado.

6.- Soldé los componentes del circuito al PCB.

7.- Energiza y compruebe el funcionamiento del circuito, muestre al profesor responsable.

8.- Compruebe la forma de las señales de entrada y salida de los circuitos, por medio del osciloscopio, tanto en los circuitos de protoboard y los realizados en circuit maker y compare los resultados.

9.- Describa el uso y funcionamiento de cada uno de los componentes.

10- Realice sus reportes e integre sus evidencias al portafolio.

*NOTA: UTILICE LOS FORMATOS ANEXOS DESTINADOS PARA VACIAR LA INFORMACIÓN DE LOS CONCEPTOS, CUANDO APLIQUE*

CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales

1.- Escriba la definición de optoacoplador.

2.- Escriba una definición de fototransistor de otra fuente diferente a la anterior y registre la fuente bibliográfica.

3.- Describa la aplicación optoacoplador.

4.- Describa el uso de LA CONMUTACION CON OPTOACOPLADOR.

CONCLUSIONES:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICASelección de elementos electrónicos para aplicaciones específicas

Seleccione el elemento adecuado para la aplicación indicada:

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

CONTROL DE CA POR PUERTO PARALELO

EL PUERTO PARALELO (CONECTOR DB 25)

El puerto paralelo recibe este nombre debido a que envía y recibe datos en forma paralela (al mismo tiempo) 8 bits (1 ó 0), por medio de 8 cables individuales.

Este puerto por lo general está dedicado a conectar impresoras, aunque se pueden conectar en él escanners, otra PC o cualquier otro equipo, es por esto que además de los 8 bits de datos este puerto utiliza 5 señales más que controlan la impresora y 5 que vienen de la misma como se muestra a continuación:

A continuación se describen los pines:

Se utilizan voltajes tipo TTL con señales no balanceadas, por lo que es propenso a recibir ruido y por ende provocar errores.

Si en esta interfaz son utilizados cables comerciales de impresora, su longitud máxima puede ser de 4,5m, si es utilizado un cable especial (tipo blindado) podría alcanzar una

longitud de hasta 15m.

Con la aparición de normas y estándares que definen partes y conexiones de una computadora personal, muchos fabricantes no se apegan a éstas, más aún si nuestra computadora es de las denominadas “armadas”, se podrán tener diferencias de voltajes en nuestro puerto, al no tener un voltaje TTL = 5V.

Podremos medir incluso hasta 3,6V que aún puede ser considerado como un 1 lógico, sin embargo esto nos limitará el largo de nuestro cable ya que en el extremo se puede encontrar un voltaje menor y nuestro circuito lógico al cual estamos controlando lo interpretaría de forma errónea. Si se llega a medir un voltaje inferior de 3,6V, será necesario verificar nuestro puerto si está activado o presenta un error.

Es por esto que es recomendable conectar un cable corto y añadir un circuito buffer como por ejemplo el CI 7407, ya que solo aporta corriente y estabiliza voltajes).

Es necesario tener en cuenta que esta interfaz, como los demás componentes de la computadora son muy delicados, se debe tener mucho cuidado al conectar cualquier cosa en la que se esté experimentando, ya que puede existir un corto circuito y dañar a la interfaz, no exigir mucha corriente tampoco pues este puerto solo puede proporcionar algunos cuantos miliamperes, realizar la conexión mediante optoacopladores como por ejemplo los CIs: 4N30, 4N31, 4N32, 4N33, 4N35, etc., como los de las figuras siguientes. Nunca conectar tierra de la interfaz con tierra del circuito a controlar ya que al existir una falla el retorno de las corrientes será por tierra, llegando al puerto y dañándolo también.

Page 53: Practias de Electronic A Industrial

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

A

continuación se muestra el circuito que conforma nuestro controlador:

Obsérvese que el circuito a controlar y la circuitería del puerto paralelo se encuentran eléctricamente aisladas, aunque ocurra una falla en el circuito de control no afectará al puerto.

60 Hz

V4-350/350V

L1

RLY112VSPDT+V

V312V

Q22N3904

R3330

R2330

+V

V25V

U1OPTOISO

R1330

+V

V15V

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAA continuación se presenta la ecuación para el circuito de salida, siendo el transistor del optoacoplador Q1 y el transistor de potencia Q2:

5Vcc – (330Ù * ICQ1) – VceQ1 – (330 Ù * IeQ1) – 0.7Vcc = 0y12Vcc – Vmotor – VCEQ2 = 0

Recuérdese que:

Ic = â IB

En el circuito IEQ1 = IBQ2

Para simplificar la ecuación se puede considerar que al estar saturados los transistores VCE ˜ 0 y al estar en corte Vce = Vcc

Se presentan algunas mediciones hechas en un circuito semejante al anterior

VCEQ1 = 0,52V SaturadoVCEQ1 = 5.0V Corte

Vcc = 12 V VCEQ2 = 11.42V ICQ2 = 0A Transistor el corteVCEQ2 = 0.07V ICQ2 = 93.9mA Transistor saturado

Tener presente que se recomienda ampliamente colocar un disipador de calor en el transistor de potencia para que no se sobrecaliente y sufrir un daño, más aún si la carga es mayor.

Con el siguiente programa PARMON (MONITOR DE PERTO PARALELO) controlamos el pin

2 (Dato 0) en nuestro puerto.

OPTO TRANSISTOR EE-SX4070

Parmon.exe

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Para hacer una breve descripción de lo que es una radiación infrarroja, imagínate la luz del sol, pues esta contiene todas las bandas de colores con las cuales se compone la luz blanca (conocido como espectro de emisión de luz), ahora, en los extremos del espectro se encuentra la radiación infrarroja (IR) y la ultravioleta (UV), ambas son imposibles de ver, es decir son invisibles, pero están presentes y nosotros las vamos a poner en evidencia...

En microbótica tanto como en robótica, se hace uso de este tipo de emisión de luz (en especial la infrarroja) con la

intensión de detectar obstáculos sin que uno de nuestros modelos tome contacto físico con el mismo. En algunos casos una vez establecida la comunicación entre emisor y receptor, es posible realizar una transmisión de datos, sino imagínate... como hago para aumentar el volúmen de mi TV, cambiar de canal, aumentar el brillo, quitarle el color..., etc., etc., y todo con un sólo emisor de IR...???

Ahora que ya disponemos de todos los materiales, podemos comenzar con nuestro primer circuito de prueba, que es el de un simple receptor, aquí tienes el esquema del circuito...

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Titulo de la Actividad

EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL Y SUS FUNCIONESActividad No. 12

UNIDAD TEMÁTICA: Hoja: 1 de: 1TEMA: EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL Y SUS FUNCIONES

DURACIÓN: 0 HORAS LUGAR: LABORATORIO

ENTREGARA COMO EVIDENCIA UN CIRCUITO IMPRESO CON LOS COMPONENTES SOLDADOS

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA :

EL ALUMNO COMPRENDERA DIFERENTES APLICACIONES DE LOS OPAM EN CIRCUITOS DE APLICACIÓN.

MATERIAL Y EQUIPO :

PROTOBOARD, FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE, CABLE TELEFONICO A CONSIDERACIÓN, ELEMENTOS ELECTRONICOS DESCRITOS EN LOS DIAGRAMAS ESQUEMATICOS, COMPUTADORA, SOFTWARE CIRCUIT MAKER.

INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA:

HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR:Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores

ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR:Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existente PROCEDIMIENTO:

1.- Realice los circuitos electrónicos del documento anexo en protoboard y compruebe el funcionamiento de los mismos.

2.- Realice un circuito de OPAM del documento anexo en CIRCUIT MAKER y compruebe el funcionamiento de los mismos.

3.- Realice el diseño del PCB de cada uno de los circuitos que realizo en Circuit Maker, en el programa Trax Maker.

4.- Entregue el archivo para su revisión al profesor responsable, e imprima el diseño en acetato.

5.- Fabrique el PCB de acuerdo al procedimiento anterior estudiado.

6.- Solde los componentes del circuito al PCB.

7.- Energize y compruebe el funcionamiento del circuito, muestre al profesor responsable.

8.- Compruebe la forma de las señales de entrada y salida de los circuitos, por medio del osciloscopio, tanto en los circuitos de protoboard y los realizados en circuit maker y compare los resutados.

9.- Describa el uso y funcionamiento de cada uno de los componentes.

10- Realice sus reportes e integre sus evidencias al portafolio.

*NOTA: UTILICE LOS FORMATOS ANEXOS DESTINADOS PARA VACIAR LA INFORMACIÓN DE LOS CONCEPTOS, CUANDO APLIQUE*

CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales

1.- Escriba la definición DEL OPAM.

2.- Escriba una definición de OPAM de otra fuente diferente a la anterior y registre la fuente bibliográfica.

3.- Describa la aplicación DEL OPAM.

4.- Describa el uso DEL OPAM.

CONCLUSIONES:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Selección de elementos electrónicos para aplicaciones específicas

Seleccione el elemento adecuado para la aplicación indicada:

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:Características: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

Aplicación Descripción

Elemento Marca: Modelo:

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICACaracterísticas: (Describa la operación, medición y comprobación de manera gráfica y escrita)

El símbolo de un A.O. es el mostrado en la siguiente figura:

Los terminales son:

V+: entrada no inversora V-: entrada inversora VOUT: salida VS+: alimentación positiva VS-: alimentación negativa

Las patillas de alimentación pueden recibir diferentes nombres, por ejemplo en

los A.O. basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para los basados en BJT

son VCC y VEE.

Normalmente los pines de alimentación son omitidos en los diagramas eléctricos por claridad.

Comportamiento en continua (DC)Lazo abierto

Si no existe realimentación la salida del A.O. será la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Este

factor suele ser del orden de 100.000 (que se considerará infinito en calculos con el componente ideal). Por lo

tanto si la diferencia entre las dos tensiones es de 1mV la salida debería ser 100V. Debido a la limitación que

supone no poder entregar más tensión de la que hay en la alimentación, el A.O. estará saturado, si la tensión

más alta es la aplicada a la patilla + la salida será la que corresponde a la alimentación VS+, mientras que si la

tensión más alta es la de la patilla - la salida será la alimentación VS-.

Lazo cerrado

Se conoce como lazo a la realimentación en un circuito. Aquí se supondrá realimentación negativa. Para

conocer el funcionamiento de esta configuración se parte de las tensiones en las dos entradas exactamente

iguales, se supone que la tensión en la patilla + sube y, por tanto, la tensión en la salida también se eleva.

Como existe la realimentación entre la salida y la patilla -, la tensión en esta patilla también se eleva, por tanto

la diferencia entre las dos entradas se reduce, disminuyéndose también la salida. Este proceso pronto se

estabiliza y se tiene que la salida es la necesaria para mantener las dos entradas, idealmente, con el mismo

valor.

Siempre que hay realimentación negativa se aplican estas dos aproximaciones para analizar el circuito:

V+ = V- I+ = I- = 0

Comportamiento en alterna (AC)

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

En principio la ganancia calculada para continua puede ser aplicada para alterna, pero a partir de ciertas

frecuencias aparecen limitaciones. (Ver sección de limitaciones)

Análisis

Para analizar un circuito en el que haya A.O. puede usarse cualquier método, pero uno habitual es:

1. Comprobar si tiene realimentación negativa 2. Si tiene realimentación negativa se pueden aplicar las reglas del apartado anterior 3. Definir la corrientes en cada una de las ramas del circuito 4. Aplicar el método de los nudos en todos los nodos del circuito excepto en los de salida de los

amplificadores (porque en principio no se puede saber la corriente que sale de ellos) 5. Aplicando las reglas del apartado 2 resolver las ecuaciones para despejar la tensión en los nodos

donde no se conozca

ConfiguracionesComparador

Esta es una aplicación sin la realimentación. Compara entre las dos entradas y saca una salida en función de qué entrada sea mayor. Se puede usar para adaptar niveles lógicos.

Seguidor

Se usa como un buffer, para eliminar efectos de carga o para adaptar impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja impedancia y viceversa)

Como la tensión en las dos patillas de entradas es igual: Vout = Vin Zin = ∞

Inversor

El análisis de este circuito es el siguiente:

o V+ = V- = 0

o Definiendo corrientes: y de aquí se despeja

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

o Para el resto de circuitos el análisis es similar. Zin = Rin

No inversor

Zin = ∞

Sumador

La salida está invertida Para resistencias independientes R1, R2, ... Rn

o La expresión se simplifica mucho si se usan resistencias del mismo valor Impedancias de entrada: Zn = Rn

Restador

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAPara resistencias independientes R1,R2,R3,R4:

o

Igual que antes esta expresión puede simplificarse con resistencias iguales La impedancia diferencial entre dos entradas es Zin = R1 + R2

Integrador

Integra e invierte la señal (Vin y Vout son funciones dependientes del

tiempo)

o Vinicial es la tensión de salida en el origen de tiempos (t = 0) Este circuito también se usa como filtro

Derivador

Deriva e invierte la señal respecto al tiempo

Este circuito también se usa como filtro

Otros

Osciladores, como el puente de Wien Convertidores carga-tensión Convertidores corriente-tensión

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA Filtros activos Girador (simula un inductor)

Aplicaciones

Calculadoras analógicas Filtros Preamplificadores y buffers de audio y video Reguladores Conversores Evitar el efecto de carga Adaptadores de niveles (por ejemplo CMOS y TTL)

Estructura

Aunque es usual presentar al A.O. como una caja negra con características ideales es importante entender la

forma en que funciona, de esta forma se podrá entender mejor las limitaciones que presenta.

Los diseños varían entre cada

fabricante y cada producto, pero

todos los A.O. tienen

básicamente la misma estructura

interna, que consiste en tres

etapas:

1. Amplificador diferencial : es la etapa de entrada que proporciona una baja amplificación del ruido y gran impedancia de entrada. Suelen tener una salida diferencial.

2. Amplificador de tensión: proporciona una ganancia de tensión.

3. Amplificador de salida: proporciona la capacidad de suministrar la corriente necesaria, tiene una baja impedancia de salida y, usualmente, protección frente a cortocircuitos.

En el diagrama se destaca en azul el amplificador diferencial. Éste es el responsable de que las corrientes de

entrada no sean cero, pero si muy bajas respecto a las de los colectores (Nótese como a pesar de aproximar

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

las corrientes de entrada a 0, si éstas realmente fueran 0 el circuito no funcionaría). La impedancia de entrada

es de unos 2MΩ.

Las etapas en rojo son espejos de corriente. El superior de la izquierda sirve para poder soportar grandes

tensiones en modo común en la entrada. El superior de la derecha proporciona una corriente a la circuitería de

salida para mantener la tensión. El inferior tiene una baja corriente de colector debido a las resistencias de 5kΩ.

Se usa como conexión de gran impedancia a la alimentación negativa para poder tener una tensión de

referencia sin que haya efecto de carga en el circuito de entrada.

Los pines llamados Offset null son usados para eliminar las tensiones de offset que pueda haber en el circuito.

La etapa de ganancia en tensión es NPN.

La sección verde es un desplazador de tensión. Esto proporciona una caída de tensión constante sin importar la

alimentación. En el ejemplo 1V. Esto sirve para prevenir la distorsión.

El condensador se usa como parte de un filtro paso bajo para reducir la frecuencia y prevenir que el A.O oscile.

La salida en azul claro es un amplificador PNP seguidor con emisor push-pull. El rango de la tensión de salida

es de un voltio menos a la alimentación, la tensión colector-emisor de los transistores de salida nunca puede ser

totalmente cero. Las resistencias de salida hacen que la corriente de salida esté limitada a unos 25mA. La

resistencia de salida no es cero, pero con realimentación negativa se aproxima.

Detector de temperatura ajustable

Inicialmente polarizamos la entrada del comparador con un voltaje dado por la relación entre la resistencia R1, R2 y R6 la cual es la NTC cuyas propiedades dependientes de la temperatura aprovecharemos con el fin de usarla como sensor.

Procedemos a calibrar el comparador con el control de ajuste de 50K a temperatura ambiente. Este aplica un voltaje que servirá para fijar la temperatura a la que queremos que funcione el equipo. Moveremos el control hasta que quede en un punto umbral para saber la referencia o posición a temperatura ambiente.

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Amplificador para fotodiodo, convertidor corriente a tensión

Un amplificador de alta eficiencia para un fotodiodo es muchas veces indispensable. Si se toma en cuenta que

la corriente que entrega el fotodiodo es muy pequeña, poder amplificar la señal que este recibe es de gran

utilidad.

Aunque se pueden utilizar un gran número de amplificadores operacionales diferentes para realizar esta

amplificación, se utiliza en este caso un LM308, debido a que tiene una excelente ganancia, es más inmune al

ruido que otros operacionales y su respuesta de frecuencia es mejor (Hay que tomar en cuenta que la

ganancia de un amplificador operacional disminuye al aumentar la frecuencia).

Este circuito está diseñado para recibir pulsos de luz. Si se desea que este

amplificador se utilice como detector de luz hay que retirar el condensador

C1 y el fotodiodo debe de conectarse directamente a la entrada no

inversora (símbolo negativo - ) del amplificador operacional (patita 2).

Este circuito es muy sensible y funciona muy bien como receptor de de

señales de luz.

El amplificador esta configurado como un amplificador inversor. Esto

significa que la forma de onda de la salida es opuesta a la de la entrada (está desfasada 180°). La ganancia

del amplificador se puede controlar con ayuda del potenciómetro R2

Otra manera de observar este circuito es como convertidor de corriente (corriente del fotodiodo) a tensión

(salida del amplificador operacional). El voltaje de salida es el producto de la corriente del fotodiodo por la

resistencia R1

El capacitor C2 se utiliza en el LM308 para mejorar su respuesta de frecuencia.

Este circuito puede funcionar también con el amplificador operacional 741C (más barato), pero la ganancia y

la respuesta de frecuencia es menor. En este caso el capacitor C2 no es necesario

El voltaje de alimentación puede estar entre los 6 y 15 Voltios

Notas:

- Los números en negro en el gráfico del amplificador indican el # de pin (patita) en el circuito integrado.

- capacitor = condensador

Lista de componentes

Semiconductores: 1 LM308T o 741C, 1 fotodiodo común

Resistencias: 1 de 1 Mohmio (Megaohm), 1 potenciómetro de 1 Megaohm

Condensadores: 1 de 0.01 uF (microfaradios) (C1), 1 de 100 pF (picofaradios) (C2)

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Titulo de la Práctica1.- LEAMOS LA CIENCIA PARA TODOS (PARTICIPACIÓN FONDO DE CULTURA ECONOMICA)

PRÁCTICA No. 13

UNIDAD TEMÁTICA: III Hoja: 1 de: 1

TEMA: APLICACIÓN Y USO DE LA ELECTRONICA INDUSTRIAL

DURACIÓN: 0 HORAS LUGAR: LABORATORIO

ENTREGAR REPORTE EN LIBRETA, ARCHIVO ELECTRONICO Y PROTOTIPO

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA :

Conocer las ventajas del uso circuitos secuenciales y de memoria; electrónicos y las condiciones en las que es conveniente aplicarlos en la electrónica digital.MATERIAL Y EQUIPO :

ComputadoraLibros fondo de cultura económicaDiversos elementos, equipos y componentes eléctricos y electrónicosEquipos de instrumentación varios (osciloscopio, multímetro, etc.) INSTRUCCIONES Y/O RECOMENDACIONES DE LA PRÁCTICA:

HABILIDADES GENERALES A DESARROLLAR:Desarrollar habilidad de diseños básicos y utilización de los principios de funcionamiento de los dispositivos semiconductores

ACTITUDES GENERALES A DESARROLLAR:Proporcionar las herramientas teórico-practicas para usar y diseñar sistemas de medición y procesamiento de señales, en el rediseño de equipos o en el mantenimiento del existentePROCEDIMIENTO:

1. REALICE UNA FOTOCOPIA INDIVIDUAL DE LAS PAGINAS 306 A 362, DEL libro “MECATRONICA, DE W. BOLTON, EDITORIAL ALFAOMEGA”.

2. DEL DOCUMENTO FOTOCOPIADO REALICE UN RESUMEN, SUBRAYANDO CON MARCATEXTO LOS ENUNCIADOS PERTINENTES.

3. SELECCIONE UNA APLICACIÓN DE CONTROL Y/O MANIPULACIÓN A PARTIR DE UNA NECESIDAD OBSERVADA.4. DE ACUERDO A LOS CONCEPTOS DEL APARTADO DE MEMORIAS REALICE UNA BUSQUEDA DE INTERNET DE

IMÁGENES Y EJEMPLOS DE APLICACIÓN DE CADA UNA DE ELLAS.5. CON APOYO DEL DOCUMENTO REALICE UNA SINTESIS DEL MISMO EN SU LIBRETA.6. EVALUE SU APLICACIÓN Y DETERMINE SI CONTINUA CON EL PROYECTO SELECCIONADO, SI NO ES ASI,

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INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAESTABLEZCA EL NUEVO PROYECTO, EL CUAL NO PODRA CAMBIAR HASTA EL FINAL DEL CUATRIMESTRE.

7. REALICE UN ENSAYO ACERCA DE SU APLICACIÓN COMO PROYECTO DE VIDA, INCLUYENDO EL DESARROLLO DEL MISMO COMO ANALOGIA DE SU DESARROLLO PERSONAL.

8. UNA VEZ SELECCIONADO Y REAFIRMADO SU PROYECTO DE APLICACIÓN, SELECCIONE UN LIBRO DE FONDO DE CULTURA ECONOMICA EN BIBLIOTECA, QUE CONTENGA UN TEMA RELACIONADO CON SU PROYECTO.

9. ENTREGUE LAS EVIDENCIAS AL RESPONSABLE DE LA MATERIA.10. TENGA EN CUENTA QUE DEBE DE LLEVAR A CABO EL PROYECTO COMO PARTE DE LAS ACTIVIDADES DE LA

UNIDAD II Y III DE LA MATEIRA, POR LO CUAL DEBE SER UN PROYECTO CON ALTA VIABILIDAD.

CUESTIONARIO: Conceptos fundamentales

1.- Escriba la definición de LOGICA SECUENCIAL2.- Escriba una definición de LOGICA SECUENCIAL de otra fuente diferente a la anterior y registre la fuente bibliográfica.

CONCLUSIONES: