Practicas laboratorio de circuitos eléctricos aplicados en circuitos lógicos
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE FÍSICA “PRACTICAS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA APLICADOS EN CIRCUITOS LÓGICOS” INFORME FINAL PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: LICENCIADO EN FÍSICA AUTOR: BR. ELVIS VEN HERMES MALABER ASESOR: DR. ARISTIDES TAVARA APONTE 0
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Propuesta pedagógica para los docentes de educación secundaria,en el curso de Razonamiento Lógico. Aplicación de conceptos físicos en la secundaria.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICASESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE FÍSICA
“PRACTICAS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE
CORRIENTE CONTINUA APLICADOS EN
CIRCUITOS LÓGICOS”
INFORME FINAL PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
LICENCIADO EN FÍSICA
AUTOR:
BR. ELVIS VEN HERMES MALABER
ASESOR:
DR. ARISTIDES TAVARA APONTE
TRUJILLO-PERÚ
2011
Abstract
0
The present research is a methodological and practical contributions in teaching and
learning of logic circuits using electrical circuits for demonstration in a real way. This
work is aimed at students in 3rd, 4th and 5th grade school, in the course of logical
reasoning, and innovative ideas for your science fair.
From experience gained in the classrooms of educational institutions, high school
student often seen during the Logical Reasoning, as a course repetitive and boring,
and not 100% understood the meaning of the lessons taught by the teacher. For this
reason, I have raised this issue before implementing some practical circuits in which
the demonstration was developed the theory in practice.
In the development of the labs, students directly observe the effect of current in the
circuit that he built in his classroom - laboratory and compared with the theory works,
obtaining results that serve to present their final conclusions.
It was verified experimentally, the truth table for disjunction and conjunction
operations propositions.
Type circuits were also serial, parallel and series-parallel, as part of the application
circuitry.
The result of this experiment was able to motivate students in understanding and
application of logic, as well as physics, increasing by 50% academic performance,
awakened their interest in continuing to experiment and develop their curiosity more
questions formulated who want to respond. We could say while learning logic and
physics without the preconception that these courses are very complicated, on the
contrary are motivated to want to apply their knowledge to other problems. Learning
how to play which is one of modern techniques for the teaching of physics and
mathematics.
Keywords: logic circuit, electric circuit, direct current (DC)
1
RESUMEN
El presente trabajo de investigación es un aporte metodológico y practico en la
enseñanza-aprendizaje de los Circuitos Lógicos, utilizando circuitos eléctricos para
su demostración en forma real. Este trabajo está orientado a los estudiantes de 3ro,
4to y 5to grado de secundaria, en el curso de Razonamiento Lógico, y para ideas de
innovación de su feria de ciencias.
Por la experiencia obtenida en las aulas de instituciones educativas, el estudiante
de secundaria muchas veces percibe el curso de Razonamiento Lógico, como un
curso repetitivo y aburrido, y no entiende al 100% el sentido de las enseñanzas
impartidas por el docente. Por esta razón, ante esta problemática he planteado
implementar algunas prácticas de circuitos eléctricos, en las cuales se desarrolló la
demostración de la teoría en la práctica.
En el desarrollo de las prácticas de laboratorio, el estudiante observa directamente
el efecto de la corriente continua en el circuito que él construyo en su aula -
laboratorio, y lo trabaja comparándolo con la teoría, obteniendo resultados que
sirven para plantear sus conclusiones finales.
Se verificó experimentalmente, la tabla de verdad para la disyunción y conjunción de
operaciones de proposiciones.
También se realizaron circuitos tipo serie, paralelo y serie-paralelo, como parte de la
aplicación de circuitos eléctricos.
El resultado de este experimento logró motivar a los estudiantes en la comprensión
y aplicación de la Lógica, así como de la Física, incrementando en un 50% su
rendimiento académico; despertando en ellos su interés en continuar
experimentando y desarrollando su curiosidad; formulándose más interrogantes que
quieren responder. Podríamos decir que aprenden al mismo tiempo Lógica y Física,
sin el prejuicio de que estos cursos son muy complicados, por el contrario se
motivan a querer aplicar sus conocimientos a otros tipos de problemas. Aprendiendo
como jugando la cual es una de las técnicas modernas para la didáctica de la Física
y la Matemática.
Palabras claves: circuito lógico, circuito eléctrico, corriente continua.
2
INTRODUCCIÓN
En la actualidad en el Perú la enseñanza-aprendizaje de las materias tanto de la
matemática como la física en el nivel secundario esta en un nivel muy bajo, según
el Informe PISA (2009). Ante esta situación necesitamos nuevas propuestas para la
enseñanza aprendizaje en especial de las ciencias.
La región La libertad también adolece de esta situación, del bajo rendimiento en el
aprendizaje, esto es pues quizás debido a muchos factores como son la falta de una
óptima infraestructura de las instituciones educativas, la no implementación de
laboratorios, la falta de capacitación de los profesores, el poco presupuesto que da
el gobierno central en educación, etc. Todo esto origina que en nuestra región
también tengamos bajos índices de aprendizaje, que se ven reflejados en los
estudiantes ingresantes a la universidad.
En nuestra ciudad de Trujillo, particularmente el Centro Poblado de Miramar (Alto
Moche) en la Institución Educativa Nuestra Señora de Guadalupe se viene
trabajando con los estudiantes del nivel secundario en nuevos métodos de
enseñanza, despertando en ellos su interés en las ciencias en particular de la Física
proponiendo para ello algunas propuestas de prácticas de laboratorio de circuitos
eléctricos aplicados en la circuitos lógicos para el curso de Razonamiento Lógico y
Ciencia Tecnología y Ambiente.
3
INDICE
Pág.
ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
El átomo y sus partículas 5
Materiales conductores aislantes y semiconductores 5
Resistencia. Corriente eléctrica. Diferencia de potencial 5
Circuito eléctrico, Elementos del circuito eléctrico, Ley de Ohm 9
Circuitos básicos (serie, paralelo y mixto) 11
Simbología normalizada en Electricidad 16
Símbolos y componentes usados en Electrónica Básica 17
Herramientas en Electrónica 21
CIRCUITOS LÓGICOS
Elementos: Interruptor o Conmutador 26
Clases de Circuitos Lógicos 26
EXPERIMENTACIÓN
Materiales y Método 29
Procedimiento experimental 30
Conclusiones 33
Referencias Bibliográficas 34
Anexos 35
4
FUNDAMENTO TEORICO
ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
1. El átomo y sus partículas.
La materia está constituida por moléculas y éstas a su vez por átomos.
El átomo, está formado por un núcleo y una corteza. En el núcleo se encuentran
los protones y neutrones, mientras que en la corteza se encuentran los
electrones, girando alrededor del núcleo en distintas órbitas.[3]
Gráfica 01. Partículas de un átomo
Los protones poseen carga eléctrica positiva y masa. Los neutrones no poseen
carga, su función es la de mantener unidos a los protones entre sí, y también
poseen masa. Los electrones tienen carga eléctrica negativa, del mismo valor que
la del protón, su masa es muy inferior a la del protón o neutrón, por lo que la
consideraremos despreciable.
Un átomo se considera eléctricamente neutro cuando tiene el mismo número de
protones que de electrones.
La masa del átomo, es la suma de las masas de protones y neutrones.
2. Materiales conductores, aislantes y semiconductores.
Las propiedades del átomo dependen de cómo están distribuidos sus electrones
en la corteza. Aquellos que tienen pocos electrones en su última capa y está
incompleta, los pueden perder con facilidad, quedando así cargados
positivamente (+). Estos átomos reciben el nombre de metales.
5
Gráfica 02. Átomo de Mg2+
Los átomos a los que les faltan pocos electrones para completar su última capa,
los ganan con facilidad, quedando cargados negativamente (-). Son los no
metales.
Gráfica 03. Átomo de F
Si tienen completa la última capa, se quedan como están y quedarán neutros.
Estos son los gases nobles o inertes.
Cuando los átomos metálicos se unen entre si los electrones de su última capa
circulan por la estructura con gran libertad, y por ello se les conoce como
conductores.
Gráfica 04. Red cristalina de un metal
6
Cuando un material no permite la circulación de los electrones entre sus átomos,
se le conoce como aislante.
Existen un grupo especial de materiales (Silicio y Germanio) que en determinadas
circunstancias permiten la circulación de sus electrones y en otras no, se les
conoce como semiconductores.
3. Resistencia. Corriente eléctrica. Diferencia de potencial.
La resistividad (ρ ) es una propiedad intrínseca de cada material, cada material
tiene la suya, indica la dificultad que encuentran los electrones a su paso.
Tabla 01. Resistividad de algunos materiales
La resistencia al paso de electrones de un objeto depende de la resistividad de
dicho material y de la forma que tiene. La resistencia se puede medir y calcular.
La fórmula que calcula la resistencia de una barra o de un hilo es: R = ρ LS
Donde:
R es el valor de la resistencia en ohmios (Ω)
ρ es la resistividad del materia (Ω . mm2/m )
L la longitud del elemento.
S la sección del elemento.
7
Se define la corriente eléctrica como el paso ordenado de electrones a través de
un conductor.
Gráfica 05. Corriente de electrones a través un conductor
De manera que estos electrones pasan de un átomo al siguiente y así
sucesivamente avanzando muy poco pero lo hacen muy rápidamente.
La cantidad de carga que circula por un conductor en un segundo se denomina
Intensidad de Corriente o Corriente eléctrica. Se representa por la letra I y su
unidad es el Amperio (A).
Para que los electrones realicen este movimiento ordenado debe existir una
fuerza que los impulse, a esta fuerza se le llama Diferencia de Potencial o
Fuerza Electromotriz. Esto lo podemos conseguir conectando cargas de distinto
signo en los extremos del conductor.
Gráfica 06. Fuerza electromotriz que impulsa la corriente de electrones a través un
conductor
En la práctica se puede conseguir con una pila, con una batería o conectándolo a
la red eléctrica.
Gráfica 07. Obtención de la Fuerza electromotriz de una pila
8
La diferencia de potencial (voltaje) se representa por la letra V y su unidad es el
Voltio (V).
Observación:
Aunque son los electrones los que circulan del polo negativo Θ al positivo ⊕,
siempre se ha considerado la circulación de la corriente desde el polo positivo ⊕
hasta el polo negativo Θ.
4. Circuito eléctrico, Elementos del circuito eléctrico, Ley de Ohm.
Un circuito eléctrico es todo conjunto de elementos conectados entre sí, por los
que circula corriente eléctrica.
Como mínimo debe estar compuesto de dos componentes:
Generador: Es el encargado de crear la diferencia de potencial para que circulen
los electrones.
Conductor: Es el material a través del cual pasarán los electrones.
Gráfica 08. Cortocircuito, no deseable
Este tipo de circuito no es útil, sino justo lo contrario, puede incluso causar una
desgracia ya que las altas corrientes que circulan por el conductor pueden llegar a
derretirlo y generar un fuego. A este circuito se le conoce como cortocircuito.
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El circuito básico útil es aquel que además incluye un receptor, y un elemento de
control o maniobra.
Receptor: Es el encargado de transformar la corriente eléctrica en otro tipo de
energía. Por ejemplo, una bombilla ( o un diodo LED) la transforma en luz.
Elemento de control: Se encarga de permitir o interrumpir el paso de electrones.
Un interruptor es uno de ellos. Cuando interrumpimos el circuito los electrones
que parten del polo negativo del generador no pueden circular hasta el polo
positivo y por lo tanto no hay circulación de corriente.
Gráfica 09. Circuito básico
Adicionalmente se puede incluir un elemento de protección.
Elemento de Protección: Se trata de un elemento que interrumpe el paso de
electrones en caso de cortocircuito, por ejemplo un cortacircuito fusible. Un
cortacircuito fusible se destruye cuando se produce un cortocircuito.
10
Gráfica 10. Circuito básico con elemento de protección
El científico George Simon Ohm, relacionó la intensidad de corriente, la diferencia
de potencial y la resistencia, enunciando la ley de Ohm de la forma siguiente:
En un conductor, en el que tenemos aplicada una diferencia de potencial de 1
Voltio y su resistencia es de 1 Ohmio la intensidad de corriente que lo atraviesa
será de 1 Amperio.
I=VR
Esta ley se cumple siempre en todos los elementos sometidos a diferencia de
potencial y por los que circula intensidad de corriente.
5. Circuitos básicos (serie, paralelo y mixto).
Un circuito serie, es aquel que tiene conectados sus receptores uno a
continuación del otro. Por ejemplo, estas bombillas están conectadas en serie.
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Gráfica 11. Circuito Serie
Observaciones:
Se puede observar que al repartirse la tensión entre las bombillas esto se refleja
con una disminución de la luminosidad de cada una de ellas.
Otra observación interesante de este circuito es que si se rompe una de las
bombillas, se interrumpe el circuito y deja de lucir la otra bombilla.
El circuito serie se caracteriza por:
La resistencia total del circuito es la suma de las resistencias que lo componen.
RT = R1 + R2
La corriente que circula es la misma por todos los elementos.
IT = I1 = I2
La fuerza electromotriz generada por el generador se reparte entre los distintos
elementos.
V = V1 +V2
Un circuito paralelo, es aquel que tiene conectados los terminales de sus
receptores unidos entre sí.
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Por ejemplo, estas bombillas están conectadas en paralelo.
Gráfica 12. Circuito Paralelo
Observaciones:
Se puede observar que la tensión en las bombillas es la misma y esto se refleja
con la misma luminosidad que si estuviesen solas cada una de ellas.
Otra observación interesante de este circuito es que aunque se rompa una de las
bombillas, no afecta a la otra y sigue luciendo con normalidad.
Los elementos de nuestras viviendas están conectados en paralelo.
El circuito paralelo se caracteriza por:
La inversa de la resistencia total del circuito es la suma de las inversas
de las resistencias que lo componen.
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1RT
= 1R1
+ 1R2
Otra forma de expresar la resistencia total cuando son dos los elementos es:
1RT
=R1 ∙ R2
R1+R2
La corriente total que sale del generador se reparte por todos los elementos.
IT = I1 + I2
La fuerza electromotriz generada por el generador llega por igual a todos los
elementos.
V = V1 = V2
Un circuito mixto (Serie - Paralelo), es aquel que tiene elementos en paralelo y
en serie.
Por ejemplo, las bombillas 2 y 3 están conectadas en paralelo y a la vez las dos
en serie con la 1.
Este circuito tiene propiedades de los dos circuitos serie y paralelo.
Gráfica 13. Circuito mixto
14
Este circuito aglutina las características de los dos circuitos, por lo que se tiene
que resolver poco a poco por partes, en primer lugar se resuelven los elementos
que están en paralelo, y luego los que están en serie. Las bombillas 2 y 3 están
en paralelo luego tendremos:
Las bombillas 2 y 3 se caracterizan por:
La resistencia total de las bombillas 2 y 3 será:
RP=R2 ∙ R3
R2+R3
La corriente total que circula por las dos bombillas es:
IP = I2 + I3
La diferencia de potencia en las dos bombillas será la misma.
VP = V1 =V2
Gráfica 14. Circuito con resistencia equivalente del paralelo RP
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La bombilla 1 está en serie con la resistencia equivalente del paralelo de las
bombillas 2 y 3.
El circuito Mixto: Serie – Paralelo, se caracteriza por:
La resistencia total del circuito es la suma de las resistencias que lo componen.
RT = R1 + RP
La corriente que circula es la misma por los dos elementos.
IT = I1 = IP
La fuerza electromotriz generada por el generador se reparte entre los distintos
elementos.
Simbología normalizada en Electricidad
A continuación pueden verse algunos de los símbolos normalizados utilizados en
electricidad:
Tabla 02. Símbolos usados en Electricidad
Símbolo Descripción
Corriente continua
Corriente alterna
Conductor
Fusible
Punto de Unión
Terminal
Pila o acumulador, el trazo largo indica el positivo
Resistencia
Interruptor normalmente abierto (NA). Cualquiera de
los dos símbolos es válido
Conmutador
Conmutador con posicionamiento intermedio de
corte
Pulsador normalmente cerrado
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Pulsador normalmente abierto
Motor de corriente continua
Bobina de relé, símbolo general. Cualquiera de los
dos símbolos es válido.
Timbre, Zumbador
Lámpara, símbolo general
SÍMBOLOS Y COMPONENTES USADOS EN ELECTRÓNICA BÁSICA
En esta sección estudiaremos algunos símbolos y componentes usados en
electrónica.. Aquí, una breve descripción...
Cruce de conductores
Unión de conductores
Batería
Polo negativo o masa
Aunque parezcan sencillos estos símbolos, esto servirá de mucho cuando recién
nos iniciamos en la electrónica. De ahora en más cada símbolo irá acompañado
del aspecto real del componente.
a) Interruptor. No necesita descripción, de todos modos aprende a utilizarlo.
Existen diferentes tipos de interruptores, dependiendo para su uso. Otra de las
formas de simbolizar un interruptor es la siguiente:
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b) Transformador. Otro accesorio. Sólo es un bobinado de cobre, por ahora,
nos quedamos con que nos permite disminuir la tensión, en nuestro caso de 220
Volt a 5V, 12V, 24V, etc.
c) LED. (Diodo Emisor de Luz), los hay rojos, verdes, azules, amarillos,
también infrarrojos, láser y otros. Sus terminales son ánodo (terminal largo) y
cátodo (terminal corto).
d) Diodo. Al igual que los LED's sus terminales son ánodo y cátodo (este
último, identificado con una banda en uno de sus lados), a diferencia de los LED's
éstos no emiten luz.
e) Resistencias o Resistores. Presentan una cierta resistencia al paso de la
corriente, sus valores están dados en Ohmios, según un Código de colores.
f) Potenciómetros. Son resistencias variables, en su interior tienen una pista
de carbón y un cursor que la recorre. Según la posición del cursor el valor de la
resistencia de este componente cambiará.
18
g) Fotocelda. También llamada LDR. Una fotocelda es un resistor sensible a
la luz que incide en ella. A mayor luz menor resistencia, a menor luz mayor
resistencia.
h) Capacitor de cerámica. Estos son componentes que pueden almacenar
pequeñas cargas eléctricas, su valor se expresa en picofaradios o nanofaradios,
según un código establecido (Ver capítulo 11), no distingue sus terminales por lo
que no interesa de qué lado se conectan. a94181b
i) Condensador ó Capacitor electrolítico. Estos almacenan más energía
que los anteriores, eso sí, se debe respetar la polaridad de sus terminales. El más
corto es el negativo. o bien, podrás identificarlo por el signo en el cuerpo de
componente.
j) Transistores. Básicamente un transistor puede controlar una corriente
muy grande a partir de una muy pequeña. Muy común en los amplificadores de
audio. En general son del tipo NPN y PNP, ¿qué es eso? No desesperes que
pronto se aclararán tus dudas. Sus terminales son: Colector, Base y Emisor.
19
k) SCR o TIC 106. Son llaves electrónicas, y se activan mediante un pulso
positivo en el terminal G. muy común en sistemas de alarma.
Sus terminales son Ánodo, Cátodo y Gatillo.
l) Circuitos Integrados (IC). Un Circuito Integrado (IC) contiene en su
interior una gran variedad de componentes en miniatura. Según el IC. de que se
trate tendrá distintas funciones o aplicaciones, pueden ser amplificadores,
contadores, multiplexores, codificadores, flip-flop, etc. Sus terminales se cuentan
en sentido opuesto al giro de las agujas del reloj tomando un punto de referencia.
m) Relé. Básicamente es un dispositivo de potencia, dispone de un
electro-imán que actúa como intermediario para activar un interruptor, siendo este
último totalmente independiente del electroimán. Menuda lista, ¿no? Habrá más
componentes en este tutorial; por ahora sólo éstos.
20
HERRAMIENTAS EN ELECTRÓNICA
En esta sección mencionaremos solo un par de las principales herramientas de
electrónica.
Placa de pruebas (PROTOBOARD)
Una de las herramientas que utilizaremos de tiempo completo será la placa de
pruebas, conocida también como protoboard, te permitirá insertar en ella casi
todos los componentes siempre y cuando los terminales no dañen los orificios de
la misma, de lo contrario no te será de gran ayuda, pero como para todo existe
una solución, puedes soldar un alambre fino de cobre en los terminales de gran
espesor, como en los SCR, los potenciómetros, los interruptores, pulsadores, y
otros.
Gráfica 15. Protoboard o Placa de Pruebas
Y aquí está..., en lo posible consigue cables finos de teléfono para realizar los
puentes de unión, son los que más se adaptan a los orificios de la placa, vienen
en una gran variedad de colores, los puedes conseguir de 24 hilos de 10, de 8 y
bueno... en las casas de electricidad o electrónicas le podrán asesorar.
Gráfica 16. Configuración interna del protoboard
Esto es lo que se encuentra por dentro las líneas horizontales son las que puedes
utilizar para identificar las conexiones a los polos positivo y negativo, fíjate en la
imagen anterior que estas líneas están marcadas, con respecto a las verticales,
cualquier terminal que conectes en una línea de estas estarán unidos entre sí. [5]
21
Fuente de alimentación
Otra de las herramientas necesarias en electrónica es una batería (esas de 9
voltios va bien), o con un par de pilas secas bastaría, de todos modos puedes
armar tu propia fuente de alimentación con el voltaje que usted desee.
Gráfica 17. Fuentes de alimentación de corriente continua.
Sería bueno también que consiga un multímetro, multitester o tester, como lo
quiera llamar, le será de gran utilidad para saber el estado de un componente, si
éste se encuentra en condiciones o no, para verificar las fallas en tus circuitos,
medir tensiones, resistencias, etc.
Gráfica 18. Multitester Analógico Gráfica 19. Multitester Digital
22
Midiendo con el multitester analógico
El multitester es usado como Voltímetro, Amperímetro u Ohmímetro. Por tanto
con este dispositivo se puede medir voltaje o tensión, la intensidad y la resistencia
eléctrica.
Medida de la Tensión. La Tensión se mide con el voltímetro que es un aparato
con una escala graduada, cuyo valor de lectura se puede variar, y dos cables.
Uno de los cables es rojo y el otro negro. El rojo se conecta al polo positivo de la
Tensión que de seamos medir y el negro al negativo.
El voltímetro se coloca en paralelo con el elemento cuya Tensión vamos a medir.
Para medir tensiones se debe tener en cuenta:
1) Si la corriente que vamos a medir es continua o alterna. Cada una requiere un
voltímetro diferente.
2) Asegurarnos de que la Tensión a medir no es mayor de la que puede medir el
aparato. Después, comenzar a medir con la escala de mayor capacidad de
lectura para evitar que el aparato trabaje forzado.
3) Conectar siempre las puntas de los cables de medida en paralelo con el
elemento cuya Tensión deseamos medir.
Gráfica 20. Multitester como Voltímetro
Medida de la Intensidad. La Intensidad se mide con el amperímetro que es un
aparato con una escala graduada, cuyo valor de lectura se puede variar, y dos
cables. Uno de los cables es rojo y el otro negro. El rojo se conecta al polo
positivo de la Corriente que de seamos medir y el negro al negativo.
El amperímetro se coloca en serie con el elemento cuya Intensidad vamos a
medir.
Para medir intensidades se debe tener en cuenta:
23
1) Si la corriente que vamos a medir es continua o alterna. Cada una requiere un
amperímetro diferente.
2) Asegurarnos de que la Intensidad a medir no es mayor de la que puede medir
el aparato. Después, comenzar a medir con la escala de mayor capacidad de
lectura para evitar que el aparato trabaje forzado.
3) Conectar siempre las puntas de los cables de medida en serie con el
elemento cuya Intensidad deseamos medir. No colocar nunca las puntas del
amperímetro directamente a los bornes de un enchufe o a una pila u otro tipo
de generador.
Gráfica 21. Multitester como Amperímetro
Medida de la Resistencia. La Resistencia se mide con el ohmímetro que es un
aparato con una escala graduada, cuyo valor de lectura se puede variar, y dos
cables. El ohmímetro se coloca en paralelo con el elemento cuya resistencia
vamos a medir. Para medir la resistencia de un elemento nos aseguraremos de
que dicho elemento esté desconectado del circuito, de lo contrario obtendremos
una medida errónea y podremos dañar el aparato. [6]
Gráfica 22. Multitester como Ohmímetro
24
CIRCUITOS LÓGICOS
Representación de circuitos mediante operaciones proposicionales.
Un circuito lógico es un dispositivo que tienen una o más entradas y exactamente
una salida. En cada instante cada entrada tiene un valor, 0 (F) o 1 (V); estos datos
son procesados por el circuito para dar un valor en su salida, 0 o 1.
Los valores 0 y 1 pueden representar ciertas situaciones físicas como, por
ejemplo, un voltaje nulo y no nulo en un conductor.
Los circuitos lógicos se construyen a partir de ciertos circuitos elementales
denominados compuertas lógicas, entre las cuales diferenciaremos:
• Compuertas lógicas básicas: OR, AND, NOT.
• Compuertas lógicas derivadas: NOR, NAND.
Gráfica 23. Voltaje Vs Tiempo
También definimos Circuitos lógicos a estructuras formales (sistemas abstractos)
que representan sistemas para la transmisión de información de toda índole
(desde la electricidad hasta datos informáticos) simulando el comportamiento real
de un circuito eléctrico. Circuito eléctrico es toda de transmisión de impulsos
eléctricos.
ELECTRONICA INFORMATICAGráfica 24. Comparación de circuitos
25
p
p
q p
1. ELEMENTOS: INTERRUPTOR O CONMUTADOR
Es la llave o palanquita que permite el paso o interrupción de la corriente
eléctrica. Los conmutadores son representados por las variables
proposicionales que pueden ser verdaderos o falsas.
a. Circuito cerrado :
(Foco encendido) en donde p = V ó 1
b. Circuito abierto :
(Foco apagado) en donde p = F ó 0
2. CLASES DE CIRCUITOS LÓGICOS
Circuito en serie
Es aquel que está constituido por interruptores dispuestos uno detrás de otro.
Se le representa mediante una conjunción. BASTA QUE UNO DE LOS
INTERRUPTORES ESTÉ ABIERTO PARA QUE EL FOCO NO PRENDA.
Gráfica 25. Circuito Lógico Serie
Representación gráfica
Representación simbólica: (p q)
26
Tabla 03. Tabla de verdad: Conjunción
p q p q Circuito Lógico Observación
V V V Se enciende el foco
V F FNo se enciende el
foco
F V FNo se enciende el
foco
F F FNo se enciende el
foco
Tabla 04. TABLA DE ISOMORFISMOS
Estado Lógico Interruptor Situación del circuito
F = 0 Abierto Apagado
V = 1 Cerrado Encendido
El interruptor (p o q) determina si la información pasa o no pasa.
El foquito forma parte del cable y, por tanto, también su situación depende
de los interruptores.
Circuito en paralelo
Es aquel que está constituido por interruptores dispuestos uno al lado del otro.
Se le representa mediante una disyunción. Basta que uno de los interruptores
este cerrado para que el foco no prenda.
27
p
q
Representación gráfica
Representación simbólica: (A B)
Tabla 05. Tabla de verdad: Disyunción
p q p v q Circuito Lógico
V V V Se enciende el foco
V F V Se enciende el foco
F V V Se enciende el foco
F F F No se enciende el foco
28
Gráfica 26. Circuito Lógico Paralelo
r
q
t
p
s
Circuito Mixto (Serie – paralelo)
Un circuito mixto, es aquel que tiene elementos en paralelo y en serie.
Representa a un esquema molecular y viceversa.
Representación gráfica
Representación simbólica: [ p (q r)] (s t)
EXPERIMENTACIÓN
MATERIAL Y MÉTODOS
Materiales:
1 protoboard
1 pila batería Duracell 9V
6 Diodos leds de diferentes colores
6 Resistencias de 1 K
Broche para pila batería
1m de alambres o cables conectores
2 Interruptores
Multitester
Alicates
Método: Teórico - Experimental
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
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1 ra parte : Circuito en Serie
- Se facilita a los estudiantes un protoboard, resistencias, interruptores, pila batería
de 9V, broche para pila batería, y LED´s para la práctica de circuitos.
Aquí los dispositivos a usar en la práctica de laboratorio.
30
- Se explica el funcionamiento del protoboard y se da definiciones básicas acerca
del LED, resistencia, interruptor y fuente de alimentación.
- Construyen el circuito en serie usando una resistencia, un LED y dos
interruptores; las cuales son colocados en serie (uno a continuación del otro). El
interruptor 1 es asociado con la proposición “p” y el interruptor 2 con la
proposición “q”. Obsérvese el esquema de la figura a continuación.
Gráfica 27. Circuito Eléctrico en Serie
Gráfica 28. Esquema del circuito eléctrico serie - Los estudiantes observan y toman datos al operar los interruptores (on/off)
Tabla 06: Datos del circuito serie
Interruptor 1 Interruptor 2 ObservaciónON (cerrado) : V ON (cerrado): VON (cerrado): V OFF (abierto): FOFF (abierto): F ON (cerrado): VOFF (abierto): F OFF (abierto): F
- Comparan el circuito eléctrico en serie con el circuito lógico en serie,
demostrando así la tabla de verdad de la conjunción.
31
2 da parte : Circuito en Paralelo
- A continuación se construye el circuito en paralelo usando una resistencia, un
LED y dos interruptores. Los interruptores son colocados en paralelo (uno al lado
del otro). El interruptor 1 es asociado con la proposición “p” y el interruptor 2 con
la proposición “q”. Obsérvese el esquema e la figura a continuación.
Gráfica 29. Circuito Eléctrico en Paralelo
Gráfica 30. Esquema del circuito eléctrico serie - Los estudiantes observan y toman datos al operar los interruptores (on/off)
Tabla 07: Datos del circuito paralelo
Interruptor 1 Interruptor 2 ObservaciónON (cerrado) : V ON (cerrado): VON (cerrado): V OFF (abierto): FOFF (abierto): F ON (cerrado): VOFF (abierto): F OFF (abierto): F
- Comparan el circuito eléctrico en serie con el circuito lógico en paralelo,
demostrando así la tabla de verdad de la disyunción.
32
- El docente es el encargado de revisar el buen funcionamiento de los circuitos,
antes de activar la fuente de alimentación, para no deteriorar los elementos
electrónicos.
- Si hubiese materiales electrónicos deteriorados este se verificara con ayuda del
multitester.
CONCLUSIONES
- Se comprobó el funcionamiento de los circuitos lógicos para la disyunción y
conjunción, usando circuitos eléctricos básicos para su verificación.
- Los estudiantes obtuvieron sus primeras nociones de electricidad y electrónica.
- También los estudiantes incrementaron su rendimiento académico en un 50%
en la comprensión de los circuitos lógicos, así como de circuitos eléctricos en el
área de Ciencia, Tecnología y Ambiente.
- Se despertó el interés en el educando a las ciencias físicas, particularmente en
la electricidad.
- Los estudiantes mostraron mayor interés en el curso con la implementación de
estos laboratorios de práctica, despertando en ellos la curiosidad por el
descubrir observando.
- La práctica de circuitos les sirvió de ideas para elaborar maquetas para su feria
de ciencias, usando como base sus circuitos eléctricos.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Revista Educación. [Fecha de consulta: 01 de septiembre 2011]. Disponible
en: <http://es.paperblog.com/rendimiento-escolar-en-el-peru-segun-informe-
pisa-2009-373956/>.
2. Informe Pisa 2009 - [Fecha de consulta: 01 de septiembre 2011]. Disponible
en: <http://www.matematicasbachiller.com/anejos/noticia/pdf/2009.pdf>.
3. Electricidad y Electrónica. [Fecha de consulta: 5 de marzo 2011].
33
Disponible en:
<http://www.portaleso.com/portaleso/trabajos/tecnologia/ele.yelectro/
unidad_didactica_electricidad_1eso.pdf>
4. Circuitos Lógicos. [Fecha de consulta: 03 de septiembre 2011]. Disponible en:
<http://www.slideshare.net/rafael.mora/circuitos-lgicos-presentation>.
5. Tutorial de Electrónica Básica. [Fecha de consulta: 03 de septiembre 2011].
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< http://r-luis.xbot.es/descarga/files/ebasica.pdf>
6. Circuitos Eléctricos. [Fecha de consulta: 03 de septiembre 2011]. Disponible
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<http://www.slideshare.net/mrtic/circuitos-electricos-356136>
7. La educación en Miramar - Moche – Perú. [Fecha de publicación: 15 de mayo
2010]. Disponible en:
<http://guadalupe-miramar.blogspot.com/2010/05/la-educacion-en-miramar-
moche-peru.html>
8. Código de colores de las resistencias. [Fecha de consulta: 30 de septiembre
2011]. Disponible en:
< http://ladelec.com/teoria/informacion-tecnica/97-codigo-de-colores-de-las-
resistencias>
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ANEXOS
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Código de colores de las Resistencias
Las resistencias son fabricadas sobre una variedad de formas y tamaños. En las más
grandes, el valor de la resistencia se imprime directamente en el cuerpo del componente,
pero en las pequeñas esto no se puede hacer.
Sobre estas se pintan unas bandas de colores. Cada color representa un número que se
utiliza para obtener el valor final de la resistencia. Las dos primeras bandas indican las
dos primeras cifras del valor de la resistencia, la tercera banda indica por cuanto hay que
multiplicar el valor anterior para obtener el valor final de la resistencia.
La cuarta banda indica la tolerancia o precisión.
Ejemplo:
Una resistencia tiene las siguientes bandas de colores:
rojo amarillo naranja y oro = 2 4 x 1000= 24 K al 5 %
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Anexo 1
En las siguientes imágenes podrán observar a los estudiantes del 5to de
secundaria (Promoción 2010) del Colegio Nuestra Señora de Guadalupe de
Miramar - Moche - Perú. Quienes están practicando pequeños circuitos simples
como parte del curso de Razonamiento Lógico, en el tema de "circuitos lógicos".
En esta imagen el estudiante Gerardo Navarro, está verificando el funcionamiento de su circuito.
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Anexo 2
Esta es la imagen de un circuito simple en serie, creado por uno de nuestros estudiantes.
Otro circuito simple en serie elaborado por los estudiantes.
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Oliver Amaranto sorprendido con el funcionamiento de su circuito.
Cristhian Mauricio, pensativo tratando de resolver el problema en su circuito.
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Las siguientes imágenes muestran a mis estudiantes de 2do de secundaria de la I.E.P. Nuestra Señora e Guadalupe, en este año electivo 2011; realizando circuitos eléctricos.
Kevin Sandoval mostrando orgullosos su circuito
La estudiante Greis tratando de elaborar su circuito
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Anexo 3
Anabel, Yosi y Lucero las más rápidas armando sus circuitos
Fotografía colgada en facebook por la estudiante Melany Jara
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