Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Eléctrica

IE0408 – Laboratorio Eléctrico II

III ciclo 2012

Profesor

Diego Dumani J.

Proyecto

Experimento Final:

Activación y control remota de velocidad de un

ventilador DC

Grupo 901.

Grupo de trabajo #5

Michael Rodríguez Araya, A85304

Jean Carlos Barrantes Quesada, A80843

28 de Febrero de 2013.

ii

Contenido Resumen ................................................................................................................................. 1

1. Objetivos ......................................................................................................................... 2

1.1 Objetivo General ........................................................................................................... 2

1.2 Objetivos Específicos .............................................................................................. 2

2. Nota Teórica.................................................................................................................... 2

2.1 Etapa emisora y receptora IR ........................................................................................ 2

2.2 Otras Etapas del diseño ................................................................................................. 4

3. Lista de Equipo ............................................................................................................. 13

4. Lista de componentes ................................................................................................... 13

5. Diseño ............................................................................................................................... 15

6. Análisis de Resultados ...................................................................................................... 21

7. Conclusiones ..................................................................................................................... 25

7. Bibliografía ................................................................................................................... 26

Anexos .................................................................................................................................. 27

iii

Índice de Figuras

Figura 1. Símbolo lógico de flip-flop tipo S-R [3] ................................................................. 4 Figura 2. Tabla de la verdad tipo s-r [3] ................................................................................. 4 Figura 3. Símbolo lógico flip-flop tipo D [2] ......................................................................... 4 Figura 4. Tabla de la verdad tipo D [2] ................................................................................... 5 Figura 5. Símbolo lógico Flip-Flop tipo J-K [3]..................................................................... 5 Figura 6. Tabla de la verdad tipo J-K [3] ................................................................................ 5 Figura 7. Símbolo lógico flip-flop tipo T [4] .......................................................................... 5 Figura 8. Tabla de la verdad flip-flop tipo T [4] ..................................................................... 6 Figura 9. Relé [5] .................................................................................................................... 6 Figura 10. Relé conmutador [5] .............................................................................................. 7 Figura 11. Modulación por anchura de pulsos [6] .................................................................. 7 Figura 12. Circuito general, variador de velocidad [7] ........................................................... 8 Figura 13. Frecuencia y ciclos de trabajo [8] ......................................................................... 8 Figura 14. Tipo de ventilador a utilizar [8] ............................................................................. 9 Figura 15. Numero de pines del ventilador [8] ....................................................................... 9 Figura 16. Patillas del integrado LM555 [10] ...................................................................... 10 Figura 17. Configuración Monoestable del LM555 [10]...................................................... 11 Figura 18. Configuración astable del LM555 [10] ............................................................... 11 Figura 19. LM567 [11] ......................................................................................................... 12 Figura 20. Circuito emisor a simular en TINA ..................................................................... 16 Figura 21. Señal obtenida en el circuito emisor para una frecuencia de 4780 Hz. ............... 16 Figura 22. Señal obtenida en el circuito emisor para una frecuencia de 6700 Hz. ............... 17 Figura 23. Circuito receptor diseñado en TNA..................................................................... 17 Figura 24.Señales obtenidas al simular el circuito receptor., a una frecuencia de 4780 Hz. 18 Figura 25.Señales obtenidas al simular el circuito receptor., a una frecuencia de 6700 Hz. 18 Figura 26. Circuito comparador de ventana que se simuló en TINA para que respondiera la frecuencia de 4780 Hz. ......................................................................................................... 19 Figura 27. Circuito comparador de ventana que se simuló en TINA para que respondiera la frecuencia de 6700 Hz. ......................................................................................................... 19 Figura 28. Circuito simulado del LM555 (PWM) ................................................................ 20 Figura 29. Señal que controlará la velocidad del ventilador ............................................... 20 Figura 30. Señal del diodo emisor, 4 kHz ............................................................................. 21 Figura 31. Señal del diodo emisor, 6 kHz ............................................................................. 21 Figura 32. Señal en el fototransistor, 4 kHz ......................................................................... 22 Figura 33. Señal en el fototransistor, 6 kHz ......................................................................... 22 Figura 34. Salida de los amplificadores, 4 kHz .................................................................... 23 Figura 35. Salida de los amplificadores, 6 kHz .................................................................... 23 Figura 36. Señal del astable LM555 con ciclo de trabajo del 50% ...................................... 24

iv

Índice de Tablas Tabla 1. Lista de los equipos a utilizar ................................................................................. 13 Tabla 2. Lista de Componentes ............................................................................................. 14

1

Resumen

En este documento se presentará un proyecto realizado como requisito para la aprobación del curso de

Laboratorio Eléctrico II, en el cual se aplicaron los conocimientos que se adquirieron a lo largo de las tres

practicas anteriores.

Este proyecto se basa en la activación y control de velocidad en forma remota de un ventilador, para eso

se tomaron circuitos ya utilizados en prácticas anteriores y se le agregaron unas etapas más como lo es la

etapa del circuito regulador de velocidad.

Se pretendía ejecutar el diseño de dos botones en el circuito emisor con diferentes frecuencias que una

controlara el encendido y apagado del ventilador y otro variara la velocidad entre un 100% y el 50%, estos

en el circuito receptor.

Los resultados obtenidos no fueron los esperados, en el desarrollo de experimento se presentaron varias

altercados como lo fue, la falta de tiempo, cambios tardíos en el diseño y fallas en los componentes.

Entre la falla más importante presentada, y por la que el circuito no funciono de la forma esperada, está en

la etapa que contenía el flip-flop, esto fue un error en el que no se tomó en cuenta las tensiones en las

permanecía en alto o en bajo el flip-flop, y llevo a la falla del circuito, y no se pudo solucionar a tiempo.

A pesar de que nos parece que el proyecto es aplicable en forma específica, nos juzga enriquecedora la

manera con la que se logró enfrentar problemas de ingeniería eléctrica, los cuales no permiten ser mejores

profesionales.

2

1. Objetivos

1.1 Objetivo General Poner en práctica los conocimientos adquiridos en el curso de Electrónica II y Laboratorio Eléctrico

II, en la implementación de un diseño experimental que abarque dichos conocimientos.

1.2 Objetivos Específicos Diseñar un circuito que permita variar la velocidad de un ventilador DC por medio de un control remoto

infrarrojo.

Implementar un receptor y emisor infrarrojo.

Aplicar el sistema de transmisión en una situación práctica como lo es un variador de velocidad.

2. Nota Teórica

2.1 Etapa emisora y receptora IR

Las transmisiones infrarrojas presentan la ventaja de no transmitir a frecuencias bajas, donde el espectro está más limitado, por tanto, no tienen que restringir su ancho de banda a las frecuencias libres. Los enlaces infrarrojos se encuentran limitados por el espacio y los obstáculos. El hecho de que la longitud de onda de los rayos infrarrojos sea tan pequeña (850-900 nm), hace que no pueda propagarse muy fácilmente.

Las redes por infrarrojos permiten la comunicación entre dos nodos, usando una serie de LEDs

infrarrojos para ello. Se trata de emisores/receptores de las ondas infrarrojas entre ambos dispositivos, es escasa su utilización a gran escala, ya que estos necesitan estar de frente o a un cierto ángulo de inclinación para poder transmitir la señal.

Para definir que es un sistema de transmisión de infrarrojo, primero se deben conocer tres conceptos importantes:

• Diodo Emisor: Es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa de unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica.

• Diodo Receptor: Son diodos semiconductores que al ser atravesados por una cierta longitud de onda electromagnética (infrarroja), generan pequeñas cargas eléctricas dependiendo del semiconductor con el que estén fabricados.

• Emisor/Receptor Infrarrojo: Es un sensor que consta de un emisor y un detector infrarrojo. Mide la cantidad de luz retornada. Funcionan sobre distancias muy cortas.

El sistema que se desea diseñar se puede describir mediante el siguiente diagrama de bloques:

3

1

Emisor infrarrojo [1]

Este sistema está compuesto de un oscilador astable de ondas cuadradas, un amplificador en modo seguidor de tensión y un transmisor infrarrojo. El oscilador puede ser un CD4047 o un LM555, lo importante es que este sea activado y se mantenga oscilando. El amplificador operacional en modo seguidor de tensión se utiliza para suplir corriente, aunque según el caso, se puede despreciar. El transistor infrarrojo tiene como misión la conversión de la señal eléctrica del oscilador en señales luminosas en el ámbito IR (infrarrojo); éste puede estar conformado de un transistor en modo de conmutación, un IRED y dos resistencias limitadoras de corriente.

Receptor infrarrojo [1]

Se compone básicamente de dos etapas: un fotodetector ajustado y un amplificador de señales. El fotodetector puede ser un fototransistor o fotodiodo (PIN u otro). El amplificador de señales se encarga de amplificar la señal percibida por el fotodetector.

Sistema enganchado en frecuencia y tiempo [1]

El sistema opera como detector de señales de frecuencia y duración determinada, es decir, no basta la presencia de esa señal en particular, sino también su duración. Una vez detectada la señal no debe hacer señalización de detección hasta haber estado presente un tiempo mínimo.

En el circuito emisor infrarrojo la función del amplificador LM358 es la de suplir corriente [1], su configuración es la de un buffer o seguidor de tensión. Este amplificador LM358 en comparación con los integrados LM741 y LF353 necesita una baja corriente de entrada para poder funcionar, la salida del CD4047 suministra una baja corriente, por lo tanto el mejor integrado para el diseño sería el LM358.

A la hora de trabajar un diodo emisor IRED, se deben de tomar en cuenta los márgenes típicos de corriente, tensión y temperatura, de tal manera no sobrecalentar el dispositivo, un adecuado diseño exige utilizar la curva de corriente-tensión, particularmente en su punto de inflexión.

El capacitor a la entrada de la etapa de amplificación del circuito receptor se encarga de eliminar el nivel DC de la señal detectada [1], gracias a que el capacitor equivale a un circuito abierto para una señal DC y para una señal AC equivale a una impedancia que depende de su frecuencia, si no se elimina está señal DC se corre el riesgo de que se amplifique y se vea alterada la respuesta final. Ajustando la ganancia de los amplificadores se busca saturar la señal detectada, con esto se garantiza en cierto grado que las perturbaciones externas no distorsionen de manera considerable dicha señal, a la hora de saturar la señal se busca obtener una menor zona lineal en la señal y así no distorsionar la información requerida.

A la hora de diseñar un sistema enganchado por frecuencia, es necesario que este sistema también sea enganchado en tiempo, para evitar la activación del sistema al percibir alguna perturbación externa del medio, a la hora de diseñar el sistema para que enganche la señal en frecuencia y tiempo se garantiza que la frecuencia de enganche se perciba por un tiempo definido en el diseño. Enganchar el sistema solo en tiempo no tiene sentido, ya que es necesario definir una frecuencia a enganchar.

4

2.2 Otras Etapas del diseño

Flip-Flops

“Son dispositivos sincrónicos, de dos estados, también conocidos como multivibradores biestables…es un dispositivo controlado por una señal de reloj, en el cual solamente cambiará sus datos de salida mientras ocurra un flanco de subida o de bajada de una señal de reloj.”[2]

Hay varios tipos de flip-flops como lo son:

S-R

Tipo D

J-K

Tipo T

El tipo S-R es un flip-flop que tiene una entrada S y otra R, así como una salida Q y otra negada, las entradas se activan en el nivel bajo [3]

Tipo D es un seguidor de entrada, las transiciones coinciden con la entrada.

Figura 3. Símbolo lógico flip-flop tipo D [2]

Modo de operación Entradas Salidas

R S Q Q

Prohibido 0 0 1 1

Set 0 1 1 0

Reset 1 0 0 1

Mantenimiento 1 1 No cambia

Figura 2. Tabla de la verdad tipo s-r [3]

Figura 1. Símbolo lógico de flip-flop tipo S-R [3]

5

D Q Qsiguiente

0 X 0

1 X 1

X=no importa

Figura 4. Tabla de la verdad tipo D [2]

Tipo J-K,”este flip-flop se denomina como "universal" ya que los demás tipos se pueden construir a partir de él. En el símbolo anterior hay tres entradas síncronas (J, K y CLK). Las entradas J y K son entradas de datos, y la entrada de reloj transfiere el dato de las entradas a las salidas.”[3]

Tipo T “la entrada “T” cambia de estado ("toggle" en inglés) cada vez que la entrada de sincronismo o de reloj se dispara mientras la entrada T está a nivel alto. Si la entrada T está a nivel bajo, el biestable retiene el nivel previo.”[4]

Modo de operación ENTRADAS SALIDAS

CLK S R Q Q

Mantenimiento 0 0 No cambia

Reset 0 1 0 1

Set 1 0 1 0

Conmutación 1 1 Estado opuesto

Figura 6. Tabla de la verdad tipo J-K [3]

Figura 5. Símbolo lógico Flip-Flop tipo J-K [3]

Figura 7. Símbolo lógico flip-flop tipo T [4]

6

Relés

Es un tipo de interruptor que se activa o es accionado por un electroimán.

Hay varios tipos de relés como lo son los formados por un contacto fijo y uno móvil y otro que es un conmutador (un contacto móvil y dos fijos), la diferencia entre uno y otro es el número de contactos.

El relé se compone principalmente de un núcleo y una bobina, básicamente funciona dejándole pasar una corriente por la bobina, por acción del campo magnético, el núcleo se magnetiza, esto hace que se convierta en un imán, y cuando se suelta el accionador desaparece el campo.

T Q Q+

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Figura 8. Tabla de la verdad flip-flop tipo T [4]

Figura 9. Relé [5]

7

Control de velocidad de un ventilador por PWM (control por ancho de pulso)

“La modulación por anchura de pulsos (ó PWM, del ingles pulse-width modulation) es una técnica de modulación en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica para, entre otras cosas, variar la velocidad de un motor.”[6]

Cuando se da un flanco positivo en la señal emisora y cuanto más tiempo dura esta señal, mayor velocidad va adquiriendo el motor, alimentado por un tren de pulsos lo que hace que marche gracias a la tensión máxima, durante este tiempo, la frecuencia no es elegida a la azar sino que la señal portadora y la señal tiene que nener una relación 10:1 [6]

Figura 10. Relé conmutador [5]

Figura 11. Modulación por anchura de pulsos [6]

8

Como se observa en la figura 12 este variador es una aplicación más del LM555, una conexión en modo PWM, que posteriormente en el diseño se observara su funcionamiento y el cálculo de sus componentes.

Este circuito moverá un ventilador que será regulado por el PWM, “los pulsos de voltaje se convierten en “empujones” al electroimán, y al reducir el tiempo que se está aplicando fuerza sobre el electroimán, se reduce efectivamente la velocidad del mismo.”[8]

Ciclo de Trabajo

Es una proporción del tiempo y relaciona el periodo donde se encuentra la señal en alto con respecto la señal en bajo, esta característica va a depender la velocidad del ventilador.

Figura 12. Circuito general, variador de velocidad [7]

Figura 13. Frecuencia y ciclos de

trabajo [8]

9

El ventilador al cual será conectado el PWM es un ventilador de dos pines que serán la patilla roja la entrada Vcc y la negra que será tierra, que este caso Vcc va conectado al PWM, se reduce la velocidad por medio de los pulsos.

Pero para analizar el elemento que venimos mencionando tanto a lo largo de la teoría se detalla a continuación el LM555.

“El temporizador 555 fue introducido al mercado en el año 1971 (hace más de 30 años) por la empresa Signetics Corporation con el nombre: SE555/NE555 y fue llamado "The IC Time Machine" (el Circuito integrado máquina del tiempo"), que en esos momentos era el único integrado de su tipo

Figura 14. Tipo de ventilador a utilizar

[8]

Figura 15. Numero de pines del ventilador [8]

10

disponible. Hoy día sigue tan vigente como entonces y tiene múltiples aplicaciones en los más variados entornos y cometidos.”[9]

Este integrado está compuesto por 8 patillas como se observa en la figura 16, donde la uno es tierra, dos es disparo configurado como monoestable, tres es la salida , cuatro es reset si el nivel de voltaje es menor a los 0.7 V pone la patilla a nivel bajo, si no se utiliza se conecta a ocho para que no se resetee, cinco es el control de voltaje , seis es el umbral que se utiliza para poner en bajo la salida tres, siete es la descarga del condensador externo y ocho es el voltaje de alimentación. [10]

Para la construcción de un LM555 en modo PWM la frecuencia se consigue con un oscilador astable externo que se conecta al disparador del LM555 en modo monoestable. Luego, con los valores máximos y mínimo de entrada tiene que diseñar el tiempo del monoestable, de modo que cuando esté a la mitad del valor de entrada el ciclo de trabajo sea 50% y así sucesivamente.

El modo monoestable se dice que es mono estable porque tiene un estado estable, “es un circuito multivibrador que realiza una función secuencial consistente en que al recibir una excitación exterior, cambia de estado y se mantiene en él durante un periodo que viene determinado por una constante de tiempo. Transcurrido dicho periodo de tiempo, la salida del monoestable vuelve a su estado original. Por tanto, tiene un estado estable (de aquí su nombre) y un estado casi estable.”[9]Y un estado astable es aquel que no tiene estados estables a sea que oscila, su frecuencia va a depender del periodo de carga y descarga de condensadores.

Figura 16. Patillas del integrado LM555 [10]

11

Circuito integrado LM567

“El LM567 es un descodificadores de tono diseñado para conmutar a saturación un transistor conectado a tierra cuando una señal de entrada está presente dentro de la banda de paso. El circuito consta de un detector de I y Q accionada por un oscilador controlado por tensión que determina la frecuencia central del decodificador. Los componentes externos se utilizan para ajustar independientemente la frecuencia central, ancho de banda y el retardo de salida.”[11]

Entre sus características están:

Tangos de frecuencias 20 a 1 con resistor externo.

Su lógica de salida es compatible a 100 mA de corriente de hundimiento.

Ancho de banda ajustable de 0 a 14%.

Alto rechazo al ruido y las señales indeseables.

Figura 17. Configuración Monoestable del LM555 [10]

Figura 18. Configuración astable del LM555 [10]

12

Inmunidad a las señales falsas.

Frecuencia central muy estable.

Frecuencia central ajustable entre 0.01 Hz a 500 kHz.

Entre las principales aplicaciones están:

Oscilador de Precision.

Decodificador de tono de toque.

Monitoreo de frecuencia y control.

Demodulación FSK.

Controles ultrasónicos.

Controles remotos.

En decodificadores.

Figura 19. LM567 [11]

13

3. Lista de Equipo

Tabla 1. Lista de los equipos a utilizar

4. Lista de componentes

Equipo Sesión I Sesión II Sesión III Sesión IV

Marca Model

o

Plac

a

Marca Model

o

Plac

a

Marca Model

o

Plac

a

Marca Model

o

Plac

a

Oscilosco

pio

Tektron

ics

TDS-

200

Series

1792

11

Tektron

ics

TDS-

200

Series

1792

11

Tektron

ics

TDS-

200

Series

1933

86

Tektron

ics

TDS-

200

Series

1933

86

Fuente

DC

Escort EPS-

3250

2360

72

Escort EPS-

3250

2360

72

Escort EPS-

3250

1597

95

Escort EPS-

3250

1597

95

Fuente

DC

Escort EPS-

3250

2360

73

Escort EPS-

3250

2360

73

Escort EPS-

3250

1597

94

Escort EPS-

3250

1597

94

Cables de

conexión

Protoboar

d pequeña

Global PB-83 1233

35

Global PB-83 1233

35

Global PB-83 1233

35

Global PB-83 1233

35

Protoboar

d Grande

Global PB-103 JE27 Global PB-103 JE27 Global PB-103 JE27 Global PB-103 JE27

Multímetr

o

Tektron

ics

DMM9

16

1792

20

Tektron

ics

DMM9

16

1792

20

Tektron

ics

DMM9

16

1792

20

Tektron

ics

DMM9

16

1792

20

Regleta

Alicate

Peladora

14

Diseño Componente Cantidad Valor Teórico Valor Real

Emisor IR

Capacitor

Capacitor

Capacitor

Capacitor

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

LED

Integrado

Diodo IRED

Transistor

Botón pulsador

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

1

1

1

2

68 nF

100 nF

2,2 uF

1 uF

2,2 kΩ

56 Ω

180 Ω

180 Ω

2,2 kΩ

Rojo y Verde

LM567

276-142

2N2222

--------

70,8 nF

99,8 nF

2,08 uF

1,02 uF

2.161 k Ω

57 Ω

182 Ω

181,5 Ω

2.17 k Ω

2.160 k Ω

--------

--------

--------

--------

Receptor IR

Capacitor

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Potenciómetro

Fototransistor IRED

Amplificador

1

2

1

1

1

1

1

2

100 nF

100 kΩ

220 Ω

4,7 MΩ

5 MΩ

5 kΩ

276-142

LM358

96.1 nF

98.4 kΩ

479 Ω

4.77 MΩ

5.31 MΩ

--------

--------

--------

Sistema enganchado en

frecuencia y tiempo

Convertidor

Frecuencia

A

Tensión

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Capacitor

Capacitor

Capacitor

PLL

2

1

1

1

1

1

1

1

1

1

10 kΩ

100 kΩ

12 Ω

3,7 kΩ

6,8 kΩ

68 kΩ

1 uF

470 pF

10 nF

LM331

9.93 kΩ

101.9 kΩ

11.89 Ω

3.964 kΩ

6.73 kΩ

68.2 kΩ

1.047 uF

835 pF

10.57 nF

----------

Comparadores De ventana

Y Timer

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

1

1

1

1

1

1

1

1 kΩ

1 kΩ

1 kΩ

1 kΩ

1 kΩ

1 kΩ

1 kΩ

0.992 kΩ

0.994 kΩ

0.986 kΩ

0.993 kΩ

0.995 kΩ

0.996 kΩ

0.992 kΩ

Tabla 2. Lista de Componentes

15

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Amplificador Transistor

Diodo

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2 4

1 kΩ

1 kΩ

1 kΩ

1 kΩ

1 kΩ

1 kΩ

2 kΩ

510 Ω

33 kΩ

33 kΩ

LF353

2N222 1N4001

0.994 kΩ

0.986 kΩ

0.993 kΩ

0.995 kΩ

0.996 kΩ

0.986 kΩ

1.856 kΩ

822 Ω

33.2 kΩ

33.1 kΩ

--------

--------

--------

Circuito

señalizador

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Amplificador

1

1

1

1

1

1

2

1 kΩ

1 kΩ

1,5 kΩ

1,5 kΩ

270 Ω

270 Ω

LM311

0.987 kΩ

0.934 kΩ

1.494 kΩ

1.420 kΩ

0.993 kΩ

0.985 kΩ

--------

Circuito

Activador de relé

Flip-Flop D

Relé

LED

2

2

2

CD4013

12V

Rojo y Verde

--------

--------

--------

Circuito controlador

de velocidad

Resistencia

Resistencia

Resistencia

Resistencia Capacitor

Capacitor

Temporizador

Ventilador DC

1

1

1

1

1

1

1

1

6,8 kΩ

6,8 kΩ

10 kΩ

2,2 kΩ 10 nF

10 nF

LM555

PL50B12L

6,71 kΩ

6,73 kΩ

9,86 kΩ

2,15 kΩ 10,89 nF

10,65 nF

--------

--------

5. Diseño

Se mostrarán las simulaciones con los valores reales medidos en el laboratorio.

Se simuló el circuito emisor de la figura 1 en TINA y se obtuvieron los siguientes resultados. Este circuito se simuló con dos frecuencias distintas 4780 Hz y 6700 Hz, estás frecuecnias fueran las experimentales obtenidas en la salida del multivibrador. Se usará un generador de señales que simule tales frecuencias en vez del multivibrador ya que no se cuenta con un integrado LM567 en la biblioteca de TINA.

16

Figura 20. Circuito emisor a simular en TINA

En la señal de la figura 2 se obtiene una frecuencia de 1/209,62us = 4770 Hz.

Figura 21. Señal obtenida en el circuito emisor para una frecuencia de 4780 Hz.

En la señal de la figura 2 se obtiene una frecuencia de 1/149,04 us = 6709 Hz.

+

Multivibrador

R1 2,17k

T1

R2

57

V1 9

LED

1

V+

Señal del diodo

Base

del

tran

sist

or

17

Figura 22. Señal obtenida en el circuito emisor para una frecuencia de 6700 Hz.

A la hora de simular el circuito receptor se utilizó el diseño de la figura 6.

Figura 23. Circuito receptor diseñado en TNA

Se obtiene una frecuencia en la salida de los amplificadores de 1/203,06 us = 4924,65 Hz y de 1/144,9 us = 6901,31 Hz. Como se observa en las siguientes figuras.

V2 9

V3 9

V4 9

V5 9

-

++3

2

1

84

OP3 LF353

C1 96,1n R3 98,4k

R4 98,4k

R5 4,77M

FT1 !NPN

Controlling Component LED1

Ro 4

49

-

++3

2

1

84

OP2 LF353

R7 5,31M

V6 9

Entrada a los amplif icadores

Salida de los amplif icadores

18

Figura 24.Señales obtenidas al simular el circuito receptor., a una frecuencia de 4780 Hz.

Figura 25.Señales obtenidas al simular el circuito receptor., a una frecuencia de 6700 Hz.

Para simular los comparadores de ventana y el circuito señalizador se utilizaron los diseños que se muestran en la siguente figura.

19

Figura 26. Circuito comparador de ventana que se simuló en TINA para que respondiera la frecuencia de 4780 Hz.

Figura 27. Circuito comparador de ventana que se simuló en TINA para que respondiera la frecuencia de 6700 Hz.

De las figuras anteriores se obtiene que los rangos de valores del comparador son [4.07, 4,5] V y

[4.5, 5.87] V.

A la hora de simular el temporizador LM555 en modo astable se utilizó el circuito de la siguiente figura.

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Figura 28. Circuito simulado del LM555 (PWM)

En la simulación se obtiene una frecuencia de 1/61.54 us = 16,249 kHz.

Figura 29. Señal que controlará la velocidad del ventilador

D5 1N4001

D1 1

N1183

R10 1

k

T1 2N2222

D2

R1 9

,86k C

1 1

0,8

9n

V+

Ventilador

R4 2,15kS

alid

a d

el L

M555

C2 1

0,6

5n

R3 6

,73k

R2 6

,71k

V1 1

2

THRES

CONT

TRIG

RESET OUT

DISC

VC

CG

ND

U1 LM555

Base del transistor

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6. Análisis de Resultados

Se tomaron las salidas del LM567 (señales en el diodo emisor), trabajando con ambos pulsadores, con lo cual se obtienen frecuencias de 4780 Hz y 6700 Hz.

Figura 30. Señal del diodo emisor, 4 kHz

Figura 31. Señal del diodo emisor, 6 kHz

En la etapa del receptor, se obtuvieron las siguiente señales, estás señales fueron las entradas a los amplificadores operacionales se puede observar que las frecuencias percibida por el fototransistor fueron

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de 4755 Hz y 6631 Hz, comparando estos valores con las señales obtenidas en la simulación del diseño se obtiene los porcentajes de error.

Figura 32. Señal en el fototransistor, 4 kHz

%𝑒 =|4924,65 − 4755|

4755∗ 100% = 3,58% (1)

Figura 33. Señal en el fototransistor, 6 kHz

%𝑒 =|6901,31 − 6631|

6631∗ 100% = 4,07% (2)

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Las señales amplificadas y saturadas se obtuvieron con una frecuencia de 4790 Hz y 6719 Hz al presionar el botón A y B respectivamente.

Figura 34. Salida de los amplificadores, 4 kHz

%𝑒 =|4924,65 − 4790|

4790∗ 100% = 3,56% (3)

Figura 35. Salida de los amplificadores, 6 kHz

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%𝑒 =|4924,65 − 4755|

4755∗ 100% = 2,71% (4)

La siguiente señal muestra la salida del LM555 funcionando en modo astable y a un ciclo de trabajo del 50%, está señal fue la que controló la velocidad del ventilador.

Figura 36. Señal del astable LM555 con ciclo de trabajo del 50%

%𝑒 =|𝑉𝑇−𝑉𝐸|

𝑉𝐸∗ 100% =

|16249 −20300|

20300∗ 100% = 19,95% (5)

Por diferentes circunstancias la etapa del flip-flop y el relé, no nos fue posible tomar sus resultados por el osciloscopio, principalmente por falta de tiempo y que el osciloscopio dado en la última sesión estaba en mal estado y la bodega se encontraba cerrada.

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7. Conclusiones

Las transmisiones infrarrojas nos han brindado a lo largo de las últimas décadas información importante y especial, que no es posible obtener de la luz visible, y ha sido un transcendental pilar en la electrónica.

Es muy importante conocer muy detalladamente los componentes a utilizar en un diseño, especialmente circuitos integrados, tanto sus funciones como aplicaciones, ya que puede que por la falta de conocimiento los dispositivos o el diseño completo falle.

Siempre realizar revisión del equipo de trabajo, para que después, todo resulte más fácil y que el experimento no salga con altos porcentajes de error.

Armar los proyectos en la protoboard con orden y por etapas para así evitar errores en el experimento.

Respetar las tensiones de funcionamiento de los Flip-Flops, tanto para funcionamiento en alto como en bajo, ya que una mala aplicación de esta regla de fabricante podría provocar que el diseño no funcione como sucedió en este experimento.

Los sistemas de transmisión infrarroja presentan la ventaja de que no necesitan conexión física directa y que sus señales se pueden mantener sin pérdidas significativas dentro de un rango de distancias determinado.

La señal infrarroja, es una señal que abarca poca distancia, tal que, a mayor distancia menor calidad de la señal, por lo que llega a un punto en que el emisor y el receptor no se enganchan.

La transmisión infrarroja es sensible a muchas circunstancias como a paredes gruesas, luz externa, etcétera; por lo que lo vuelve un medio de comunicación muy restringido.

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7. Bibliografía

[1] Catedra de Laboratorio Eléctrico II, Experimento # 3: Sistema enganchado en frecuencia y

tiempo. Universidad de Costa Rica. 2012.

[2] “Flip-Flops”,Reyes Cruz Fabián, tomado de http://www.slideshare.net/farecrure/los-flip-flops, consultado el Domingo 10 de Febrero 2013 a las 8:50 pm

[3] “Flip-Flops”, L.J Jorge, http://www.ladelec.com/teoria/electronica-digital/193-flip-flop-flip-flop-rs, consultado el Domingo 10 de Febrero 2013 a las 8:55 pm

[4] “Flip-Flops tipo T”, http://homepage.cem.itesm.mx/pchavez/material/arqui/Modulos/ModuloVICircuitosSecuenciales/MaterialCircuitosSecuenciales/FlipFlops/FlipFlops.htm, consultado el Domingo 10 de Febrero 2013 a las 9:25 pm

[5]”Relés”. Fecha de consulta:

10 de Febrero de 2013. En línea: http://platea.pntic.mec.es/~pcastela/tecno/documentos/apuntes/rele.pdf

[6] “Modulación PWM”, Palazzesi Ariel , http://www.ucontrol.com.ar/wiki/index.php/PWM, fecha de consulta Domingo 17 de febrero del 2013 a las 2:40 pm.

[7] “Control de velocidad de motores CC por PWM”, Palazzesi Ariel,http://www.ucontrol.com.ar/wiki/index.php?title=Control_de_velocidad_de_motores_CC_por_PWM, fecha de consulta Domingo 17 de febrero del 2013 a las 2:45 pm.

[8] “Ventiladores: conceptos básicos”, http://www.pcsilencioso.com/es/articulos/silentpc/13/27?start=2, consultado el Lunes 18 de Febrero del 2013 a las 3:25 pm.

[9] “EL TIMER NE555 y sus Encantos”, http://picmania.garcia-cuervo.net/electronica_basica_555.php, consultado el Lunes 18 de febrero del 2013 a las 15:28 pm.

[10] National Semiconductor. Especificaciones de fabricante LM555. Fecha de consulta:18 de Febrero de 2013 a las 3:57 pm . En línea: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/nationalsemiconductor/DS007851.PDF.

[11] National Semiconductor. Especificaciones de fabricante LM567. Fecha de consulta:25 de Febrero de 2013 a las 3:57 pm . En línea: http://pdf1.alldatasheet.es/datasheet-pdf/view/8984/NSC/LM567.ht

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Anexos 1 Datos del fabricante IRED Radio Shack 276-143

8.2 Datos del fabricante para el CD4047

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8.3 Datos del fabricante para el LM358

29

8.4 Datos del fabricante para el LM311

30

31

8.5 Datos del fabricante para el LF353

8.6 Datos del fabricante para el 2N2222

8.7 Hojas del fabricante LM555

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LM567

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