SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL
MANUAL DE APRENDIZAJE
CÓDIGO: 89001545
Profesional Técnico
ELECTRÓNICA E
INSTRUMENTACIÓN
COMPUTACIÓN E
INFORMÁTICA
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 5
Tabla de Contenidos TAREA1: IDENTIFICA Y ANALIZA RESISTENCIAS. .......................................................... 9
1. EQUIPOS Y MATERIALES: ......................................................................................... 9 2. ORDEN DE EJECUCIÓN: ............................................................................................. 9 3. OPERACIÓN. ................................................................................................................ 10
3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL. ......................... 10 Identifica las resistencias según el material utilizado para su construcción. .......... 11 Identifica y calcula el valor nominal de una resistencia por código de colores. ...... 15 Identifica y calcula el valor nominal de una resistencia por código de marca. ....... 17 Calcula resistencias equivalentes en circuitos en serie. ............................................ 17 Calcula resistencias equivalentes en circuitos en paralelo. ....................................... 19 Calcula resistencias equivalentes en circuitos mixtos. ............................................... 22 Utiliza la ley de Ohm. ....................................................................................................... 27 Utiliza la ley de Kirchhoff. ................................................................................................ 29 Utiliza el teorema de Thévenin y Norton. ...................................................................... 30 Utiliza el teorema de máxima transferencia. ................................................................ 32 Utiliza el teorema de Millman. ......................................................................................... 33 Utiliza el teorema de sustitución. .................................................................................. 34 Utiliza el teorema de reciprocidad. ................................................................................. 35
FUNDAMENTO TEÓRICO. ................................................................................................ 37 VOLTAJE (V): .................................................................................................................... 37 CORRIENTE. .................................................................................................................... 39 POTENCIA. ....................................................................................................................... 41 PREFIJOS. ........................................................................................................................ 41 RESISTENCIA. ................................................................................................................. 41 CLASIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA. ..................................................................... 42 RESISTENCIA FIJAS. ..................................................................................................... 42 POTENCIÓMETRO: ......................................................................................................... 47 TERMISTOR. .................................................................................................................... 50 FOTORESISTENCIAS..................................................................................................... 54 RESISTENCIA VDR (VOLTAGE DEPENDENT RESISTORS). ............................... 56 CÓDIGO DE COLORES. ................................................................................................ 57 CÓDIGO DE MARCA....................................................................................................... 60 MULTÍMETRO o MULTITESTER o POLÍMETRO. .................................................... 61 TIPOS DE MULTÍMETROS. ........................................................................................... 62 MULTÍMETRO ANÁLOGO: ............................................................................................. 62 MULTÍMETRO DIGITAL. ................................................................................................. 63 NODOS, TRAYECTORIAS, LAZOS Y RAMAS. .......................................................... 67 LEY DE OHM. ................................................................................................................... 68 LEYES DE KIRCHHOFF: ................................................................................................ 71 RESISTENCIAS EN SERIE Y EN PARALELO. .......................................................... 74 TEOREMA DE THEVENIN Y NORTON. ...................................................................... 78 TEOREMA DE LA MÁXIMA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA. .............................. 81 TEOREMA DE MILLMAN. ............................................................................................... 83 TEOREMA DE SUSTITUCIÓN. ..................................................................................... 86 TEOREMA DE SUPERPOSICIÓN. ............................................................................... 88
TAREA2: IDENTIFICA Y ANALIZA LOS CONDENSADORES. ....................................... 92 EQUIPOS Y MATERIALES: ............................................................................................... 92 ORDEN DE EJECUCIÓN. .................................................................................................. 92
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OPERACIÓN: ........................................................................................................................ 93 NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL. .................................... 93 Identifica los condensadores según el material utilizado en su fabricación. ........... 93 Calcula el valor de su capacidad por el código de marca. ......................................... 95 Calcula la capacidad equivalente en circuitos en serie-paralelo............................... 96 Utiliza el generador de señales. ..................................................................................... 97 Utiliza el osciloscopio. ...................................................................................................... 99 3.7. IMPLEMENTA FILTRO PASA BAJO RC. ........................................................ 101 3.8. IMPLEMENTA FILTRO PASA ALTO RC. ........................................................ 104 3.9. IMPLEMENTA FILTRO PASA BANDA RC. ..................................................... 106 3.10. IMPLEMENTA FILTRO RECHAZA BANDA RC.............................................. 109
4. FUNDAMENTO TEÓRICO. ...................................................................................... 111 4.1. CONDENSADORES. ........................................................................................... 111 4.2. CLASIFICACIÓN .................................................................................................. 112 4.3. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE UN CONDENSADOR .................. 115 4.4. CONDENSADOR ELECTROLÍTICO ................................................................ 116 4.5. CONDENSADOR DE ESTADO SÓLIDO ......................................................... 117 4.6. CONDENSADOR DE ALUMINIO. ..................................................................... 117 4.7. CONDENSADOR DE TANTALIO (TÁNTALO). ............................................... 117 4.8. CONDENSADOR DE POLIÉSTER. .................................................................. 118 4.9. CONDENSADOR PLÁSTICO. ........................................................................... 118 4.10. CONDENSADOR CERÁMICO. .......................................................................... 118 4.11. IDENTIFICACIÓN DE SU CAPACIDAD. .......................................................... 120 4.12. CAPACITORES SMD (S ..................................................................................... 121 4.13. CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR. ........................................ 122 4.14. ASOCIACION DE CONDENSADORES. .......................................................... 124 4.15. REACTANCIA CAPACITIVA (XC). ..................................................................... 127 4.16. CONCEPTOS PREVIOS PARA FILTROS. ...................................................... 128 4.17. NÚMEROS COMPLEJOS O IMAGINARIO. .................................................... 131 4.18. OPERACIONES CON NÚMEROS COMPLEJOS. ......................................... 132 4.19. CLASIFICACIÓN DE LOS FILTROS. ............................................................... 133 4.20. ESCALA SEMILOGARÍTMICA........................................................................... 140 4.21. FILTRO PASA BAJO RC. ................................................................................... 141 4.22. FILTRO PASA ALTO RC. ................................................................................... 142 4.23. FILTRO PASA BANDA RC. ................................................................................ 143 4.24. FILTRO RECHAZA BANDA RC. ........................................................................ 144
TAREA3: IDENTIFICA Y ANALIZA LOS INDUCTORES. ................................................ 146 1. EQUIPOS Y MATERIALES. ..................................................................................... 146 2. ORDEN DE EJECUCIÓN: ........................................................................................ 146 3. OPERACIÓN. .............................................................................................................. 147
3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL. ....................... 147 3.2. IDENTIFICA LAS BOBINAS SEGÚN EL MATERIAL UTILIZADO EN SU FABRICACIÓN. ............................................................................................................... 147 3.3. CALCULA EL VALOR DE SU INDUCTANCIA POR EL CÓDIGO DE MARCA. ........................................................................................................................... 148 3.4. IMPLEMENTA FILTRO PASA BAJO RL. ......................................................... 149 3.5. IMPLEMENTA FILTRO PASA ALTO RL. ......................................................... 151 3.6. IMPLEMENTA FILTRO PASA BANDA RLC. ................................................... 154 3.7. IMPLEMENTA FILTRO RECHAZA BANDA RC.............................................. 156
4. FUNDAMENTO TEÓRICO. ...................................................................................... 159 4.1. BOBINAS. .............................................................................................................. 159
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4.2. CLASIFICACIÓN DE BOBINAS......................................................................... 160 4.3. BOBINA CON NÚCLEO DE AIRE. .................................................................... 162 4.4. BOBINA CON NÚCLEO SÓLIDO. ..................................................................... 164 4.5. BOBINA DE NIDO DE ABEJA. .......................................................................... 166 4.6. BOBINA TOROIDAL. ........................................................................................... 166 4.7. ASOCIACIÓN DE BOBINAS. ............................................................................. 167 4.8. CÓDIGO DE COLORES. .................................................................................... 168 4.9. CÓDIGO DE MARCA. ......................................................................................... 171 4.10. RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LA BOBINA. ......................................... 172 4.11. FILTRO PASA BAJO RL. .................................................................................... 174 4.12. FILTRO PASA ALTO RL. .................................................................................... 175 4.13. FILTRO PASA BANDA RLC. .............................................................................. 176 4.14. FILTRO RECHAZA BANDA RLC. ..................................................................... 178 4.15. TRANSFORMADOR. ........................................................................................... 180 4.16. PROTOBOARD. ................................................................................................... 181
TAREA3: IDENTIFICA Y ANALIZA UN DIODO. ............................................................... 183 1. EQUIPOS Y MATERIALES: ..................................................................................... 183 2. ORDEN DE EJECUCIÓN: ........................................................................................ 183 3. OPERACIÓN. .............................................................................................................. 184
3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL. ....................... 184 3.2. IDENTIFICA LOS PRINCIPALES TIPOS DE DIODOS. ................................ 184 3.3. IDENTIFICA LOS CÓDIGOS DE MARCA DE DIODOS. ............................... 186 3.4. IMPLEMENTA CIRCUITOS BÁSICOS CON DIODOS. ................................. 189
4. FUNDAMENTO TEÓRICO. ...................................................................................... 198 4.1. MATERIALES SEMICONDUCTORES. ............................................................ 198 4.2. POLARIZACIÓN DEL DIODO. ........................................................................... 199 4.3. CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO. ....................................................... 201 4.4. MODELO MATEMÁTICO. ................................................................................... 203 4.5. DIODO LASER. .................................................................................................... 204 4.6. DIODO ZENER ..................................................................................................... 205 4.7. DIODO LED. .......................................................................................................... 207 4.8. DIODO DE CRISTAL. .......................................................................................... 209 4.9. DIODO DE CORRIENTE CONSTANTE ........................................................... 210 4.10. DIODO TÚNEL O ESAKI. ................................................................................... 210 4.11. DIODO GUNN. ...................................................................................................... 211 4.12. DIODO OLED (ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE). ................................. 213 4.13. FOTODIODOS. ..................................................................................................... 215 4.14. DIODO CON PUNTAS DE CONTACTO. ......................................................... 215 4.15. DIODO PIN. ........................................................................................................... 216 4.16. DIODO SCHOTTKY. ............................................................................................ 216 4.17. CIRCUITOS LIMITADORES............................................................................... 217 4.18. RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA. ................................................................. 219 4.19. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA. ....................................................... 221 4.20. CODIFICACIÓN. ................................................................................................... 222 4.21. ENCAPSULADO DE DIODOS. .......................................................................... 225 4.22. DIODOS SMD. ...................................................................................................... 226
TAREA4: IDENTIFICA Y ANALIZA UN TRANSISTOR. ................................................... 228 1. EQUIPOS Y MATERIALES. ..................................................................................... 228 2. ORDEN DE EJECUCIÓN. ........................................................................................ 228 3. OPERACIÓN. .............................................................................................................. 229
3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL. ....................... 229
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3.2. IDENTIFICA LOS PRINCIPALES TIPOS DE TRANSISTORES BIPOLARES DE JUNTURA (BJT). ...................................................................................................... 229 3.3. IDENTIFICA LOS CÓDIGOS DE MARCA DE UN TRANSISTOR BJT. ...... 230 3.4. IDENTIFICA LOS PRINCIPALES TIPOS DE TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO (FET). ......................................................................................................... 231 3.5. IDENTIFICA LOS CÓDIGOS DE MARCA DE UN TRANSISTOR FET. ..... 232 3.6. IMPLEMENTA CIRCUITOS BÁSICOS CON TRANSISTORES. .................. 233 3.7. IMPLEMENTA FILTRO PASA BAJO ACTIVO. ............................................... 240 3.8. IMPLEMENTA FILTRO PASA ALTO ACTIVO. ............................................... 245 3.9. IMPLEMENTA FILTRO PASA BANDA ACTIVO. ............................................ 250 3.10. IMPLEMENTA FILTRO RECHAZABANDA ACTIVO. ..................................... 253
4. FUNDAMENTO TEÓRICO: ...................................................................................... 256 4.1. TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNTUTA (BJT). ............................................... 256 4.2. TIPOS DE TRANSISTOR DE UNIÓN BIPOLAR. ........................................... 259 4.3. REGIONES DE OPERACIÓN DE UN TRANSISTOR BJT. .......................... 261 4.4. TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO (FET). ............................................ 262 4.5. TIPOS DE TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO. .................................... 263 4.6. ZONAS DE TRABAJO DEL FET. ...................................................................... 265 4.7. TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO METAL ÓXIDO SEMICONDUCTOR (MOSFET). .................................................................................. 266 4.8. ZONAS DE TRABAJO MOSFET. ...................................................................... 268 4.9. ENCAPSULADO DE LOS TRANSISTORES. .................................................. 269 4.10. CÓDIGO EN EL ENCAPSULADO DE LOS COMPONENTES SEMICONDUCTORES. ................................................................................................. 271 4.11. ENCAPSULADOS PARA CIRCUITOS INTEGRADOS. ................................ 275 4.12. REGULADORES DE VOLTAJE ......................................................................... 277 4.13. AMPLIFICADOR OPERACIONAL. .................................................................... 278
TAREA 4: UTILIZA SOFTWARE DE ELECTRÓNICA. .................................................... 283 1. EQUIPOS Y MATERIALES. ..................................................................................... 283 2. ORDEN DE EJECUCIÓN. ........................................................................................ 283 3. OPERACIÓN. .............................................................................................................. 284
3.2. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL. ....................... 284 3.3. UTILIZA PROGRAMAS SE SIMULACIÓN ELECTRÓNICA. ........................ 284 3.4. UTILIZA PROGRAMAS PARA CREACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS. 287 3.5. ELABORA SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS BÁSICOS. .. 298 3.6. ELABORA SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS BÁSICOS. .. 299
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TAREA1: IDENTIFICA Y ANALIZA RESISTENCIAS.
El Técnico en Redes y Comunicación de Datos, al término de esta tarea podrá
identificar y reconocer las principales características técnicas de las
resistencias. Para ejecutar esta tarea deberá desarrollar las siguientes
operaciones:
Identifica las resistencias según el material utilizado para su construcción.
Identifica y calcula el valor nominal de una resistencia por código de colores.
Identifica y calcula el valor nominal de una resistencia por código de marca.
.
1. EQUIPOS Y MATERIALES:
Fuente de alimentación regulable de laboratorio.
Milímetro digital
Resistencias fijas de: Resistencia de hilo bobinado, Resistencia de carbón
prensado, resistencia de película de carbón, Resistencias de película de
óxido metálico, Resistencias de película metálica.
Resistencias variables: Potenciómetro de mando, Potenciómetro de ajuste,
Potenciómetro rotatorios, Potenciómetro múltiples, Termistor NTC (K252),
Termistor PTC, Foto resistencia, Resistencia VDR.
Resistencias SMD con código de marca de 03 dígitos, Resistencias shd con
código de marca de 03 dígitos.
Bombilla
2. ORDEN DE EJECUCIÓN:
Identifica las resistencias según el material de construcción.
Identifican la resistencia según su potencia.
Identifican y calculan su valor nominal por código de colores.
Identifican y calculan su valor nominal por código de marca.
Calcula resistencias equivalentes en circuitos en serie.
Calcula resistencias equivalentes en circuitos en paralelo.
Calcula resistencias equivalentes en circuitos mixtos.
No basta saber, se debe también aplicar. No
es suficiente querer, se debe también hacer.
Johann Wolfgang Goethe
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Utiliza la ley de Ohm.
Utiliza la ley de Kirchhoff.
Utiliza el teorema de Thévenin y Norton.
Utiliza el teorema de máxima transferencia.
Utiliza el teorema de Millman.
Utiliza el teorema de sustitución.
Utiliza el teorema de reciprocidad.
3. OPERACIÓN.
3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL.
Normas de seguridad:
Identifique el lugar de los extinguidores y la ubicación de las salidas del
laboratorio.
Recuerda dónde está situado el botiquín.
No pongas en funcionamiento un equipo de laboratorio sin que el instructor
haya revisado la instalación.
No utilices ninguna herramienta o equipo sin conocer su uso, funcionamiento
y normas de seguridad específicas.
Maneja con especial cuidado el material frágil.
Informa al instructor del material roto o averiado.
No fumar, comer o beber en el taller.
Utiliza una bata o mandil siempre bien abrochado, para proteger tu ropa.
Guarda tus prendas y los objetos personales y no los dejes sobre la mesa de
trabajo.
Procura no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras
dentro del laboratorio.
Ten siempre tus manos limpias y secas. Si tienes alguna herida protégela.
Mantenga su puesto de trabajo limpio y ordenado, para evitar accidente.
Mantenga las herramientas ordenadas para evitar accidentes.
Normas de protección ambiental:
Recuerda la ubicación de los tallos para elementos tóxicos.
Los componentes electrónicos son tóxicos.
Si salpicas la mesa, límpiala con agua y sécala después con un paño.
Al acabar la práctica, limpia y ordena el material utilizado.
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Los desechos tóxicos, generados en la tarea deben recolectados y
entregados al instructor para ser depositados en tacho de elementos tóxicos.
Identifica las resistencias según el material utilizado para su
construcción.
El participante realizara el reconocimiento de los diferentes tipos de
resistencias teniendo en cuenta el material utilizado para su fabricación,
siguiendo normas de seguridad y protección ambiental.
Identifica el tipo de material y sus principales características de
Resistencias Fijas:
Para esta operación el instructor debe proporcionar al aprendiz resistencias
fijas que estén fabricados de distintos materiales: Aglomerados, hilo bobinado,
carbón prensado, película de carbón, película de óxido metálico, película
metálica, metal vidriado.
1. Identifica resistencia fija de aglomerados.
Color de la
cubierta
Código de colores Potencia Material Utilizado
para su fabricación
2. Identifica resistencia fija de hilo bobinado.
Color de la
cubierta
Código de colores Potencia Material Utilizado para
su fabricación
3. Identifica resistencia fija de carbón prensado.
Color de la
cubierta
Código de colores Potencia Material Utilizado para
su fabricación
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4. Identifica resistencia fija de película de carbón.
Color de la
cubierta
Código de colores Potencia Material Utilizado para
su fabricación
5. Identifica resistencia fija de película de óxido metálico.
Color de la
cubierta
Código de colores Potencia Material Utilizado para
su fabricación
6. Identifica resistencia fija de película metálica.
Color de la
cubierta
Código de colores Potencia Material Utilizado para
su fabricación
7. Identifica resistencia fija de metal vidriado.
Color de la
cubierta
Código de colores Potencia Material Utilizado para
su fabricación
Identifica el tipo de material y sus principales características de
Resistencias Variable:
Para esta operación el instructor debe proporcionar al aprendiz resistencias
variables como: Potenciómetros, Termistores y LDR.
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1. Identifica resistencia variable por movimientos mecánicos o potenciómetros.
Nombre de la
Resistencia
Valor
mínimo
Valor
máximo
Tipo Material Utilizado
para su
fabricación
2. Identifica resistencia variable por temperatura.
Nombre de
la
Resistencia
Valor
mínimo
Valor
máximo
Tipo Material Utilizado
para su fabricación
En una resistencia NTC (Negative Temperatura Coefficient), llamada también
termistor, la resistencia disminuye en la medida que aumenta la temperatura. El
cambio de la resistencia puede provocarse por medio de un cambio de la
temperatura del medio ambiente o por medio de la refrigeración propia debido a
diferentes cargas eléctricas.
La típica curva característica de una resistencia NTC tiene una forma
exponencial; la curva depende del material empleado, de la forma constructiva
y el cambio de temperatura.
Para comprender la función Resistencia NTC debemos implementar el siguiente circuito:
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Voltaje de la
Fuente
2V 4V 7V 10V 15V 18V
VNTC
INTC
RNTC
En una resistencia PTC (Positive Temperatura Coefficient), llamada también
conductor frío, la resistencia aumenta en la medida en que aumenta la
temperatura. El cambio de la resistencia puede provocarse por medio de un
cambio de la temperatura del medio ambiente o por medio del calentamiento
propio o de la refrigeración propia debido a las diferentes cargas eléctricas.
Para comprender la función de la Resistencia NTC debemos implementar el siguiente circuito:
Voltaje de la
Fuente
2V 4V 7V 10V 15V 18V
VPTC
IPTC
RPTC
3. Identifica resistencia variable por intensidad de luz.
Nombre de la
Resistencia
Valor
mínimo
Valor
máximo
Tipo
La resistencia fotoeléctrica (LDR= Light Dependent Resistor), es un elemento
constructivo en el que disminuye la resistencia cuando aumenta la iluminación,
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es decir, que aumenta la resistencia cuando disminuye la intensidad de
iluminación.
El cambio de la resistencia se basa en el efecto interior fotoeléctrico. Por medio
dela absorción de energía de radiación se genera libres portadores de carga en
el material semiconductor, aumentando así la conductividad.
La resistencia fotoeléctrica se emplea a menudo en circuitos electrónicos:
barreras de luz, como interruptores automáticos de crepúsculo, como
guardallamas, como avisadores de incendios, etc.
Para comprender la función Fotoeléctrica debemos implementar el siguiente
circuito:
Fijar el valor de voltaje de la fuente del laboratorio en 12V, varíe el valor del
potenciómetro llene la siguiente tabla:
Valor
Potenciómetro
1KΩ 3KΩ 5KΩ 7KΩ 9KΩ 10KΩ
V(Voltios)
ILDR
RLDR
Identifica y calcula el valor nominal de una resistencia por código de
colores.
El participante podrá identificar y calcular el valor de una resistencia teniendo
en cuenta el código de colores y código de marca, en resistencias fijas.
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Identifica el código de colores de cuatro bandas de una resistencia fija y
calcula el valor de resistencia:
Para el desarrollo de esta operación el instructor debe proporcionar al
participante 04 resistencias fijas que poseen distintos códigos de colores, con
cuatro bandas.
1. Llene la siguiente tabla:
Color
1ra Banda
Color
2ra Banda
Color
3ra Banda
Color
4ta Banda
Valor
Nominal
Valor
mínimo
Valor
máximo
Identifica el código de colores de cinco bandas de una resistencia fija y
calcula el valor de resistencia:
Para el desarrollo de esta operación el instructor debe proporcionar al
participante 04 resistencias fijas que poseen distintos códigos de colores, con
cinco bandas.
1. Llene la siguiente tabla:
Color
1ra
Banda
Color
2ra
Banda
Color
3ra
Banda
Color
4ta
Banda
Color
5ta
Banda
Valor
Nominal
Valor
mínimo
Valor
máximo
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Identifica y calcula el valor nominal de una resistencia por código de marca.
Para el desarrollo de esta operación el instructor debe proporcionar al
participante 04 resistencias fijas que poseen distintos códigos de marca.
1. Llene la siguiente tabla:
Código de
marca
Valor de
tolerancia
Valor
Nominal
Valor
mínimo
Valor
máximo
Calcula resistencias equivalentes en circuitos en serie.
Las resistencias asociadas en serie, son aquellas que comparten un nodo entre
sí. Sus principales características son:
La suma del voltaje de cada resistencia, es igual al voltaje de alimentación.
La corriente es constante en una resistencia
Para comprobar las características de los circuitos en serie, implemente el
siguiente circuito en el protoboard:
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Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito en serie, vamos a
variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en cada una de las
resistencias y llenamos la siguiente tabla:
Voltaje de la Fuente
(V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
VR1
VR2
VR3
VR4
VR1+VR2+VR3+VR4
Comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito en serie, vamos
a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente en cada una de las
resistencias y llenamos la siguiente tabla:
Voltaje de la
Fuente (V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
IR1
IR2
IR3
IR4
Desconecte la fuente de alimentación del circuito, utilizando el multímetro tome
la medida de la.
Valor Obtenido=__________________________________________
Como se denomina el valor obtenido:__________________________
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Utilizando un potenciometro, regule su valor hasta obtener el de la resistencia
obtenido en el paso anterior. e implemente el siguiente circuito:
Para comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito equivalente
en serie, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente en
cada una de las resistencia y llenamos la siguiente tabla
Voltaje de la Fuente
(V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
IRequivalente
Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito equivalente en serie,
vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en cada una de
las resistencias y llenamos la siguiente tabla:
Voltaje de la Fuente
(V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
VRequivalente
Calcula resistencias equivalentes en circuitos en paralelo.
Las resistencias asociadas en paralelo, son aquellas que comparten dos nodos
entre sí. Sus principales características son:
La suma de las corrientes de cada resistencia, es igual a la corriente de la
fuente de alimentación.
El voltaje es constante en una resistencia.
Para comprobar las características de los circuitos en paralelo, implemente el
siguiente circuito en el protoboard:
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Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito en paralelo, vamos a
variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en cada una de las
resistencias y llenamos la siguiente tabla:
Voltaje de la
Fuente (V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
VR1
VR2
VR3
VR4
Para calcular la corriente que suministra de la fuente al circuito electrónico,
utilizamos el siguiente procedimiento:
IFUENTE
Comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito en serie, vamos
a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente en cada una de las
resistencias y llenamos la siguiente tabla:
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Voltaje de la Fuente
(V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
IR1
IR2
IR3
IR4
IR1+IR2+IR3+IR4
Desconecte la fuente de alimentación del circuito, utilizando el multímetro tome
la medida de la.
Valor Obtenido=__________________________________________
Como se denomina el valor obtenido:__________________________
Utilizando un potenciometro y el Ohmimetro, regule su valor hasta obtener el
vcalor de la resistencia equeivalente (Valor del de la resistencia obtenido en el
paso anterior). Implemente el siguiente circuito:
Para comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito equivalente
en paralelo, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente
en cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:
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Voltaje de la Fuente
(V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
IRequivalente
Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito equivalente en
paralelo, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en
cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:
Voltaje de la Fuente
(V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
VRequivalente
Calcula resistencias equivalentes en circuitos mixtos.
a. Calculo de la resistencia equivalente mixto básico:
Las resistencias asociadas en un circuito mixto, son aquellas que combinan
partes en serie y paralelo.
Para comprobar las características de los circuitos en paralelo, implemente el
siguiente circuito en el protoboard:
Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito mixto, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:
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Voltaje de la
Fuente (V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
VR1
VR2
VR3
VR4
VR5
VR6
VR7
Para calcular la corriente que suministra de la fuente al circuito electrónico,
utilizamos el siguiente procedimiento.
IFUENTE
Comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito en serie, vamos
a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente en cada una de las
resistencias y llenamos la siguiente tabla:
Voltaje de la Fuente (V1) 2V 4V 7V 10V 15V 18V
IR1
IR2
IR3
IR4
IR5
IR6
IR7
IR1+IR2+IR3+IR4+IR5+IR6+IR7
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Desconecte la fuente de alimentación del circuito, utilizando el multímetro tome
la medida de la.
Valor Obtenido=__________________________________________
Como se denomina el valor obtenido:__________________________
Utilizando un potenciometro, regule su valor hasta obtener el de la resistencia
obtenido en el paso anterior. e implemente el siguiente circuito:
Para comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito equivalente
en paralelo, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente
en cada una de las resistencia y llenamos la siguiente tabla
Voltaje de la Fuente
(V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
IRequivalente
Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito equivalente en
paralelo, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en
cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Voltaje de la Fuente
(V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
VRequivalente
b. Calculo de la resistencia equivalente en un circuito delta-estrella:
Las resistencias asociadas en un circuito mixto, son aquellas que combinan
partes en serie y paralelo.
Para comprobar las características de los circuitos en paralelo, implemente el
siguiente circuito en el protoboard:
Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito mixto, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:
Voltaje de la
Fuente (V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
VR1
VR2
VR3
VR4
VR5
VR6
Para calcular la corriente que suministra de la fuente al circuito electrónico, utilizamos el siguiente procedimiento
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 26
IFUENTE
Comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito en serie, vamos
a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente en cada una de las
resistencias y llenamos la siguiente tabla:
Voltaje de la Fuente (V1) 2V 4V 7V 10V 15V 18V
IR1
IR2
IR3
IR4
IR5
IR6
IR1+IR2+IR3+IR4+IR5+IR6
Desconecte la fuente de alimentación del circuito, utilizando el multímetro tome
la medida de la.
Valor Obtenido=__________________________________________
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Como se denomina el valor obtenido:__________________________
Utilizando un potenciometro, regule su valor hasta obtener el de la resistencia
obtenido en el paso anterior. e implemente el siguiente circuito:
Para comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito equivalente
en paralelo, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente
en cada una de las resistencia y llenamos la siguiente tabla
Voltaje de la Fuente
(V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
IRequivalente
Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito equivalente en
paralelo, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en
cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:
Voltaje de la Fuente
(V1)
2V 4V 7V 10V 15V 18V
VRequivalente
Utiliza la ley de Ohm.
Esta ley establece: El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito
eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e
inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene
conectada.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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La tensión o voltaje aplicado, es directamente proporcional a la corriente que
circula por un circuito cerrado, y directamente resistencia en ohm de la carga
que tiene conectada
La resistencia en ohm de la carga que tiene conectada, es directamente
proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la
corriente que circula por un circuito cerrado:
Para comprobar la ley de Ohm, implemente el siguiente circuito en el
protoboard:
Comprobando el comportamiento de la ley de Ohm con la corriente, vamos a medir el valor de voltaje en cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:
Medir el Voltaje
(V)
Calcular
I=V/R
Medir la corriente
I=V/R
VR1 IR1 IR1
VR2 IR2 IR2
VR3 IR3 IR3
VR4 IR4 IR4
Comprobando el comportamiento de la ley de Ohm con el voltaje, vamos a medir el valor de la Corriente en cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Medir la Corriente
(I)
Calcular
V=I*R
Medir la corriente
(I)
IR1 VR1 VR1
IR2 VR2 VR2
IR3 VR3 VR3
IR4 VR4 VR4
Comprobando el comportamiento de la ley de Ohm con el valor de la resistencia, vamos a medir el valor de la Corriente y el voltaje en cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:
Medir la Corriente
(I)
Medir la corriente
(I)
Calcular valor de la
resistencia
R=V/I
IR1 VR1 R1
IR2 VR2 R2
IR3 VR3 R3
IR4 VR4 R4
Utiliza la ley de Kirchhoff.
a. Ley de corrientes de Kirchhoff: Esta ley establece que la suma algebraica
de las corrientes que entran a cualquier nodo es cero.
Para comprobar la ley de corriente de Kirchhoff, implementar el siguiente circuito en el protoboard:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Comprobando la ley de corriente de Kirchhoff, vamos a medir el valor de la Corriente en los nodos A y B. Llenamos la siguiente tabla:
Medir la Corriente
en el nodo A
Medir la Corriente
en el nodo B
IR1-A IR3-B
IA-R2 IB-R4
IA-R3 IB-R5
b. Ley de tensión de Kirchhoff: Esta ley establece que la suma algebraica de
las tensiones alrededor de cualquier trayectoria cerrada es cero.
Para comprobar la ley de corriente de Kirchhoff, implementar el siguiente circuito en el protoboard:
Comprobando la ley de Tensión de Kirchhoff, vamos a medir el valor el Voltaje en la malla ABM, BCM. Llenamos la siguiente tabla:
Medir el Voltaje
en la malla ABM
Medir el Voltaje
en la malla BCM
VFUENTE VR2
VR1 VR3
VR2 VR4
VFUENTE=VR1+VR2 VR2=VR3+VR4
Utiliza el teorema de Thévenin y Norton.
El teorema de Thévenin establece que un circuito compuesto por resistencias y
fuentes dependientes (y lineales) y fuentes independientes puede
reemplazarse por un circuito equivalente consistente en una fuente de tensión
Vuh y una resistencia Ruth.
M M M
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Para comprobar la ley de corriente de Kirchhoff, implementar el siguiente circuito en el protoboard:
Mida el voltaje en los puntos AC (R3)
VR3
Para calcular el voltaje de Thévenin en los puntos AC, implemente el siguiente circuito en el protoboard:
VB-C
Para calcular la resistencia de Thévenin en los puntos AC, implemente el siguiente circuito en el protoboard:
RB-C = Ruth
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Para calcular el Voltaje en la resistencia R3, utilizando el teorema de Thévenin,
implemente el siguiente circuito en el protoboard:
Utiliza el teorema de máxima transferencia.
El teorema de máxima transferencia de potencia establece, que una carga
recibirá la máxima transferencia si su valor resistivo es igual al valor de la
resistencia de Thévenin.
Para comprobar la ley de máxima transferencia de energía, implementar el
siguiente circuito en el protoboard:
Comprobando la ley de máxima transferencia de energía, vamos a medir el
valor el Voltaje en la Resistencia RL, Llene la siguiente tabla:
Valor del
Potenciómetro (RL)
1KΩ 2KΩ 5KΩ 10KΩ 15KΩ 20KΩ
VRL
Con cuál de los valores del potenciómetro que se muestra en la tabla, se
obtiene el mayor voltaje:
VR3
Max.
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Utiliza el teorema de Millman.
El Teorema de Millman si se tiene un circuito con sólo dos nodos (cuando se
tienen varias ramas en paralelo) en cada una de dichas ramas se tiene una
fuente de tensión en serie con una resistencia en serie. Se obtiene
directamente la diferencia de potencial en los extremos del circuito a y b. Este
teorema establece que el voltaje Vm entre los nodos a y b es igual a la suma
de los productos que resultan al multiplicar la fuente de tensión en cada rama,
Vk, por la conductancia en dicha, Gk, para todas las ramas k = 1, 2,..., n, todo
dividido por la suma de las conductancias, tal como se muestra en la siguiente
ecuación
∑
∑
∑
∑
Para comprobar el teorema de Millman, implementar el siguiente circuito en el
protoboard:
Medir el voltaje y la corriente en la resistencia de carga (RL):
Calculando el voltaje de Millman que utilizaremos en el circuito equivalente
según el teorema de Millman
Calculando la Resistencia equivalente de Millman que utilizaremos en el
circuito equivalente según el teorema de Millman
VRL
IRL
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Implementar el circuito equivalente de Millman, en el protoboard
Nota: Para obtener la resistencia equivalente de Millman utilice un
potenciómetro de un 1KΩ, ajuste su valor con la ayuda de un potenciómetro
hasta obtener el valor de la Rmillman, en el paso anterior.
Medir el voltaje y la corriente en la resistencia de carga (RL):
Utiliza el teorema de sustitución.
Llamado también "Teorema de compensación". Es tan sencillo y trivial que
muchas veces no selo considera. Tiene su aplicación principalmente en
circuitos con acoplamiento magnético y se puede enunciar como:
Si un elemento o rama de un circuito se define por la relación Vab = Zab.* lab, o
por Iab = Yab * Vab dicho elemento o rama, puede sustituirse por una fuente de
tensión compensadora cuyo valor esté dado por (Zab* lab) o por una fuente de
corriente dada por (Yab* Vab).
Para comprobar el teorema de sustitución, implementar el siguiente circuito en
el protoboard:
VRL
IRL
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Comprobando el teorema de sustitución, vamos a medir el valor el Voltaje y la corriente en cada una de las resistencias del circuito. Llenamos la siguiente tabla:
Medir la Corriente
en cada resistencia
Medir el voltaje
en cada resistencia
IR1 VR1
IR2 VR2
IR3 VR3
IR4 VR4
IR5 VR5
Con el voltímetro regule la fuente de voltaje de la fuente al valor obtenido entre los puntos AB, e implementamos el siguiente circuito en el protoboard.
Comprobando el teorema de sustitución, vamos a medir el valor el Voltaje y la corriente en cada una de las resistencias del circuito. Llenamos la siguiente tabla:
Medir la Corriente
en cada resistencia
Medir el voltaje
en cada resistencia
IR2 VR2
IR4 VR4
IR5 VR5
Nota: Comprobar si los valores de voltaje y corriente en R2, R4 y R5, en las dos
tablas son iguales.
Utiliza el teorema de reciprocidad. El teorema reciprocidad establece que si en un circuito lineal, con una red
donde solamente tengamos una fuente de tensión en una malla cualquiera R,
produciendo una corriente en otra malla diferente S, se puede cambiar la fuente
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en la malla S, y nos producirá en la malla R la misma corriente que antes se
producía en la S. Es decir, que se pueden intercambiar la causa, la fuente, con
el efecto corriente, en sus respectivas mallas.
Para comprobar el teorema de sustitución, implementar el siguiente circuito en
el protoboard:
Comprobando el teorema de reciprocidad, vamos a medir el valor de la corriente en la resistencia R1 del circuito. Llenamos la siguiente tabla 1:
Medir la Corriente en cada resistencia
IR4
En la rama de la fuente (AM) realice un cortocircuito. Conecte la fuente de voltaje en la
rama (CM), para lo cual implementamos el siguiente circuito en el protoboard:
Medir la Corriente en cada resistencia
IR1
El teorema de reciprocidad se cumplirá si los valores de la corriente en la
resistencia R1 y la corriente en la resistencia R4, son iguales.
Comparar las corriente en la resistencia R1 y R4
IR1 IR4
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FUNDAMENTO TEÓRICO. VOLTAJE (V): También llamado diferencia de potencia o fuerza electromotriz
(f.e.m), es la cantidad de trabajo eléctrico que se necesita para transportar una
carga eléctrica de un punto a otro de un circuito.
Sea el voltaje utiliza como unidad de mediada los Voltios, al cual se representa
como (V). Si los valores son pequeños se utiliza los mili voltios (mV), si son
grandes Kilovoltios (KV).
a. Voltaje Alterno: Se denomina aquel voltaje cuyo valor varía en forma
constante, y se repite en intervalos de tiempos constantes denominados
ciclos o periodos.
Tiene varias presentaciones: Escalón, Diente de sierra, Senoidal. La más
utilizada es la que tiene forma Senoidal.
Los principales parámetros de un voltaje alterno son:
Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante, t,
determinado.
Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico máximo (pico positivo) y
su mínimo (pico negativo). El valor máximo de sen(x) es +A0 y el valor
mínimo es -A0, por lo tanto –AP-P= (+AP)-(-AP) = 2×AP.
Valor medio (Amed): Valor del área que forma con el eje de abscisas
partido por su período. El área se considera positiva si está por encima
del eje de abscisas y negativa si está por debajo. Como en una señal
sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su valor medio es
nulo. Por eso el valor medio de una onda sinusoidal se refiere a un
semiciclo. Mediante el cálculo integral se puede demostrar que su
expresión es la siguiente:
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Valor eficaz (A): Su importancia se debe a que este valor es el que
produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en corriente
continua. Matemáticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con
el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados
de los valores instantáneos alcanzados durante un período:
En la literatura inglesa este valor se conoce como R.M.S. (root mean
square, valor cuadrático medio). En el campo industrial, el valor eficaz es
de gran importancia ya que casi todas las operaciones con magnitudes
energéticas se hacen con dicho valor. Matemáticamente se demuestra
que para una corriente alterna Senoidal el valor eficaz viene dado por la
expresión:
El valor A, tensión o intensidad, es útil para calcular la potencia
consumida por una carga. Así, si una tensión de corriente continua (CC),
VCC, desarrolla una cierta potencia P en una carga resistiva dada, una
tensión de CA de Vrms desarrollará la misma potencia P en la misma
carga si Vrms = VCC.
Su tensión de pico (amplitud), se obtiene despejando de la ecuación antes
reseñada:
Periodo (T): Es un intervalo de tiempo constante que tarda un voltaje
alterno en volverse a repetir o completar un ciclo.
Frecuencia (f): Indica la cantidad de veces que se repite un ciclo o
periodo. Matemáticamente se calcula mediante la siguiente
ecuación:
)(1
Hertzsegundos
Ciclos
Tf
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Velocidad angular (w): Es la velocidad con la cual una señal eléctrica
completa un ángulo de 360º o 2radianes. Matemáticamente se expresa
mediante la siguiente ecuación:
f
fT
w
21
22
Características del voltaje alterno:
No posee polaridad.
Necesita dos polos para poder aplicarse.
Puede ser generado por la instalación eléctrica, generadores de señales,
osciladores, etc.
Posee dos estándares de generación para instalaciones eléctricas, la que
nos permite generar señales a 220V con una f=60Hz. y la que nos permite
generar señales a 110V con un f=50Hz.
b. Voltaje Continuo: Es aquel voltaje cuyo valor permanece constante. Sus
principales características son:
Posee Polaridad.
Necesita dos polos para poderse aplicar.
Puede ser generada por pilas, baterías, Paneles solares, Fuentes de
alimentación.
CORRIENTE.
Es la cantidad de carga que pasa por un conductor en un cierto intervalo de
tiempo al aplicarse sobre una diferencia de potencial o voltaje. Si la diferencia
de potencial es constante se llamara corriente continua (CC), si es variable se
llamara alterna (AC).
La corriente en cualquiera de sus dos presentaciones AC y DC o CC, se mide
en Amperios el cual se representa como (A), si es pequeña se expresa en
miliamperios (mA) o microamperios (A).
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Átomos: protones, electrones y neutrones. Si se pudiera dividir el átomo de
un elemento, tendríamos pequeñísimas partículas que son las que dan a los
átomos sus particulares características. Debemos saber que un átomo de un
elemento se diferencia de un átomo de otro elemento en el número de ciertas
partículas subatómicas que tiene cada uno de ellos, y éstos son los electrones.
En el centro del átomo está el núcleo, que tiene dos clases de partículas: los
protones y los neutrones; alrededor del núcleo giran los electrones en órbitas
electrónicas, así como ocurre con los planetas que giran en torno al sol.
Una característica importantísima de los protones y neutrones es que tienen
carga eléctrica, vale decir: tienen una energía intrínseca y natural, puesta de
manifiesto por las fuerzas que pueden ejercer sobre otras partículas del mismo
tipo y que originan fenómenos de atracción y repulsión entre partículas
cargadas eléctricamente.
Los electrones tienen carga eléctrica negativa (-), los protones tienen carga
eléctrica positiva (+); los protones tienen igual cantidad de carga positiva
quede negativa; por lo tanto, tiene un efecto neutro por la anulación mutua
entre los dos, el neutrón no ejerce fuerza eléctrica sobre un electrón o protón y
tiene la función de separar los protones que están en el núcleo, al electrón.
Un átomo es eléctricamente neutro y eso quiere decir que la cantidad de
electrones es igual al número de protones; ese número de electrones se
denomina "NUMEROATOMICO". Los neutrones tienen intervención en la masa
atómica, que está prácticamente en el núcleo; el resto es espacio vacío donde
los electrones giran a grandes velocidades.
Iones positivos y negativos. Cuando por cualquier circunstancia un átomo
gana o pierde electrones, se dice que dicho átomo se ha ionizado.
Se denomina ION POSITIVO cuando el átomo tiene más protones que
electrones e ION NEGATIVO cuando tiene más electrones que protones. Como
cargas de distinto signo se atraen, cuando están cerca iones negativos y
positivos, éstos se unen, pero también puede ocurrir que solamente se
desprendan los electrones que tiene de más el ión negativo y se dirijan hacia el
ión positivo para neutralizar su carga. Cuando esto ocurre, se dice que el paso
de los electrones "neutralizadores de carga" constituye una CORRIENTE
ELECTRICA.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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POTENCIA. La potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un
dispositivo de dos terminales es el producto de la diferencia de potencial entre
dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo.
Esto es:
Dónde: I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo del
voltaje. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en
vatios.
PREFIJOS. Son letras que se anteponen a una unidad de medidas utilizadas
en la electrónica, las cuales son utilizadas para representar cantidades
pequeñas las cuales se representan con letras minúsculas. Si se utilizan para
representa cantidades grandes se les representas con letras mayúsculas.
Los que utilizaremos es el sistema de medidas adoptado por el Perú, es decir
el sistema internacional de medidas.
El SI fue adoptado por la undécima Conferencia General de Pesos y Medidas
(CGPM o Conférence Générale des Poids et Mesures) en 1960.
Prefijos para cantidades pequeñas Prefijos para cantidades grandes
Factor Prefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo
10-24
Yocto y 1024
Yotta Y
10-21
Zepto z 1021
Zetta Z
10-18
Atto a 1018
Exa E
10-15
Femto f 1015
Peta P
10-12
Pico p 1012
Tera T
10-9
Nano 109 Giga G
10-6
Micro µ 106 Mega M
10-3
Mili m 103 Kilo K
10-2
Centi c 102 Hecto H
10-1
Deci d 101 Deca da
RESISTENCIA. Se denomina resistencia o resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito.
La unidad de medida utilizado en este componente es el Ohmio (Ω), si posee valores grandes se acompaña de los prefijos KILO (K) o Mega (M).
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Símbolo electrónico:
CLASIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA. Existen varios criterios para clasificar a las resistencias o resistores, siendo los más utilizados:
a. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU VALOR: Según este criterio de clasificación
las resistencias o resistores se denominan:
Resistencias Variable: Son aquellas cuyo valor varia por influencia de
algún agente externo como por ejemplo el movimiento mecánico
(Potenciómetros), luz (LDR), Temperatura (PTC, NTC) y el voltaje (VDR).
Resistencias Fijas: Son aquellas cuyos valores permanecen constante a
pesar de la influencia de agentes externos.
b. CLASIFICACIÓN SEGÚN SE POTENCIA: Según este criterio de
clasificación las resistencias o resistores se denominan:
Resistencias de baja Potencia: Son aquellas
cuyas potencias pueden ser: 1/16, 1/8, ¼, ½, 1, y
2Watts. La potencia de la resistencia determina el
tamaño físico de una resistencia, es decir la
resistencia de ¼ o 0.25 W es más pequeña que
la de ½ o 0.5W.
Resistencias de alta potencia: Son aquellas
cuyas potencias son superiores a los 2Watts.
RESISTENCIA FIJAS. Estas resistencias se clasifican según el material
utilizado para su fabricación en:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Resistencias de hilo bobinado: Fue uno de los primeros materiales
utilizados en la fabricación de resistencias o resistores, aún se sigue
utilizando cuando se requieren potencias algo elevadas de disipación.
Están constituidas por un hilo conductor (terminal de alambre), bobinado en
forma de hélice o espiral a modo de rosca de tornillo (película delgada de
metal de alta resistencia), núcleo de cerámica y una cubierta.
Las aleaciones empleadas en la fabricación de una resistencia de hilo
bobinado más utilizado se muestran en la siguiente tabla, y se procura la
mayor independencia posible de la temperatura, es decir, que se mantenga
el valor en ohmios independientemente de la temperatura.
Resistencias de carbón prensado: Estas fueron uno de los primeras
materiales utilizados en la fabricación de resistencias o resistores. Están
constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual se prensa hasta
formar un tubo.
Metal Resistividad
relativa (Cu = 1)
Coef. Temperatura
a (20° C)
Aluminio 1.63 + 0.004
Cobre 1.00 + 0.0039
Constantan 28.45 ± 0.0000022
Karma 77.10 ± 0.0000002
Manganina 26.20 ± 0.0000002
Cromo-Níquel
65.00 ± 0.0004
Plata 0.94 + 0.0038
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Los pines de conexión se implementaban con hilo enrollado en los extremos
del tubo de grafito, posteriormente se mejoró el sistema mediante un tubo
hueco cerámico (figura inferior) en el que se prensaba el grafito en el interior
y finalmente se disponían unos bornes a presión con patillas de conexión.
Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen
unas tolerancias de fabricación muy elevadas, en el mejor de los casos se
consigue un 10% de tolerancia. También poseen ruido térmico también
elevado, lo que las hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido
es un factor crítico, tales como amplificadores de micrófono, fono o donde
exista mucha ganancia. Estas resistencias son también muy sensibles al
paso del tiempo, y variarán ostensiblemente su valor con el transcurso del
mismo.
Resistencias de película de carbón: Es una de las más utilizadas hoy en
día, se comercializan con potencias que pueden alcanzar 2W.
Para su fabricación se utiliza un tubo cerámico como sustrato sobre el que
se deposita una película de carbón tal como se aprecia en la figura.
Para obtener valor de resistencia más elevada, se practica una hendidura
hasta el sustrato en forma de espiral, con lo que se logra aumentar la
longitud del camino eléctrico, lo que equivale a aumentar la longitud del
elemento resistivo.
Las conexiones externas se hacen mediante crimpiado de cazoletas
metálicas a las que se une hilos de cobre bañados en estaño para facilitar la
soldadura. Al conjunto completo se le baña de laca ignífuga y aislante o
incluso vitrificada para mejorar el aislamiento eléctrico. Se consiguen así
resistencias con una tolerancia del 5% o mejores, además tienen un ruido
térmico inferior a las de carbón prensado, ofreciendo también mayor
estabilidad térmica y temporal que éstas.
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Resistencias de película de óxido metálico: Para su fabricación de utiliza
un tubo de cerámico como sustrato sobre el cual se deposita una película
de, para obtener valor de resistencia más elevada, se practica una hendidura
hasta el sustrato en forma de espiral, con lo que se logra aumentar la
longitud del camino eléctrico, lo que equivale a aumentar la longitud del
elemento resistivo.
Las conexiones externas se hacen mediante crimpiado de cazoletas
metálicas a las que se une hilos de cobre bañados en estaño para facilitar la
soldadura.
Estas resistencias son más caras que las de película metálica, y no son muy
habituales. Se utilizan en aplicaciones militares (muy exigentes) o donde se
requiera gran fiabilidad, porque la capa de óxido es muy resistente a daños
mecánicos y a la corrosión en ambientes húmedos.
Resistencias de película metálica: Este tipo de resistencia es el que
mayoritariamente se fabrica hoy día, con unas características de ruido y
estabilidad mejoradas con respecto a todas las anteriores. Tienen un
coeficiente de temperatura muy pequeño, del orden de 50 ppm/°C (partes
por millón y grado Centígrado). También soportan mejor el paso del tiempo,
permaneciendo su valor en ohmios durante un mayor período de tiempo. Se
fabrican este tipo de resistencias de hasta 2W de potencia, y con tolerancias
del 1% como tipo estándar.
Resistencias de metal vidriado: Está compuesta por vidrio con polvo
metálico. Como principal característica cabe destacar su mejor
comportamiento ante sobrecargas de corriente, que puede soportar mejor
por su inercia térmica que le confiere el vidrio que contiene su composición.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Como contrapartida, tiene un coeficiente térmico peor, del orden de 150 a
250 ppm/°C. Se dispone de potencias de hasta 3W.
Se dispone de estas resistencias encapsuladas en chips tipo DIL (dual in
line) o SIL (single in line).
Resistencias SMD (SurfaceMountedDevice): Las resistencias SMD o de
montaje en superficie, poseen un tamaño es minúsculo, adecuado para
montar circuitos mucho más pequeños, con el mismo comportamiento, pero
con el correspondiente ahorro de espacio.
Estas resistencias se fabrican utilizando sustrato de
aluminio, un elemento resistivo que se vierte sobre el
sustrato ajustandolo hasta su valor deseado, tres
terminales superior, inferor y lados los cuales estan
fabricados con pasta de plata, niquel y estaño.
La denominación comercial se refiere a ellos por su largo y ancho como p.ej.
0805, lo que de modo codificado significa 0,08 x 0,05 de pulgada, por lo que
si realizan los cálculos podrán ver las dimensiones más usadas en la
siguiente tabla. La altura puede variar según el fabricante y no es crítica para
el proceso de fabricación.
Existen componentes pasivos de forma cilíndrica, conocidos como MELF y
sus variantes maxi, mini y micro-MELF. Al igual que los anteriores sus
terminales de conexión consisten en extremos metalizados y estañados. En
este formato suelen encontrarse resistores y diodos recibiendo estos últimos
el nombre de SOD.
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MELF
Resistores
y Diodos
Códigos Micro-
MELF
Mini-
MELF
MELF Maxi-
MELF
Largo 2,0 3,5 3,6 5,9
Diámetro 1,2 1,4 2,0 2,2
.
POTENCIÓMETRO: Un potenciómetro es una resistencia de tipo variable, es
decir que su valor puede cambiar en un rango establecido por el fabricante del
componente, este control de su valor es casi siempre mecánico. Es decir con
un movimiento o presión podemos controlar indirectamente la intensidad de
corriente que fluye por un circuito en el que está conectado este componente.
Construcción:
Pueden estar construidos sobre papel baquelizado, fibra, alúmina con una pista
de carbón. La pista tiene contactos en sus extremos y un cursor conectado a
un pin que se desliza por la pista resistiva. Se los llama potenciómetros
impresos.
También pueden ser petados: están fabricados con un arrollamiento toroidal de
alambre resistivo con un cursor que mueve el pin sobre el mismo. El
potenciómetro posee los siguientes componentes:
1. Pines de conexión: Están fabricados de cobre y
cubiertos de una aleación de estaño y plomo. Están
sujetos a presión al soporte, para permitir el contacto
con la película resistiva.
2. Soporte: Es una lámina fabricada de fibra o baquelita.
3. Película de carbón: Es una película de carbón y
aglutinante lo cual permite resistir el desgaste del movimiento.
4. Soporte: Proporciona estabilidad al girar el eje del potenciómetro, además
es el tope para limitar el giro del potenciómetro.
5. Contacto móvil: Es el que permite variar el valor de la resistencia entre dos
pines del potenciómetro, a través de su movimiento sobre la película de
carbón.
6. Eje: Es el que permite el movimiento del contacto móvil. Fabricado de
plástico o aluminio.
Tipos de potenciómetro.
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De mando: Son los que usamos normalmente, como el del volumen de
distintos componentes de audio. Estos se caracterizan por contar con un eje
con el cual se realizan los cambios del valor de la resistencia.
De ajuste: Son los que están adentro de los artefactos electrónicos, no
tenemos acceso a ellos ya que no suele tener que retocar. Se caracterizan
por contar con una ranura, la cual puede ser movida con un desarmador
plano pequeño, algunos se denominan reóstatos, trimmers.
Lineales: La resistencia es proporcional al ángulo de giro. Es decir al girar el
eje del potenciómetro el valor de la resistencia varía un poco.
Logarítmicos: La resistencia depende logarítmicamente del ángulo de giro.
Es decir al girar el eje del potenciómetro el valor de la resistencia varía
significativamente.
Senoidales: La resistencia es proporcional al seno del ángulo de giro. Dos
potenciómetros senoidales solidarios y girados 90° proporcionan el seno y el
coseno del ángulo de giro. Pueden tener topes de fin de carrera o no.
R= ()
En los potenciómetros impresos la ley de resistencia se consigue variando la
anchura de la pista resistiva, mientras que en los bobinados se ajusta la
curva a tramos, con hilos de distinto grosor
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Tipos de potenciómetros de mando:
Potenciómetros rotatorios: Se controlan girando su eje. Son los más
comunes porque son de larga duración y ocupan poco espacio.
Potenciómetros deslizantes: La pista es recta, de modo que el recorrido
del cursor también lo es. Se usa, sobre todo, en ecualizadores gráficos, pues
la posición de sus cursores representa la respuesta del ecualizador. Son
más frágiles que los rotatorios y ocupan más espacio. Además suelen ser
más sensibles al polvo.
Potenciómetros múltiples: Son varios potenciómetros con sus ejes
coaxiales, de modo que ocupan muy poco espacio. Se utilizaban en
instrumentación, autorradios, etc.
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TERMISTOR. Es una resistencia de tipo variable o sensible a la temperatura,
las cuales pueden ser de dos tipos según la variación del coeficiente de
temperatura, las cuales pueden NTC (NegativeTemperatureCoefficient -
coeficiente de temperatura negativo) o PTC (Positive TemperatureCoefficient -
Coeficiente de Temperatura Positivo).
Principio de funcionamiento. Su funcionamiento se basa en la variación de la
resistencia de un semiconductor con la temperatura, debido a la variación de la
concentración de portadores.
Para los termistores NTC, al aumentar la temperatura, aumentará también la
concentración de portadores, por lo que será menor, de ahí el coeficiente sea
negativo.
Para los termistores PTC, en el caso de un semiconductor con un dopado muy
intenso, éste adquirirá propiedades metálicas, tomando un coeficiente positivo.
Rangos y Alcances. El termistor NTC, exhibe un decremento en la resistencia
eléctrica ante un incremento de temperatura. Dependiendo de los materiales y
los métodos de fabricación se emplean entre los –50º C y los 150º C y más de
300º C en algunas unidades encapsuladas en cristal. El valor nominal de un
termistor se referencia a 25º C. En la mayoría de aplicaciones el valor de
resistencia a 25º C está ente 100ohm y 100kohm, aunque se pueden producir
con resistencias más bajas de 10Ω o altas como 40MΩ.
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La característica resistencia y temperatura (conocida como curva R/T) es la
escala que permite usar el termistor como censor de temperatura. Aunque no
es lineal, existen ecuaciones de interpolación para esta curva (la de SteinHart-
Hart). La dependencia de la relación T/R a parámetros del proceso de
fabricación hace que cada fabricante tenga sus curvas estandarizadas, al
contrario de lo que ocurre en dispositivos como la termocupla, para los que
existen verdaderas curvas estándares.
Clasificación de los termistores: Existen muchos criterios para la
clasificación de un termistor, los más utilizados son:
Clasificación según el tipo de coeficiente.
Termistor NTC (TemperatureCoefficientNegative): Es una resistencia
variable cuyo valor va decreciendo a medida que aumenta la temperatura.
Están constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de
temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente
con la temperatura.
Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc,
cobalto, etc., y su relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal
sino exponencial.
La característica tensión-intensidad (V/I) de un termistor NTC presenta un
carácter peculiar ya que, cuando las corrientes que lo atraviesan son
pequeñas, el consumo de potencia (R•I2) es demasiado pequeño para
registrar aumentos apreciables de temperatura, o lo que es igual, descensos
en su resistencia óhmica; en esta parte de la característica, la relación
tensión-intensidad será prácticamente lineal y en consecuencia cumplirá la
Ley de Ohm.
Si se sigue aumentando la tensión aplicada al termistor, se llegará a un valor
de intensidad en que la potencia consumida provocará aumentos de
temperatura suficientemente grandes como para que la resistencia del
termistor NTC disminuya apreciablemente, incrementándose la intensidad
hasta que se establezca el equilibrio térmico. Por tanto, nos encontraremos
en una zona de resistencia negativa en la que disminuciones de tensión
corresponden aumentos de intensidad.
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Termistor PTC (Positive TemperatureCoefficient): Es una resistencia
variable cuyo valor se ve aumentado a medida que aumenta la temperatura.
Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones:
limitación de corriente, censor de temperatura, desmagnetización y para la
protección contra el recalentamiento de equipos tales como motores
eléctricos. También se utilizan en indicadores de nivel, para provocar
retardos en circuitos, como termostatos, y como resistores de
compensación.
El termistor PTC pierde sus propiedades y puede comportarse
eventualmente de una forma similar al termistor NTC si la temperatura llega
a ser demasiado alta.
Las aplicaciones de un termistor PTC están, por lo tanto, restringidas a un
determinado margen de temperaturas.
Hasta un determinado valor de voltaje, la característica I/V sigue la Ley de
Ohm, pero la resistencia aumenta cuando la corriente que pasa por el
termistor PTC provoca un calentamiento y se alcanza la temperatura de
conmutación. La característica I/V depende de la temperatura ambiente y del
coeficiente de transferencia de calor con respecto a dicha temperatura
ambiente.
Clasificación según forma.
Tipo perla: El termistor se asemeja a una pequeña perla de allí el origen del
nombre.
El material utilizado para su fabricación se compone principalmente de una
mezcla de óxidos metálicos y una pequeña cantidad de material
semiconductor que se deposita cuidadosamente sobre un par de hilos de
platino paralelos, que conformarán los terminales. La mezcla se somete a
una temperatura que puede variar entre 1100ºC a
1400ºC es en este momento donde se le da forma o
apariencia de unas “perlas” o “cuentas”.
El tamaño de este tipo de termistor posee valores que
varían desde 0.25mm a 1.5mm.
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Tipo arandela: Los termistores de arandela son una variación de los
termistores de disco excepto por tener un orificio central y carece de
terminales aunque está provisto de dos caras metalizadas para establecer el
contacto. Es frecuentemente utilizado como parte de un montaje.
Tipo disco: Estos termistores poseen forma circular que se asemeja a un
disco, es por este motivo que se le asigna esta denominación.
Estos termistores fabricados con un preparado de polvo de óxido metálico,
mezclado con una amalgama especial y comprimido a una gran presión. Los
discos son después expuestos a altas temperaturas para formar cuerpos
cerámicos sólidos. Se aplica posteriormente una película de plata en dos
extremos del disco que servirán como contactos para la inclusión de los
terminales.
Tipo chip: En la fabricación de los termistores con configuración tipo chip se
utiliza una mezcla similar a la empleada en los termistores de perla. Este
material se deja secar sobre una superficie de material cerámico que es
cortado en pequeñas secciones en forma de oblea y sometido a altas
temperaturas.
Después de aplicar una gruesa capa de material metálico, las obleas son
encajadas en chips. Los chips se pueden emplear como parte de un
montaje o de forma individual. En este último caso, se añaden terminales y
una cubierta de material epóxido o cristal.
Estos termistores poseen tamaños que varían desde 2mm a 2.5mm, pero
existe algunos que son fabricados para aplicaciones que requieren un
tamaño muy pequeño y una respuesta muy rápida y que pueden medir
0.5mm.
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Símbolo electrónico
.
FOTORESISTENCIAS. También se le denomina Light Dependent Resistor o
Resistores Dependientes de la Luz (LDR), como su nombre lo indica, son
resistencias cuyo valor varía de acuerdo al nivel de luz al que están expuestas.
La fotoresistencia fue desarrollado Willoughby Smith descubridor de la
fotoconductividad lo que fue clave para que años después, mitad del siglo XX,
se crearan y patentaran las primeras fotorresistencias en EEUU.
Los materiales que posee características foto eléctricas o sensibles a la luz,
más utilizados para la fabricación de fotoresistencias son:
Sensibles al espectro de luz visible.
Sulfuro de Cadmio - CdS.
Seleniuro de Cadmio - CdSe.
Sensible al espectro de luz no visible Infrarrojo.
Silicio - Si .
Sulfuro de Plomo - PbS.
Seleniuro de Plomo - PbSe.
Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son
absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la
suficiente energía para saltar de la banda de valencia a la banda de
conducción, aumentando así la conductividad del dispositivo y disminuyendo su
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resistencia. Este comportamiento de las fotorresistencias está caracterizado
por la ecuación:
R: resistencia de la fotoresistencia. A,α: constantes que dependen del semiconductor utilizado. E: densidad superficial de la energía recibida
Si bien es cierto que los valores de la resistencia de un LDR pueden variar en
total oscuridad y a plena luz dependiendo de los materiales utilizados para su
fabricación y de su diseño, los valores típicos a plena luz varían entre unos 50
a 1000Ω, los típicos en total oscuridad están comprendidos entre 50KΩ a
varios MΩ.
Principio de Funcionamiento: Cuando incide la luz en el material
fotoconductor se generan pares electrón - hueco. Al haber un mayor número de
portadores, el valor de la resistencia disminuye. De este modo, la
fotoresistencia iluminada tiene un valor de resistencia bajo. Las células son
también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo
infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV). Los materiales que intervienen en
su construcción son Sulfuro de Cadmio, utilizado como elemento sensible a las
radiaciones visibles y sulfuro de plomo se emplean en las LDR que trabajan en
el margen de las radiaciones infrarrojas. Estos materiales se colocan en
encapsulados de vidrio o resina.
Si dejamos de iluminar, los portadores fotogenerados se recombinarán hasta
volver hasta sus valores iniciales. Por lo tanto el número de portadores
disminuirá y el valor de la resistencia será mayor. Por supuesto, el material de
la fotorresistencia responderá a unas longitudes de onda determinadas.
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Es decir, la variación de resistencia será máxima para una longitud de onda
determinada. Esta longitud de onda depende del material y el dopado, y deberá
ser suministrada por el proveedor. En general, la variación de resistencia en
función de la longitud de onda presenta curvas como las de la figura siguiente:
Símbolo electrónico
RESISTENCIA VDR (VOLTAGE DEPENDENT RESISTORS).La resistencia
VDR o Varistor, es una resistencia dependiente de la tensión o voltaje, ya que
al aplicarle diferentes tensiones entre sus extremos, varía su resistencia de
acuerdo con esas tensiones. La propiedad que caracteriza esta resistencia
consiste en que disminuye su valor óhmico cuándo aumenta la tensión entre
sus extremos. Ante picos altos de tensión se comporta casi como un
cortocircuito.
Material de Fabricación: Fundamentalmente el material semiconductor
utilizado para la fabricación de estas resistencias, las VDR, es el carburo de
silicio. Las propiedades eléctricas de esta resistencia, dependen principalmente
del propio silicio. Las resistencias de carburo de silicio se aplican en circuitos
en los que la tensión se extiende de 10V a 25KV. Para aplicaciones de 1 a 15V
se desarrollan resistencias a partir de otro material, el óxido de titanio. También
se fabrican otras resistencias VDR a partir de óxido de zinc, que se destinan
principalmente a aplicaciones en las cuales se disipa potencia intermitente,
como sobretensiones transitorias.
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Características Electrónicas: La resistencia óhmica de una resistencia VDR
varía según la tensión aplicada en sus extremos, por lo tanto la corriente que
circula por la resistencia VDR no es proporcional a la tensión aplicada. Al
aumentar la tensión, el valor de la resistencia VDR disminuye rápidamente.
Relación tensión-corriente: La relación tensión-corriente en una resistencia
VDR, se puede expresar de forma aproximada, mediante la ecuación:
V = C х Iβ
Donde,
V = Tensión en los extremos de la resistencia (v)
C = Tensión aplicada a la resistencia en la que la intensidad es igual a un amperio
I = Corriente que circula por la resistencia (A)
β = tang φ. Depende del material de que están compuestas.
Las VDR de óxido de titanio tienen un valor de β comprendido entre 0,16 y 0,40.
Las VDR de óxido de cinc menor de 0,01.
La ecuación anterior no es válida para valores muy pequeños de tensión y de
corriente, además solo es válida cuándo se toman valores absolutos para la
intensidad y el voltaje.
Asociación de resistencias: Igualmente que otros componentes electrónicos,
podemos montar las resistencias VDR en serie y paralelo.
o Mediante conexionados en serie, el valor de C aumenta. Con ello
conseguimos mantener el valor de corriente y aumentamos el valor de
tensión que podemos aplicar en extremos de la serie de resistencias.
o Mediante conexionados en paralelo, el valor de C disminuye. Con ello
conseguimos aumentar el valor de corriente manteniendo el valor de tensión
en extremos del paralelo. Es muy importante que cuando se conecten en
paralelo todos sus valores sean lo más iguales posibles.
CÓDIGO DE COLORES. Las resistencias de potencia pequeña, empleadas en
circuitos electrónicos, poseen cuatro o cinco bandas de color rotuladas, los
colores utilizados dependiendo de su posición definen el valor de la resistencia
y la tolerancia.
El código de colores de una resistencia de cuatro bandas, utilizan la primera y
segunda banda para definir las dos primeras cifras del valor de la resistencia.
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La tercera banda establece el factor de multiplicación y la cuarta banda la
tolerancia.
El código de colores de una resistencia de cinco banda, utilizan la primera,
segunda y tercera banda definir las tres primeras cifras del valor de la
resistencia. La cuarta banda establece el factor de multiplicación. La cuarta
banda define el porcentaje de tolerancia
Color de la Banda
Cifras Significativas (Primera y Segunda banda)
Multiplicador (Tercera Banda)
Tolerancia (Cuarta Banda)
Negra 0 1 Marrón 1 10 ±1% Rojo 2 100 ±2% Naranja 3 1000 Amarillo 4 10000 ±4% Verde 5 100000 ±0.5% Azul 6 1000000 ±0.25% Violeta 7 10000000 ±0.1% Gris 8 100000000 ±0.05% Blanco 9 1000000000 Dorado -------------- 0.1 ±5% Plateado -------------- 0.01 ±10% Ninguno -------------- -------------- ±20%
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Color de la Banda
Cifras Significativas (Primera, Segunda y Tercera
banda)
Multiplicador (Cuarta Banda)
Tolerancia (Quinta Banda)
Negra 0 1 Marrón 1 10 ±1% Rojo 2 100 ±2% Naranja 3 1000 Amarillo 4 10000 ±4% Verde 5 100000 ±0.5% Azul 6 1000000 ±0.25% Violeta 7 10000000 ±0.1% Gris 8 100000000 ±0.05% Blanco
9 1000000000
Dorado -------------- 0.1 ±5% Plateado -------------- 0.01 ±10%
Ejemplo de códigos de colores:
a. Sea una resistencia cuyas bandas son amarillo, violeta, negro, rojo y rojo.
Amarillo-violeta-negro--------------- 470
Rojo--------------------------------------- 102
Rojo--------------------------------------- 2%
R=470x 102Ω ± 2%
R=47000Ω ± 2%
R=47KΩ ± 2%
b. Sea una resistencia cuyas bandas son marrón, negro, naranja y dorado.
Marrón - negro --------------- 10
Naranja ------------------------- 102
Dorado -------------------------- 5%
R=10x 103Ω ± 5%
R=10000Ω ± 5%
R=10KΩ ± 5%
c. Sea una resistencia cuyas bandas son rojo, rojo, dorado y dorado.
Rojo - rojo ----------------------- 22
Dorado -------------------------- 0.1
Dorado -------------------------- 5%
R=22x 0.1Ω ± 5%
R=2.2Ω ± 5%
R=2.2Ω ± 5%
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CÓDIGO DE MARCA. El código de marca de una resistencia generalmente se
utiliza en resistencia con encapsulados de montaje superficial, porque son muy
pequeñas y no poseen espacio suficiente para colocar bandas de colores, por
lo tanto se emplea una codificación numérica como. Esta codificación numérica
está formada por 3 o 4 letras o números, existen diferentes codificaciones en
uso.
Código de Resistores con 3 Dígitos: Es la codificación más comúnmente
empleada, es muy similar a la codificación con cuatro bandas de colores.
Los primeros dos números indican los dos primeros dígitos del valor de la
resistencia mientras que el tercero nos indica la cantidad de ceros que
deben agregarse a las cifras significativas (factor de multiplicación).
Código de Resistores con 4 Dígitos: Esta codificación es muy similar a la
empleada en las resistencias con código de colores de cinco bandas con
bajas. En esta codificación los primeros 3 dígitos de indican el valor
numérico de la resistencia y el cuarto dígito la cantidad de ceros que se debe
poner a continuación (factor de multiplicación).
Codificación EIA-96: Esta codificación es empleada en resistencias con
tolerancias del 1%. Esta codificación surge para abreviar un código de
resistencias donde intervienen 4 dígitos, al ser las resistencias SMT un poco
pequeñas para poder anotarlo y debido a esto surge está codificación.
Emplea tres caracteres para indicar el valor de la resistencia: los dos primeros
son números e indican los 3 dígitos más significativos del valor de resistencia,
el tercer carácter es una letra que indica el multiplicador (cantidad de ceros a
agregar). Al usar una letra se evita confusión con la codificación de 3 números.
10 000000 Ω = 10MΩ
274 00 Ω = 27.4KΩ
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CÓDIGO FACTOR DE
MULTIPLICACIÓN
Z 0.001
Y o R 0.01
X o S 0.1
A 1
B o H 10
C 100
D 1 000
E 10 000
F 100 000
MULTÍMETRO o MULTITESTER o POLÍMETRO. Es un instrumento de
medida o diagnóstico que cuenta con más de un instrumento de medida
(Voltímetro, Ohmímetro, Amperímetro, Frecuencímetro, Capacímetro, etc.), los
tres básicos es decir que siempre presentes en cualquier multímetro son: el
Voltímetro, Ohmímetro y el Miliamperímetro denotado por las iniciales VOM,
por esta razón a los más básicos se les denomina VOM.
Cuando este instrumento es utilizado para realizar medidas de voltaje,
Resistencia, corriente, etc. Se le denomina Multímetro o Polímetro, ambas son
palabras compuestas cuyo significado son:
Multi = Varios Metro= Medidas Multímetro= Varias Medidas
Poli = Muchos Metro= Medidas Multímetro= Varias Medidas
Cuando este instrumento es utilizado para realizar pruebas sobre el estado de
componentes electrónicos o eléctricos (Resistencia, condensadores, Diodos,
Transistores, etc.). Se le denomina Multitester, esta palabra es compuesta cuyo
significado es:
Multi = Varios Tester= Prueba Multitester= Varias Pruebas
33 00Ω = 3.3KΩ
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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TIPOS DE MULTÍMETROS. Existen muchos criterios para clasificar los
multímetros, siendo los criterios más importantes:
a. Clasificación Según el modo de procesa la medida: En los multímetros la
magnitud que se está midiendo se puede procesar utilizando un circuito
electrónico cuyos componentes electrónicos son análogos o digitales.
Multímetro Análogo: Este instrumento para procesar una medida utiliza
un Galvanómetro, componentes electrónicos compuesto por componentes
análogos como: Resistencias, Bobinas, condensadores, diodos,
transistores, etc.
Multímetro Digital: Este instrumento para procesar una medida utiliza
análogos como: Resistencias, Bobinas, condensadores, diodos,
transistores, etc. y componentes digitales como: comparadores,
Conversor AD, conversor de pico, Display, etc.
b. Clasificación Según el tipo de escala: La escala determina en un
instrumento el valor máximo que puede ser medido por un instrumento:
Multímetros Auto rango: Son aquellos multímetros, donde el que va a
realizar la medida solo el instrumento y este elige de manera automática
la escala adecuada para realizar la medida.
Multímetros con escala: Son aquellos multímetros, donde el que va a
realizar la medida elige primero el instrumento, en este instrumento elige
la escala adecuada para realizar la medida. Es recomendable si no se
conoce el valor a medir elegir la escala más alta.
MULTÍMETRO ANÁLOGO: Este instrumento para procesar una medida utiliza
de algún componente eléctrico o electrónico, utiliza un circuito electrónico
compuesto por componentes análogos como: Resistencias, Bobinas,
condensadores, diodos, transistores, Galvanómetro, etc.
El galvanómetro utilizado posee una aguja, por este motivo la pantalla donde
se muestra la medida se caracteriza por poseer una aguja y una escala de
medida que impresa y calibrada por el fabricante.
Existen muchos tipos de Galvanómetros utilizados para la fabricación de
multímetro análogo, pero el utilizado en la mayoría de los instrumentos, se
basan en el diseño que desarrolló Arsene D’Arsonval en el año de 1,881.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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En su forma inicial, el galvanómetro D’Arsonval presenta desventajas e
inconvenientes, pero dio origen al movimiento Weston, habiéndose mejorado
en este el diseño original, el principio de funcionamiento es el mismo.
Si se coloca una bobina de tal manera que pueda girar libremente y la
colocamos dentro de un imán, la corriente que fluye por ella formará polos
magnéticos en sus extremos o sea, se convertirá en un electroimán, bajo esta
circunstancia sucederá o siguiente:
El polo N (bobina) será atraído por el polo S (imán).
El polo S (bobina) será atraído por el polo N (imán).
Este efecto provocará un movimiento rotativo en la
bobina en el sentido de las agujas del reloj, esto nos
lleva a pensar, que si la intensidad del campo magnético
del imán es fija, la fuerza de rotación dependerá de la
intensidad del campo magnético producido por la
corriente en la bobina.
MOVIMIENTO WESTON: Lo anteriormente descrito
es el que se utilizaba en el galvanómetro D’Arsonval,
mismo que fue posteriormente perfeccionado por el
Dr. Weston, bobina está provista de una aguja móvil,
la cual hace su indicación sobre una escala graduada,
de la corriente circulante en su bobina.
La bobina posee un resorte que obliga a la aguja a
retornar a su posición de reposo o sea cero, cuando
no hay corriente circulando por la bobina.
MULTÍMETRO DIGITAL. Este instrumento para procesar una medida utiliza de
algún componente eléctrico o electrónico, utiliza un circuito electrónico
compuesto por componentes digitales: Conversor AD, conversor de pico,
Display, etc.
El DISPLAY utilizado es de baja resolución, por este motivo la pantalla donde
se muestra la medida de un componente eléctrico o electrónico, se caracteriza
por poseer una presentación numérica fácil de leer.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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El circuito interno de los multímetros digitales puede básicamente dividirse en
dos secciones:
Sección Análoga: La sección Analógica está compuesta por los divisores
de voltaje y corriente de entrada, el conversor de corriente alterna a
continua, el conversor de resistencia a voltaje continuo, la voltaje de
referencia para comparación, la fuente de alimentación, el detector de pico y
las llaves de selección de rango y funciones.
Conectores para puntas de Prueba: Posee dos o más terminales para
conectar las puntas de prueba que son las que ingresan la señal a medir.
Estos terminales se identifican por una impresión hecha por el fabricante,
la punta de prueba negra se conectan al terminal COMMON=COM
(Común) y la punta de prueba roja en el terminal que posee la impresión
VΩmA. .
En serie con el terminal mA, se tiene un fusible de protección a fin de
evitar que circule por el shunt una corriente mayor a la que él soporta.
Desde estos terminales, las señales se derivan a los escaladores y llaves
de funciones.
SELECTOR DE RANGOS (Escaladores): Es una llave de cambio de
rangos, son elementos (Generalmente resistencias en serie y/o paralelo)
que toman una muestra reducida de la señal a medir, a fin de poder
procesar esa muestra dentro de los niveles de voltaje que manejan los
circuitos electrónicos. Esta llave de rangos también dan el rango de la
escala en uso en ese momento.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Uso del multímetro:
Los milímetros posen valores mínimos y máximos de lectura en un instrumento,
al cual se denomina escala. Según el tipo de escala que tengan los milímetros
se clasifican en:
Multímetro de escala múltiple: Son los multímetros que poseen para un
instrumento de medida varias escalas, las cuales deben seleccionarse según
el valor que pensamos obtener de dicha medida. La principal ventaja de este
tipo de instrumentos es su mayor precisión, para medir valores pequeños o
muy grandes dentro del rango que posee el instrumento.
Para utilizar este tipo de multímetro es necesario seleccionar primero el
instrumento a utilizar (voltímetro AC, voltímetro DC, amperímetro,
Ohmímetro, etc.) y luego la escala más adecuada.
Multímetro auto rango: Son los multímetros que no poseen selección de
escala solo del instrumento. La selección se la escala se realiza de manera
automática, la principal desventaja de estos instrumentos es su poca presión
para medir valores pequeños o muy grande dentro de su escala auto rango.
Display o pantalla de
lectura
Voltímetro alterno
Amperímetro
continuo
Amperímetro continuo de
10A
Voltímetro
continuo
Selector de
instrumento y/o
escala
Ohmímetro
hfe de transistores BJT
Continuida
d
Terminal para la
conexión de las
puntas de prueba
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Punta de prueba: Nos permite tomar una muestra y la introduce al
instrumento seleccionado, para tomar una medida o establecer
su estado.
La banana de la punta de prueba color negro debe instalarse en
el borne de nombre COM. La banana de punta de prueba roja
debe instalarse en el borne VΩmA.
Selector: Es una perilla que nos permite seleccionar el instrumento y/o escala
que utilizaremos para realizar la medida o la prueba de un componente.
Instrumentos de medida: Los instrumentos más básicos que incluye todo
milímetro son:
Amperímetro.
Voltímetro.
Ohmímetro.
Otros instrumentos que puede incluir el milímetro son:
Continuidad de diodos.
Ganancia de corriente para transistores BJT (hfe).
Frecuencímetro.
Capacímetro.
Terminal para la conexión
de las puntas de prueba
Selector de
instrumento
Amperímetro (10A), mili
amperímetro (mA y micro
amperímetro (µA)
Display o pantalla
de lectura
Ohmímetro
Voltímetro alterno
Voltímetro continuo
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NOMBRE DEL INSTRUMENTO
DESCRIPCIÓN
Amperímetro (A) Este instrumento es utilizado para medir la corriente. La unidad de medida utilizada son los amperios (A). Presenta algunas variantes:
µA: Microampreimetro, utilizado para medir corrientes muy pequeñas. mA: Miliamperímetro, utilizado para medir corriente pequeñas o
medias. A: Utilizado para medir hasta 10A de corriente, el cual obliga a utilizar
la punta de prueba conectada en el borne 10A del instrumento.
Voltímetro (V) Este instrumento es utilizado para medir voltajes. La unidad de medida utilizada son los voltios (V).
Si está acompañada de este símbolo es un voltímetro de voltaje continuo, es decir permite medir voltajes en pilas, baterías, en la salida de la fuente de voltaje.
Si está acompañada de este símbolo es un voltímetro de voltaje alterno, es decir permite medir voltajes en instalaciones eléctricas.
Ohmímetro (Ω) Es utilizado para medir el valor de una resistencia. La unidad de medida es el ohmio(Ω)
Ganancia de corriente de transistores BJT (hfe)
Mide la relación entre la corriente de la base y la del colector, el cual debe ser mayor que 50.
Continuidad de diodos
( )
Este instrumento es utilizado para establecer el estado de un diodo.
Capacímetro (C) Este instrumento es utilizado para medir la capacidad de almacenamiento de un condensador. Utiliza como unidad de medida los faradios (F)
Frecuencímetro (F)
Es utilizado para medir la frecuencia de una señal alterna. Su unidad de medida es el Hertz (Hz)
NODOS, TRAYECTORIAS, LAZOS Y RAMAS. Cuando las redes existen dos
o más elementos de circuito, estos elementos se conectarán entre sí por medio
de cables (algunas veces denominados “hilos de conexión”), que tienen una
resistencia nula. Debido a que la red aparece entonces como varios elementos
simples y un conjunto de hilos de conexión, se le da el nombre de red de
parámetros concentrados.
a. Nodo: Un punto en el cual dos o más elementos tienen una conexión común
se llama. Si en una red se muestran uniones separadas y conectadas por un
conductor (resistencia nula), este se considera como un único nodo.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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En el circuito de la figura los nodos son ABCDE, pero los nodos C y D no
tienen ningún componente electrónico entre ellos por lo tanto se
considera como un solo nodo, es decir C=D.
b. Trayectoria: Recorrido que se hace en un circuito que inicia en un nodo y se
va pasando a través de un elemento diferente hasta el siguiente, y se
prosigue con este movimiento hasta que se haya pasado por tantos
elementos como se desee y regrese al nodo origen. En el circuito anterior
son trayectorias ABCDEA, ABDE.
c. Lazo: Recorrido que se hace en un circuito que inicia en un nodo y se
pasando a través de un elemento diferente hasta un nodo deseado, sin
regresar al nodo que inicio el recorrido. En el circuito encontramos los
siguientes lazos: AB, ABC, ABD, AE.
d. Rama: Es una trayectoria única en una red, compuesta por un elemento
simple y el nodo en cada extremo de ese elemento. En el circuito son ramas
AB, AE, ED, BD, BC.
LEY DE OHM. El científico Georg Simon Ohm, mientras experimentaba con
materiales conductores, como resultado de su investigación, llegó a determinar
que la relación entre voltaje y corriente era constante y nombró a esta
constante resistencia.
Esta ley fue formulada por Georg Simon Ohm en 1827, en la obra Die
galvanische Kette, mathematisch bearbeitet (Trabajos matemáticos sobre los
circuitos eléctricos), basándose en evidencias empíricas. La formulación
original, es:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 69
Siendo la densidad de la corriente, σ la conductividad eléctrica y el campo
eléctrico, sin embargo se suele emplear fórmulas simplificadas para el análisis
de los circuitos.
La tensión eléctrica, diferencia de potencial o voltaje es una magnitud física que
impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito cerrado. La
tensión entre dos puntos de un campo eléctrico es igual al trabajo que realiza
dicha unidad de carga positiva para transportarla desde el punto A al punto B.
Igual que el potencial, en el Sistema Internacional de Unidades la diferencia de
potencial se mide en voltios (V).
La tensión es independiente del camino recorrido por la carga y depende
exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo; se
expresa por la fórmula:
Donde,
VA – VB: es la diferencia de tensión,
E es la Intensidad de campo en newton/coulomb
r es la distancia en metros entre los puntos A y B.
Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un
conductor, se producirá un flujo de corriente eléctrica. Parte de la carga que
crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto
de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta
corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico (Ley de
Henry). Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica.
Cuando por dos puntos de un circuito puede circular una corriente eléctrica, la
polaridad de la caída de tensión viene determinada por la dirección
convencional de la misma, esto es, del punto de mayor potencial al de menor.
Si por una resistencia R circula una corriente de intensidad I, desde el punto A
hacia el B, se producirá una caída de tensión en la misma con la polaridad
indicada y se dice que el punto A es más positivo que el B, tal como muestra la
figura.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 70
Otra de las formas de expresar la tensión entre dos puntos es en función de la
intensidad de corriente y la resistencia existentes entre ellos, se obtiene uno de
los enunciados de la ley de Ohm que dice: “La intensidad de la corriente es
directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la
resistencia en todos los circuitos o elementos eléctricos"
De la ley de Ohm se desprende el siguiente enunciado: “La intensidad de la
corriente eléctrica que circula por un dispositivo es directamente
proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente
proporcional a la resistencia del mismo”, la cual se expresa en la siguiente
ecuación:
En donde, empleando unidades del Sistema internacional:
I = Intensidad en amperios (A)
V = Diferencia de potencial en voltios (V)
R = Resistencia en ohmios (Ω).
De la ley de Ohm se desprende el siguiente enunciado: “En un conductor
recorrido por una corriente eléctrica, el cociente entre la diferencia de
potencial aplicada a los extremos del conductor y la intensidad de la
corriente que por él circula, es una cantidad constante, que depende del
conductor, denominada resistencia”, la cual se expresa en la siguiente
ecuación:
En donde, empleando unidades del Sistema internacional:
I = Intensidad en amperios (A)
V = Diferencia de potencial en voltios (V)
R = Resistencia en ohmios (Ω).
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Ejemplo1: Determinemos la Potencia Eléctrica existente en una plancha
eléctrica que tiene una resistencia de 10Ω, y es alimentada por una fuente de
voltaje de 220V.
Para calcular la potencia usamos la siguiente ecuación:
Como no sabemos la corriente usamos la ley de Ohm para calcularla:
Reemplazamos la ecuación 2 en 1
Ejemplo2: Determinar la Corriente y la resistencia eléctrica de un Switch de
distribución de red, si posee una potencia de 12Watts conectada a una fuente
de 220V.
Para calcular la corriente del Switch de distribución de red usaremos la
ecuación de la potencia:
Para calcular la resistencia del Switch de distribución de red usaremos la ley de
Ohm:
LEYES DE KIRCHHOFF: El científico Gustav Robert Kirchhoff, profesor
universitario alemán que nació en la época en que Ohm efectuaba su trabajo
experimental.
a. Ley de Corriente de Kirchhoff: Esta ley axiomática (experimental) se
denomina ley de Kirchhoff de corriente (LKC), establece que: “La suma
algebraica de las corrientes que entran a cualquier nodo es cero”.
Esta ley representa un enunciado matemático del hecho de que la carga no
se acumula en un nodo. Un nodo no es un elemento de circuito, es decir no
puede almacenar, destruir o generar carga. En consecuencia, las corrientes
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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deben sumar cero. Para lo cual se consideran negativas aquellas corrientes
que salen del nodo y positivas a aquellas corrientes que llegan al nodo.
La suma algebraica de las cuatro
corrientes que entran al nodo debe
ser cero:
Quizá se desee igualar la suma de las corrientes que tienen flechas de
referencia dirigidas hacia el nodo, con la suma de las dirigidas hacia afuera
del mismo
i.
Lo que establece de manera simple que la suma de las corrientes que entran es
igual a la suma de las corrientes que salen. Una expresión compacta de la ley de
Kirchhoff de corriente es:
∑
b. Ley de Voltajes de Kirchhoff: La corriente se relaciona con la carga que
fluye por un elemento del circuito, la tensión constituye una medida de la
diferencia de energía potencial entre los extremos del elemento.
La tensión tiene un valor único. Por lo tanto, en un circuito, la energía
necesaria para mover una carga unitaria desde el punto A hasta el punto B
debe tener un valor independiente de la trayectoria seguida de A a B (a
menudo existe más de una trayectoria). Este hecho se puede comprobar por
medio de la ley de Kirchhoff de tensión (abreviada LVK):“La suma
algebraica de las tensiones alrededor de cualquier trayectoria cerrada
es cero”.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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En la figura, si se una fuente en C de calor V2, se genera las polaridades que
se muestran en el componentes 2 y 3.
NOTA: Un método que nos ayude a cometer errores al momento de asignar
la polaridad del voltaje de cada componente de la malla, consiste en: Se
mueve mentalmente alrededor de la trayectoria cerrada en la dirección de
las manecillas de reloj y escribir de manera directa la tensión de cada
componente a cuya terminal (+) se entra, y después expresar el negativo de
cada tensión que se encuentre primero en el signo (−).
En el circuito Se tiene que:
Resulta que si traza una trayectoria cerrada, la suma algebraica de las
tensiones en los elementos individuales, a lo largo de ella, debe ser nula.
Así, se podría escribir:
De manera más compacta
∑
Ejemplo1: En el siguiente circuito calcular el valor de la corriente para cada una de las
resistencias. R1= 1 KΩ;R2= 2 KΩ;R3= 3 KΩ;R4= 4 KΩ; V1= 1V;V2= 2 V.
En la malla ABEF, debemos hallar la ecuación, según Ley de voltajes de Kirchhoff:
-V1+ I1 * R1 + (I1-I2) * R2 + I1 * R3 = 0
I1 * R1 + (I1-I2) * R2 + I1 * R3 = V1
V1= (R1+ R2 + R3) * I1 - R2 * I2
A B C
D E F
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1= 6000 * I1 – 2000 * I2…………………………(1)
En la malla BCDE, debemos hallar la ecuación, según Ley de voltajes de Kirchhoff:
V2 + I2 * R4 + (I2-I1) * R2 = 0
I2 * R4 + (I2-I1) * R2 = - V2
-V2= (R4 + R2) * I2 - R2 * I1
-2 = – 2000 * I1 +6000 * I2 …………………………(2)
Resolviendo las ecuaciones utilizando matrices
[
] [
]
Para obtener los resultados en mili amperios usaremos los valores de las
resistencias en KΩ, de tal manera que la matriz se expresa:
[
] [
]
Calculando el valor de I1
[
]
[
]
Calculando el valor de I2
[
]
[
]
RESISTENCIAS EN SERIE Y EN PARALELO.A menudo se sustituyen
combinaciones de resistencias relativamente complicadas por una sola
resistencia equivalente. Resulta útil cuando no se está interesado de manera
específica en la corriente, la tensión o la potencia asociadas con cualquiera de
las resistencias individuales de las combinaciones. Todas las relaciones de
corriente, tensión y potencia en el resto del circuito permanecerán invariables.
a. Resistencia equivalente en serie: Considere la combinación en serie de N
resistencias que se muestra en la figura. Es necesario simplificar el circuito
sustituyendo las N resistencias por una sola resistencia a la que se
denomina resistencia equivalentes (Req) de modo que el resto del circuito, en
este caso sólo la fuente de tensión, no se percate de que se ha realizado
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 75
algún cambio. La corriente, la tensión y la potencia de la fuente deben ser
las mismas antes y después de la sustitución.
Primero se aplica la Ley de Voltajes de Kirchhoff:
Ahora aplicamos la ley de Ohm:
Compare ahora este resultado con la ecuación simple aplicándola al circuito
equivalente de la figura:
Sustituimos el valor de vs de la ecuación (2) en la ecuación (1), tendremos:
b. Resistencia equivalente en paralelo: Un circuito que contiene N
resistencias en paralelo, como el de la figura, conduce por medio de la
ecuación de la ley de Kirchhoff de corriente a lo siguiente.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Aplicamos la ley de Ohm
Simplificando el valor de V, obtenemos el valor de la resistencia equivalente
en serie:
Ejemplo1: En el siguiente circuito calcular la resistencia equivalentes en los
puntos A-B, del circuito.
Asignamos
nombres a los
nodos (C, D):
C
D
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Calculando la resistencias equivalente entre C-D, en la parte superior (Req1) e
inferior (Req2)
Calculando Req1, se encuentra en serie con 1.5KΩ y 330Ω:
Calculando Req2, se encuentra en serie con 2.6KΩ y 5.6KΩ:
Calculando Req CD, se encuentra en paralelo Req1//Req2:
Calculado la Resistencia equivalente entre los puntos AB, encontramos la Req
CD, en serie con la resistencia de 560Ω.
Ejemplo2: En el siguiente circuito
calcular la resistencia equivalentes en
los puntos A-B, del circuito.
C
D
C
D
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Calculando la resistencias equivalente entre AB en grupos de dos, en la parte
superior (Req1) e inferior (Req2)
Calculando Req1, se encuentra en paralelo8.2KΩ y 5KΩ:
Calculando Req2, se encuentra en paralelo1.5KΩ y 5KΩ:
Calculando Req CD, se encuentra en paralelo Req1//Req2:
Calculado la Resistencia equivalente entre los puntos AB, encontramos la R1-2
en paralelo con la resistencia de 5KΩ.
TEOREMA DE THEVENIN Y NORTON. Dado un circuito lineal cualquiera N,
para un par de terminales A y B de dicho circuito, es posible encontrar un
circuito equivalente formado por una fuente de voltaje ideal en serie con una
resistencia, de manera tal que ese circuito de dos terminales produzca los
mismos valores de voltaje y corriente en esos terminales (conectados o no a
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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otro circuito) que el circuito original”. La fuente de voltaje tendrá un valor
conocido como Voltaje de Thévenin VTH y la resistencia tendrá un valor
conocido como Resistencia de Thévenin RTH.
Este teorema nos permite introducir un método de análisis de circuitos
adicional: dividir el circuito original en componentes de dos puertos, que son
equivalentes de Thévenin de una parte del circuito, los cuales se interconecten
entre sí. Esto permite realizar cálculos más sencillos que con el circuito
completo.
Otra utilidad, probablemente la más importante de este concepto, es que
teniendo este modelo es sencillo encontrar la máxima transferencia de potencia
del circuito N a otro circuito conectado a los terminales A y B.
La fuente de voltaje puede transformarse en una fuente de corriente, realizando
esta equivalencia el circuito equivalente de Thévenin se puede convertir
también en circuito de dos terminales formado por una fuente de corriente en
paralelo con una resistencia. A este modelo se le conoce como equivalente se
le denomina el Teorema de Norton, el cual se puede calcular transformando el
equivalente de Thévenin o haciendo los cálculos directos como se hace para el
equivalente de Norton.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 80
Ejemplo1: En el siguiente circuito calcular el circuito equivalentes de Thévenin
en los puntos A-B, además del voltaje en dichos puntos.
Para calcular el voltaje de Thévenin, del circuito equivalente de Thévenin
debemos desconectar la resistencia ubicada en los puntos AB (Circuito
Abierto), y calculamos el voltaje entre dichos puntos, tal como muestra la figura.
Calculando el voltaje AC:
Calculando el voltaje BC:
Calculando el voltaje AB o voltaje de
Thévenin (VTH):
Para calcular la resistencia equivalente de Thévenin, del circuito equivalente de
Thévenin, hacemos un corto circuito en la ubicación de la fuente de voltaje y
calculamos la resistencia equivalente en los puntos AB, tal como muestra la
figura.
Observamos que R1//R2
Observamos que R3//R4
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Observamos que para calcular Rth es el equivalente en serie de Req1//Req2
Entonces el circuito equivalente será
TEOREMA DE LA MÁXIMA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA. Cuando una
fuente o un circuito se conectan a una carga cualquiera es deseable que tal
fuente o circuito pueda transmitir la mayor cantidad de potencia a la carga que
la recibe. Al conectar esta carga aparece un voltaje Vc y una corriente Ic entre
los nodos A y B.
En el caso particular de que la carga sea una resistencia Rc. Calculamos el
voltaje en Rc:
Sabemos que la potencia en una resistencia es
La Figura muestra la variación de la potencia absorbida por la carga Pc en función de Rc.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Como se puede apreciar en la gráfica la potencia absorbida es una función
cuadrática, su valor máximo se calcula derivando la potencia e igualando a
cero, con lo cual se encuentra que la potencia tendrá un máximo cuando:
Para que haya máxima transferencia de potencia del circuito a los puntos AB
se debe tener que la resistencia de la carga sea igual a la resistencia de
Thévenin.
Como las resistencias son iguales, reemplazamos el valor de las resistencias
en la ecuación 1, y obtendremos el voltaje máximo para lograr esta máxima
transferencia de potencia:
Como las resistencias son iguales, reemplazamos el valor de las resistencias
en la ecuación 2, y obtendremos la Potencia máxima que se puede lograr,
según el teorema de máxima transferencia de potencia:
(
)
Ejemplo1: En el siguiente circuito
calcular el valor de R, para obtener en los
puntos AB la máxima transferencia de
potencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Para calcular el voltaje de Thévenin, del
circuito equivalente de Thévenin debemos
desconectar la resistencia ubicada en los
puntos AB (Circuito Abierto), y calculamos
el voltaje entre dichos puntos, tal como
muestra la figura.
Calculando el voltaje AB:
Para calcular la resistencia equivalente de Thévenin, del circuito equivalente de
Thévenin, hacemos un corto circuito en la ubicación de la fuente de voltaje y
calculamos la resistencia equivalente en los
puntos AB, tal como muestra la figura.
Observamos que R1//R2
(
)
(
)
El valor de R para lograr la máxima transferencia de energía debe ser 10Ω
TEOREMA DE MILLMAN. Llamado así en honor al electrónico ruso Jacob
Millman. Este teorema se utiliza cuando se tiene un circuito con sólo dos nodos
en un circuito, o lo que es lo mismo cuando se tienen varias ramas en paralelo,
y en cada una de dichas ramas se tiene una fuente de voltaje en serie con una
resistencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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El principio de Millman permite obtener directamente la diferencia de potencial
entre los nodos a y b del circuito. "Este teorema establece que el voltaje Vm
entre los nodos a y b es igual a la suma de los productos que resultan al
multiplicar la fuente de tensión en cada rama, Vk, por la conductancia en
dicha, Gk, para todas las ramas k = 1, 2, ..., n, todo dividido por la suma de
las conductancias", tal como se muestra en la siguiente ecuación:
∑
∑
∑
∑
Para la demostración de este teorema, usaremos la ley de ohm, que en este
caso establece que la corriente ik en cada rama k es
Ahora, a partir de la Ley de Corrientes de Kirchhoff, tenemos que la suma
algebraica de las corrientes que entran y salen en el nodo a es
∑
∑
Desarrollando obtenemos que
∑
∑
Dado que vm es una valor constante que puede sacarse como factor en la
sumatoria izquierda de la Ecuación (9.5), podemos despejar vm, para obtener
∑
∑
Ejemplo1: En el siguiente circuito calcular la corriente y el voltaje en la
resistencia R. Utilizando el teorema de Millman
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Calculando el valor de la corriente en
la resistencia R1, aplicando la ley de
Ohm.
Calculando el valor de la corriente en
la resistencia R2, aplicando la ley de
Ohm.
Calculando la corriente total
IT= I1 + I2=5A+1.667A=6.667A
Calculando la Conductancia total
Calculando el voltaje total
Calculando el Resistencia total
El circuito se simplifica de la siguiente manera
Calculamos el valor de la corriente en la
resistencia R:
Calculamos el valor del voltaje en la resistencia
R:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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TEOREMA DE SUSTITUCIÓN. Es un teorema importante ya que es gran
utilidad. Puede originar grandes errores si no se es riguroso con su utilización.
Uno de sus enunciados dice así: "Cualquier rama principal a de un circuito
lineal de la que se conozca, por cualquier procedimiento, el valor de su
tensión UA puede ser sustituida por una fuente de tensión cuyo valor y
signo sea E= UA sin que los valores de los restantes elementos del
circuito sufran ninguna variación"
Si el valor del voltaje de la rama en cuestión es cero, lo cual implica que se
puede sustituir por una fuente de voltaje de valor cero, la cual corresponde a
un conductor de resistencia nula. Dicho corolario se puede enunciar así:
"Cualquier rama principal de un circuito lineal cuyo voltaje es cero puede
ser sustituida por un conductor de resistencia nula, obteniéndose un
único nudo de los dos de dicha rama, sin que el resto de los elementos
del circuito sufran alteración alguna".
Por idénticas razones matemáticas a las expuestas, este teorema también se
puede enunciar de forma dual respecto de la intensidad. Por idénticas razones
matemáticas a las expuestas, este teorema también se puede enunciar de
forma dual respecto de la intensidad: "Cualquier rama principal a de un
circuito lineal de la que se conozca, por cualquier procedimiento, el valor
de su intensidad la puede ser sustituida por una fuente de intensidad
cuyo valor y signo sea J=lA sin que los valores del resto de los elementos
del circuito sufran ninguna variación"
De este enunciado el valor de la intensidad de la rama en cuestión sea cero, lo
cual implica que se puede sustituir por una fuente de corriente de valor cero, la
cual, en este caso y como ya se vio, corresponde a una rama abierta de
conductancia nula (o resistencia infinita). Dicho corolario se puede enunciar así:
"Cualquier rama principal de un circuito lineal cuya intensidad sea nula
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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puede ser directamente eliminada (lo que a su vez supone la eliminación
de una malla) sin que el resto de los elementos del circuito sufran
alteración alguna"
Finalmente, el teorema también puede enunciarse de la siguiente forma:
"Cualquier rama activa a (es decir, que incluya alguna fuente) de un
circuito lineal de la cual se conoce, los valores de voltaje (Va) y su
corriente (la), puede ser sustituida por una resistencia cuyo valor y signo
sean los correspondientes al cociente Va/ la realizado con criterio
receptor, sin que los valores del resto del circuito sufran ninguna
variación, excepto en el caso de que dicha rama no pueda ser incluida en
ningún bucle que contenga al menos una fuente independiente"
Ejemplo1: En el siguiente circuito calcular los voltajes en R4 y R5, usando el
circuito inicial y luego sustituyéndolo por uno equivalente en el punto AB (R2).
Calculando la resistencia
equivalente entre los puntos
AB.
Calculando el voltaje entre los puntos AB.
Calculando el voltaje en R1, por la ley de voltaje de Kirchhoff
V1= VR1+VAB
VR1=V1-VAB=10-3.52= 6.48V
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Calculando de la corriente en R1, por la ley de Ohm
IR1= VR1/R1
IR1=6.48/3=2.16A
Calculando el voltaje en R2, por la propiedad de los circuitos en paralelo
VAB= VR2
VR2=3.52V
Calculando de la corriente en R1, por la ley de Ohm
IR1= VR2/R2
IR1=3.52/2=1.76A
Calculando de la corriente en R3 y R4, por la propiedad de los circuitos en
SERIE
IR3=IR4=VAB/(R3+R4)
VR2=3.52V/(4+5)=0.39A
Calculando el voltaje en las resistencias R3 y R4, por la ley de Ohm
VR3= IR3*R3=0.39*4=1.56V
VR4= IR4*R4=0.39*5=1.96V
Ahora sustituimos el valor de voltaje en los puntos AB por una fuente de
voltaje con el mismo valor y comprobamos si los valores de voltaje y
corriente para R3 y R4, son iguales:
Calculando de la corriente en R3 y R4, por
la propiedad de los circuitos en SERIE
IR3=IR4=VAB/(R3+R4)
VR2=3.52V/(4+5)=0.39A
Calculando el voltaje en las resistencias R3
y R4, por la ley de Ohm
VR3= IR3*R3=0.39*4=1.56V
VR4= IR4*R4=0.39*5=1.96V
Ahora observamos que los valores de voltaje y corriente de las resistencias R3
y R4, son iguales, por lo tanto se cumple el teorema de sustitución.
TEOREMA DE SUPERPOSICIÓN. El principio de superposición establece que
en un circuito lineal, se puede determinar la respuesta total calculando la
respuesta a cada fuente independiente por separado y sumando sus
contribuciones.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Para aplicar el teorema de superposición seguiremos tres pasos:
a. Paso 1.- Anular todas las fuentes independientes excepto una. Como se ha
comentado anteriormente, para anular una fuente de tensión se sustituye por
un cortocircuito y una de intensidad por un circuito abierto.
b. Paso 2.- Se calcula la variable que se pretende determinar, ya sea una
tensión una intensidad, utilizando las leyes de Kirchhoff. Se vuelve al paso 1
para cada una de las fuentes independientes.
c. Paso 3.- Se calcula la tensión o intensidad final sumando todas las
contribuciones obtenidas de realizar el paso 2 para cada una de las fuentes
independientes.
Ejemplo1: En el
siguiente circuito calcular
los voltajes y las
corrientes en cada una
de las resistencias del
circuito, usando el
teorema de
superposición.
Calculan los valores de voltaje y corriente en cada resistencia (R1, R2. R3, R4),
generado por la fuente de voltaje V2, para lo cual las fuentes de voltaje se
consideran en corto circuito y las de corriente en circuito abierto, tal como se
muestra en el circuito.
Como se muestra el circuito
podemos observar que a las
resistencias R1 y R2 no llega
el voltaje ni la corriente
VR1=VR2=0
IR1=IR2=0
Calculando el valor de la corriente en R3 y R4
Aplicando la ley de Ohm, calculamos los valores del voltaje en R3 y R4
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Calculan los valores de voltaje y corriente en cada resistencia (R1, R2. R3, R4),
generado por la fuente de corrienteI1, para lo cual las fuentes de voltaje se
consideran en corto circuito y las de corriente en circuito abierto, tal como se
muestra en el circuito.
Como se muestra el circuito podemos observar que las resistencias R1, R2, R3
y R4 están en paralelo. Para calcular la corriente utilizamos el divisor de
corriente.
Calculando el valor de la corriente en R1, R2.
Calculando el valor de la corriente en R3, R4.
Aplicando la ley de Ohm, calculamos los valores del voltaje en R3 y R4
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Calculan los valores de voltaje y corriente en cada resistencia (R1, R2. R3, R4),
generado por la fuente de voltaje V1, para lo cual las fuentes de voltaje se
consideran en corto circuito y las de corriente en circuito abierto, tal como se
muestra en el circuito.
Como se muestra el
circuito podemos
observar que a las
resistencias R3 y R4
no llega el voltaje ni
la corriente
VR3=VR4=0
IR3=IR4=0
Calculando el valor de la corriente en R3 y R4
Aplicando la ley de Ohm, calculamos los valores del voltaje en R3 y R4
Resultado1 Resultado2 Resultado3 Valor según
teorema
superposición
VR1 0V 7.5V -5.625V 1.875V
IR1 0A 0.75A -0.5625A 0.187A
VR2 0V 7.5V 3.375V 10.875V
IR2 0A 1.25A 0.5625A 1.812A
VR3 2.666V -3.1V 0V -0.433
IR3 1.333A -1.55A 0A -0.22
VR4 9.333V 3.1V 0V 12.433
IR4 1.333A 0.44A 0A 1.773
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 92
TAREA2: IDENTIFICA Y ANALIZA LOS CONDENSADORES.
El aprendiz de Redes y Comunicación de datos, al término de esta tarea, podrá
identificar en forma escrita las principales características de los
condensadores. Además expresara su comportamiento en frecuencias de los
mismos:
Identifica los condensadores según el material utilizado en su fabricación.
Calcula el valor de su capacidad por el código de marca.
Calcula la capacidad equivalente en circuitos en serie.
Implementa filtro pasivos RC pasa bajo, pasa alto, pasa banda y rechaza
banda.
EQUIPOS Y MATERIALES:
Protoboard.
Cable para puentes.
Milímetro con capacímetro.
Condensadores fijos.
Generador de señales.
Osciloscopio.
Papel semilogarítmico.
ORDEN DE EJECUCIÓN.
Identifica los condensadores según el material utilizado en su fabricación.
Calcula el valor de su capacidad por el código de marca.
Calcula la capacidad equivalente en circuitos en serie.
Utiliza el generador de señales.
Utiliza el osciloscopio.
Implementa filtro pasa bajo RC.
Implementa filtro pasa alto RC.
Aunque la tormenta sea muy larga, el sol
siempre volverá a brillar entre las nubes.
Khalil Gibran
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Implementa filtro pasa banda RC.
Implementa filtro rechaza banda RC..
OPERACIÓN:
NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL.
Normas de seguridad:
No utilices ninguna herramienta o equipo sin conocer su uso, funcionamiento
y normas de seguridad específicas.
Informa al instructor del material roto o averiado.
No fumar, comer o beber en el taller.
Procura no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras
dentro del laboratorio.
En caso de producirse un accidente comunícalo inmediatamente al
instructor.
Recuerda dónde está situado el botiquín.
Mantenga su puesto de trabajo limpio y ordenado, para evitar accidente.
Mantenga las herramientas ordenadas para evitar accidentes.
.
Normas de protección ambiental:
Al acabar la práctica, limpia y ordena el material utilizado.
Los desechos tóxicos, generados en la tarea deben recolectados y
entregados al instructor para ser depositados en tacho de elementos tóxicos.
Identifica los condensadores según el material utilizado en su fabricación.
El aprendiz realiza el reconocimiento de los diferentes tipos de condensadores
teniendo en cuenta el material utilizado para su fabricación, siguiendo normas
de seguridad y protección ambiental.
Identifica el tipo de material y sus principales características de
Condensadores Fijos.
Para esta operación el instructor debe proporcionar al aprendiz condensadores
fijos de que estén fabricados de distintos materiales: Cerámicos, electrolíticos,
poliéster, Tántalo, plástico, cristal o cuarzo.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 94
1. Identifica condensadores fijos de poliéster (tipo lenteja y de potencia):
Color de la
cubierta
Código
de marca
Capacidad de
almacenamiento
Voltaje de Ruptura
.
2. Identifica condensadores fijos electrolíticos:
Color de la
cubierta
Código
de marca
Capacidad de
almacenamiento
Voltaje de Ruptura
3. Identifica condensadores fijos de poliéster:
Color de la
cubierta
Código
de marca
Capacidad de
almacenamiento
Voltaje de Ruptura
4. Identifica condensadores fijos de Tántalo:
Color de la
cubierta
Código
de marca
Capacidad de
almacenamiento
Voltaje de Ruptura
5. Identifica condensadores fijos de plástico:
Color de la
cubierta
Código
de marca
Capacidad de
almacenamiento
Voltaje de Ruptura
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 95
6. Identifica condensadores fijos de cristal o cuarzo:
Color de la
cubierta
Código
de marca
Capacidad de
almacenamiento
Frecuencia de
Oscilación
Calcula el valor de su capacidad por el código de marca.
Para el desarrollo de esta operación el instructor debe proporcionar al
participante 04 condensadores fijos que poseen distintos códigos de marca.
Llene la siguiente tabla:
Código de
marca
Valor de
tolerancia
Valor
Nominal
Valor
mínimo
Valor
máximo
Para comprobar el efecto de carga y descarga del condensador implemente el
siguiente circuito electronico:
Calcular el valor del voltaje en el condensador (VC1) despues de 10, 20, 30, 40
y 50 segundos despues de haber aplicado la carga. Repetir el proceso al
desconectar la fuente y se inicie el preceso de descarga.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 96
Proceso
(VC1)
0s 10s 20s 30s 40s 50s
Carga
Descarga
Calcular el valor delacorriente en el condensador (IC1) despues de 10, 20, 30,
40 y 50 segundos despues de haber aplicado la carga. Repetir el proceso al
desconectar la fuente y se inicie el preceso de descarga.
Proceso
(IC1)
0s 10s 20s 30s 40s 50s
Carga
Descarga
Calcula la capacidad equivalente en circuitos en serie-paralelo.
El aprendiz realiza la medida de la capacidad de condensadores asociados en
serie y en paralelo.
Consideraremos dos dispositivos pasivos adicionales denominados: el
capacitor ocondensador. A diferencia de las resistencias, ambos solo presentan
sus características cuando se hace uncambio en el voltaje o en la corriente del
circuito en el que están conectados.
Si seconsidera la situación ideal, no disipan la energía como el resistor sino
que la almacenan enuna forma en que pueda regresar al circuito cuando lo
requiera el diseño de este.
Condensadores en Serie
Condensadores en paralelo
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 97
Implementar el siguiente circuito, de capacitores asociados en serie.Utilizando
el capcimetro mida el valor de la capacidad equivalente.
Valor medido(Ceq)=________________________
Calcule el valor (Ceq)=______________________
Implementar el siguiente circuito, de capacitores asociados en
paralelo.Utilizando el capcimetro mida el valor de la capacidad equivalente.
Valor medido(Ceq_1)=________________________
Calcule el valor (Ceq_1)=______________________
Utiliza el generador de señales.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 98
Dado un generador de señales, el aprendiz lo utilizará en forma correcta.
1. Botón de Encendido (Power button): Presione este botón para encender
el generador de funciones. Si se presiona este botón de nuevo, el generador
se apaga.
2. Luz de Encendido (Power on light): Si la luz está encendida significa que
el generador esta encendido.
3. Botones de Función (Function buttons): Los botones de onda senoidal,
cuadrada o triangular determinan el tipo de señal provisto por el conector en
la salida principal.
4. Botones de Rango (Range buttons) (Hz): Esta variable de control
determina la frecuencia de la señal del conector en la salida principal.
5. Control de Frecuencia (Frecuency Control): Esta variable de control
determina la frecuencia de la señal del conector en la salida principal
tomando en cuenta también el rango establecido en los botones de rango.
6. Control de Amplitud (Amplitude Control): Esta variable de control,
dependiendo de la posición del botón de voltaje de salida (VOLTS OUT),
determina el nivel de la señal del conector en la salida principal.
7. Botón de rango de Voltaje de salida (Volts Outrange button): Presiona
este botón para controlar el rango de amplitud de 0 a 2 Vp-p en circuito
abierto o de 0 a 1 Vp-p con una carga de 50W. Vuelve a presionar el botón
para controlar el rango de amplitud de 0 a 20 Vp-p en circuito abierto o de 0
a 10 Vp-p con una carga de 50W.
8. Botón de inversión (Invert button). Si se presiona este botón, la señal del
conector en la salida principal se invierte. Cuando el control de ciclo de
máquina esta en uso, el botón de inversión determina qué mitad de la forma
de onda a la salida va a ser afectada. La siguiente tabla, muestra esta
relación.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 99
9. Control de ciclo de máquina (Duty control):Permite controlar el ciclo útil
de una señal alterna.
10. Offset en DC (DC Offset): Este control establece el nivel de DC y su
polaridad de la señal del conector en la salida principal.
11. Botón de Barrido (SWEEP button): Presiona el botón para hacer un
barrido interno. Este botón activa los controles de rango de barrido y de
ancho del barrido. Si se vuelve a presionar este botón, el generador de
funciones puede aceptar señales desde el conector de barrido externo
(EXTERNAL SWEEP) localizado en la parte trasera del generador de
funciones.
12. Rango de Barrido (Sweep Rate): Este control ajusta el rango del
generador del barrido interno y el rango de repetición de la compuerta de
paso.
13. Ancho del Barrido (Sweep Width): Este control ajusta la amplitud del
barrido.
14. Conector de la salida principal (MAIN output connector): Se utiliza un
conector BNC para obtener señales de onda senoidal, cuadrada o
triangular.
15. Conector de la salida TTL (SYNC (TTL) output connector): Se utiliza un
conector BNC para obtener señales de tipo TTL.
Utiliza el osciloscopio.
Dado un osciloscopio, el aprendiz lo utilizara en forma correcta.
Compensación de la sonda: Realice este ajuste para que su sonda
coincida con el canal de entrada. Esto debería hacerse cada vez que se
conecta por primera vez una sonda a algún canal de entrada.
Coloque la atenuación del menú Sonda en 10X. Coloque el interruptor de la
sonda en 10X y conecte la sonda al canal 1 del osciloscopio. Si está
utilizando la punta en gancho de la sonda, ejecute una conexión adecuada
insertando con firmeza la punta en la sonda.
Conecte la punta de la sonda al conector PROBE COMP 5V y el cable de
referencia al conector de PROBE COMP de tierra, encienda el canal y pulse
AUTOCONFIGURAR.
Verifique la apariencia de la forma de onda en pantalla
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 100
Control de funcionamiento: Realice este breve control de funcionamiento
para asegurarse de que el instrumento funcione correctamente.
- Encienda el instrumento. Coloque el interruptor en 10X en la sonda y
conecte la sonda al canal del osciloscopio que desea comprobar su buen
funcionamiento. Para ello, alinee la ranura del conector de la sonda con la
llave del canal BNC, pulse para conectar y gire hacia la derecha para
bloquear la sonda en su sitio.
- Pulse el botón AUTOCONFIGURAR. En pocos segundos el usuario debe
poder ver una onda cuadrática en la pantalla (aproximadamente 5 V a 1
KHz. pico a pico).
Controles verticales: El osciloscopio dependiendo del modelo que se utiliza
puede tener diferentes botones siendo los más frecuentes:
- CH 1 y 2 y CURSOR 1 y 2 de POSICIÓN: Coloca
verticalmente la forma de onda. Si los cursores están
activados y el menú del cursor está visible, este mando sirve
para situar los cursores.
- VOLTS/DIV (CH1, CH 2): Selecciona los factores de escala
calibrados.
Controles horizontales: El osciloscopio dependiendo del modelo que se
utiliza puede tener diferentes botones siendo los más frecuentes:
- POSICIÓN. Ajusta la posición horizontal de todos los canales y formas de
onda matemáticas. La resolución de este control varía según sea la base
de tiempo.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 101
- SEC/DIV: Selecciona el tiempo/div (factor
de escala) de la base tiempo principal o de
la ventana. Si se activa la función de área
ampliada, cambia la anchura del área
ampliada modificando la base de tiempo de
la ventana.
Controles de disparo: El osciloscopio
dependiendo del modelo que se utiliza puede tener
diferentes botones siendo los más frecuentes:
- NIVEL y TIEMPO RETENCIÓN. Este control
tiene un doble fin. Como control de nivel de
disparo por flanco, establece el nivel de amplitud
que debe cruzar la señal para provocar una
adquisición. Comocontrol de límite, establece el
tiempo de retención que debe trascurrirantes de poder aceptar otro evento
de disparo.
- NIVEL DISPARO al 50%: El nivel de disparo se establece a medio
caminoentre los picos de la señal de disparo.
- FORZAR DISPARO: Inicia una adquisición independientemente de si hay
o no una señal de disparo adecuada. Este botón no tiene efectoalguno si
la adquisición ya se ha detenido.
- VER SEÑAL DISPARO: Muestra la forma de onda de disparo en lugar de
la forma de onda del canal mientras se mantiene pulsado el botón.
- VER SEÑAL DISPARO: Puede utilizarlo para ver cómo afectan los
ajustes de disparo afectan a la señal de disparo, como en el acoplamiento
de disparo.
3.7. IMPLEMENTA FILTRO PASA BAJO RC.
Dado un circuito electrónico RC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita
las principales característica de un filtro pasa bajo.
Los filtros basa bajos, son aquellos que introducen muy poca atenuación a las
frecuencias que son menores que la frecuencia de corte. Las frecuencias que
son mayores que la de corte son atenuadas fuertemente.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 102
Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de
voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la
salida se conectar el Osciloscopio.
Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los
códigoscorrespondientes impresos en ellos, que seran entregados por el
instructor.
Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del
condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señalsinusoidal cercana a 2V.
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la
frecuencia dela onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación,midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)
100
500
1K
5K
10K
50K
80K
120K
Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Péguelo aqui.
R1 (Nominal)
C1 (Nominal)
R1 (Medido)
C1 (Medido)
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 103
Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.
La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique
dicho valor en la grafica anterior y anote.
Utilizando la siguiente
ecuacion calcule el valor de la
frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).
Calcule dichos valores y anote.
Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,
usando la fórmula
. Con estos valores construya
manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel
semilogaritmico. Pegue aqui.
Fcorte(Hz)
Fcorte(Nominal)
Fcorte(Real)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje obtenido
en cada frecuencia.
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de
voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 104
3.8. IMPLEMENTA FILTRO PASA ALTO RC.
Dado un circuito electrónico RC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita
las principales característica de un filtro pasa alto.
Los filtros pasa altos, es aquel circuito electrónico que atenúa levemente las
frecuencias que son mayores que la frecuencia de corte e introducen mucha
atenuación a las que son menores que dicha frecuencia.
Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de
voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la
salida se conectar el Osciloscopio.
Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los
códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el
instructor.
Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del
condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la
frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
R2 (Nominal)
C2(Nominal)
R2 (Medido)
C2(Medido)
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 105
Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)
100
500
1K
5K
10K
50K
80K
120K
200K
500K
1M
2M
Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pégalo aquí.
Utilizando el papel semilogarítmico y una regla calcule la frecuencia de corte.
La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique
dicho valor en la grafica anterior y anote.
Utilizando la siguiente
ecuacion calcule el valor de la
frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).
Calcule dichos valores y anote.
Fcorte(Hz)
Fcorte(Nominal)
Fcorte(Real)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual
se realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje
obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 106
Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,
usando la fórmula
. Con estos valores construya
manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel
semilogaritmico. Pegue aqui.
3.9. IMPLEMENTA FILTRO PASA BANDA RC.
Dado un circuito electrónico RC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita
las principales característica de un filtro pasa banda.
Los filtros pasa altos, poseen dos frecuencias de corte, una inferior y otra
superior. Este filtro sólo atenúa grandemente las señales cuya frecuencia sea
menor que la frecuencia de corte inferior o aquellas de frecuencia superior a la
frecuencia de corte superior. por tanto, sólo permiten el paso de un rango o
banda de frecuencias sin atenuar.
Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de
voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la
salida se conectar el Osciloscopio.
Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los
códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el
instructor.
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de
voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 107
Mida el valor de la resistentecia con el Ohmímetro y el valor del
condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la
frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)
100
500
1K
5K
10K
50K
80K
120K
200K
500K
1 M
2 M
Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pégalo aqui.
R1 (Nominal)
C1(Nominal)
R2 (Nominal)
C2(Nominal)
R1 (Medido)
C1(Medido)
R2 (Medido)
C2(Medido)
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 108
Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.
La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique
dicho valor en la grafica anterior y anote.
Utilizando la siguiente
ecuacion calcule el valor de la
frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).
Calcule dichos valores y anote.
Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,
usando la fórmula
. Con estos valores construya
manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel
semilogaritmico. Pegue aqui.
Fcorte(Hz) inferior
Fcorte(Hz) superior
Fcorte(Nominal) inferior
Fcorte(Real) inferior
Fcorte(Nominal) superior
Fcorte(Real) superior
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje obtenido
en cada frecuencia.
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de
voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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3.10. IMPLEMENTA FILTRO RECHAZA BANDA RC.
Dado un circuito electrónico RC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita
las principales característica de un filtro rechaza banda.
Los filtros rechazan banda, elimina en su salida todas las señales que tengan
una frecuencia comprendida entre una frecuencia de corte inferior y otra de
corte superior. Por tanto, estos filtros eliminan una banda completa de
frecuencias de las introducidas en su entrada
Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de
voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la
salida se conectar el Osciloscopio.
Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los
códigos correspondientes impresos en ellos, que serán entregados por el
instructor.
Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del
condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.
R1 (Nominal)
C1(Nominal)
R2 (Nominal)
C2(Nominal)
R1 (Medido)
C1(Medido)
R2 (Medido)
C2(Medido)
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 110
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la
frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)
100
500
1K
5K
10K
50K
80K
120K
200K
500K
1M
2M
Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.
Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.
La cual se obtieneen el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique
dicho valor en la grafica anterior y anote.
Utilizando la siguiente
ecuacion calcule el valor de la
frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).
Calcule dichos valores y anote.
Fcorte(Hz) inferior
Fcorte(Hz) superior
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual
se realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje
obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 111
Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,
usando la fórmula
. Con estos valores construya
manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel
semilogaritmico. Pegue aquí.
4. FUNDAMENTO TEÓRICO.
4.1. CONDENSADORES.
En electricidad y electrónica, un condensador, a veces denominado con el
anglicismo capacitor, es un dispositivo formado por dos conductores o
armaduras, generalmente en forma de placas o láminas separados por un
material dieléctrico, que, sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.)
adquieren una determinada carga eléctrica.
A esta propiedad de almacenamiento de carga se le denomina capacidad o
capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F),
siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus
armaduras a una d.d.p. de 1 voltio, éstas adquieren una carga eléctrica de 1
culombio.
Fcorte(Nominal) inferior
Fcorte(Real) inferior
Fcorte(Nominal) superior
Fcorte(Real) superior
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de
voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 112
El valor de la capacidad viene definido por la fórmula siguiente:
En donde: C: Capacidad
Q: Carga eléctrica
V: Diferencia de potencial
Su unidad de medida es el Faradio, pero en la práctica se tienen valores muy
pequeños del orden de los microfaradios ( μF = 10-6 F), nanofaradios (ηF = 10-9
F), y picofaradios (pF = 10-12 F).
Símbolo electrónico.
4.2. CLASIFICACIÓN.
Para clasificar a los condensadores existen básicamente dos criterios, el tipo
de material dieléctrico utilizado y el valor de la capacidad.
a. Clasificación según el material dieléctrico utilizado en su contracción:
Existen muchos materiales dieléctricos en la naturaleza, los más utilizados
en la fabricación de condensadores son: Mica, electrolitos, aluminio, Tántalo,
poliéster, plástico, cerámico, estado solido
Condensador de mica.
Condensador electrolítico.
Condensador de estado sólido.
Condensador de aluminio.
Condensador de tantalio (tántalo).
Condensador de poliéster.
Condensador plástico.
b. Clasificación según su valor: En un condensador el valor de su capacidad
representa dos posibles estados, que su valor permanezca contante sin
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 113
importar la influencia externa o que pueda variar. De acuerdo a este criterio
los condensadores se denominan:
Condensadores Fijos: Son aquellos cuyos valores permanecen
constantes aunque exista influencia de agentes externo.
Condensadores variables: Se caracterizan por tener una capacidad que
varía al modificar la superficie enfrentada entre sus placas. Podemos
tener tres posibilidades para variar la capacidad:
- Variar la superficie de armaduras enfrentada.
- Variar la separación de las armaduras.
- Variar el tipo de dieléctrico.
Condensadores ajustables: Dentro de los condensadores variables,
podríamos realizar otra clasificación, los condensadores ajustables, en los
que se puede regular la capacidad. Se conocen como trimers y pueden
ser de mica, de aire o cerámicos. Generalmente se ajustan una sola vez
para dejarlos fijos en el circuito.
c. Clasificación montaje en un circuito: De acuerdo a este criterio, podemos
clasificar los condensadores de acuerdo a como serán instalados en un
circuito impreso:
Condensador estándar: Son aquellos que condensadores que requieren realizar perforaciones en los impresos, para ser fijados eléctrica y mecánicamente en un circuito. La principal desventaja de este tipo de condensadores es que ocupa mucho espacio en un circuito, además del elevado costo y tiempo de las perforaciones de los circuitos.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 114
Condensadores Montados es superficie: En la actualidad, el creciente
proceso de miniaturización de los diversos aparatos electrónicos ha hecho
obsoletos los métodos de montaje y fabricación convencionales.
El diseño de la tecnología de montaje superficial, en la que los elementos
van soldados directamente sobre la cara de pistas del circuito impreso;
así se evita la necesidad de realizar perforaciones en los impresos, al
tiempo que puede reducirse notablemente el tamaño de los dispositivos
empleados. Los condensadores no podían quedar al margen, por lo que
también se desarrollaron versiones en miniatura de acuerdo con la
tecnología empleada para fabricar los dispositivos cerámicos.
Condensadores incorporados en chips: Tan necesarios son los
condensadores en el diseño de circuitos integrados, que incluso se ha
llegado a límites de miniaturización realmente inconcebibles, a tal grado
que para observarlos se necesita un microscopio.
En ciertos circuitos integrados como el popular amplificador operacional
741, es necesario incluir un condensador compensador en la estructura
electrónica.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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4.3. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE UN CONDENSADOR.
Las principales características son:
a. Capacidad de almacenamiento: Es la propiedad de almacenar cargas
eléctricas al estar sometidos a una tensión. La capacidad de un condensador
puede variar en función de:
La distancia de las placas.
El número de placas.
El dieléctrico.
La temperatura.
La unidad fundamental de capacidad es el faradio, pero como esta unidad es
muy grande para las capacidades normales de los condensadores, se
emplean los submúltiplos del faradio:
Microfaradio(μF)= 10-6F Nanofaradio(ηF)=10-9F Picofaradio(pF) =10–12 F
b. Coeficiente de temperatura: Como todos los elementos electrónicos, se ve
afectado por la temperatura, y al aumentar esta, disminuye su capacidad.
c. Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un
condensador sin que sea afectado física y en sus características eléctrica, el
cual depende del tipo y grosor del dieléctrico con que esté fabricado. Si se
supera dicha tensión, el condensador puede perforarse (quedar
cortocircuitado) y/o explotar.
d. Tolerancia: Se refiere al error máximo que puede existir entre la capacidad
real del condensador y la capacidad indicada sobre su cuerpo.
e. Polaridad: Es decir que el fabricante establece el pin positivo y negativo, es
decir se le debe aplicar el voltaje prestando atención a sus terminales
positivo y negativo. De lo contrario podría ocasionar un daño en el
componente.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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4.4. CONDENSADOR ELECTROLÍTICO.
El principio del condensador electrolítico fue descubierto en 1886 por Charles
Pollak, como parte de su investigación en la anodización del aluminio y otros
metales. Pollack descubrió que debido a la delgadez de la capa de óxido de
aluminio producida, había mucha capacitancia entre el aluminio y la solución de
electrolito.
Los condensadores electrolíticos deben su nombre a que el material dieléctrico
que contienen es un ácido llamado electrolito y que se aplica en estado líquido.
La fabricación de un condensador electrolítico comienza enrollando dos
láminas de aluminio separadas por un papel absorbente humedecido con ácido
electrolítico. Luego se hace circular una corriente eléctrica entre las placas para
provocar una reacción química que producirá una capa de óxido sobre el
aluminio, siendo este óxido de electrolito el verdadero dieléctrico del
condensador. Para que pueda ser conectado en un circuito electrónico, el
condensador llevará sus terminales de conexión remachados o soldados con
soldadura de punto. Por último, todo el conjunto se insertará en una carcasa
metálica que le dará rigidez mecánica y se sellará herméticamente, en general,
con un tapón de goma, que evitará que el ácido se evapore en forma precoz.
El dieléctrico es una disolución electrolítica que ocupa una cuba electrolítica.
Con la tensión adecuada, el electrolito deposita una capa aislante muy fina
sobre la cuba, que actúa como una armadura y el electrolito como la otra.
Consigue capacidades de almacenamiento muy grande, tienen polaridad
determinada, por lo que no son adecuados para funcionar con corriente alterna.
La polarización inversa destruye el óxido, produciendo una corriente en el
electrolito que aumenta la temperatura, pudiendo hacer arder o estallar el
condensador.
Existen dos presentaciones:
Condensador electrolítico
axial
Condensador
electrolítico
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 117
4.5. CONDENSADOR DE ESTADO SÓLIDO.
Estos condensadores no son más que una variante de los condensadores
electrolíticos, tienen un encapsulado metálico.
Utiliza una combinación de Polímero orgánico sólido (Solid Organic Polymer),
están recubiertos por una carcasa de aluminio laminado y sellados
herméticamente, también son del tipo radial con 2 conectores polarizados
Las principales características son:
- Resistencia a la impedancia.
- Resistencia a las variaciones de energía.
- Mucho más durables.
- Resistencia a las Altas temperaturas.
- No se revientan como los condensadores electrolíticos.
- Debido a su composición orgánica son más amigables para el medio
ambiente.
- Son más seguros
4.6. CONDENSADOR DE ALUMINIO.
El dieléctrico es una capa de óxido de aluminio que impregna el papel que
separa las láminas de aluminio. Tiene un elevado factor potencia, alta corriente
de fuga, resistencia de carga alta, tolerancia elevada y se ven fuertemente
afectados por la temperatura. Funciona bien a bajas frecuencias, pero presenta
pérdidas grandes a frecuencias medias y altas. Se emplea en fuentes de
alimentación y equipos de audio.
4.7. CONDENSADOR DE TANTALIO (TÁNTALO).
Es otro condensador electrolítico, pero emplea tantalio en
lugar de aluminio. Consigue corrientes de pérdidas bajas,
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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mucho menores que en los condensadores de aluminio. Suelen tener mejor
relación capacidad/volumen, pero arden en caso de que se polarizan
inversamente.
4.8. CONDENSADOR DE POLIÉSTER.
Está formado por láminas delgadas de poliéster sobre las que
se deposita aluminio, que forma las armaduras. Se apilan
estas láminas y se conectan por los extremos. Del mismo
modo, también se encuentran condensadores de policarbonato
y polipropileno.
4.9. CONDENSADOR PLÁSTICO.
Estos condensadores se caracterizan por las altas resistencias de aislamiento y
elevadas temperaturas de funcionamiento.
Según el proceso de fabricación podemos diferenciar entre los de tipo k (posee
armadura de metal) y tipo MK (Posee armadura de metal vaporizado).
Según el dieléctrico usado se pueden distinguir estos tipos comerciales:
KS: styroflex, constituidos por láminas de metal y poliestireno como
dieléctrico.
KP: formados por láminas de metal y dieléctrico de polipropileno.
MKP: dieléctrico de polipropileno y armaduras de metal vaporizado.
MKY: dieléctrico de polipropileno de gran calidad y láminas de metal
vaporizado.
MKT: láminas de metal vaporizado y dieléctrico de teraftalato de polietileno
(poliéster).
MKC: makrofol, metal vaporizado para las armaduras y policarbonato para el
dieléctrico.
4.10. CONDENSADOR CERÁMICO.
Entre los condensadores más empleados, debido a su bajo precio y buenas
características capacitivas, están los de cerámica, los cuales basan su
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 119
funcionamiento en dos delgadas placas metálicas separadas entre sí por una
delgada lámina de material cerámico. El material que más se emplea en la
actualidad es una cerámica con base en Titanatio de bario, y su forma de disco
resulta familiar.
Estos condensadores tienen una estructura muy sencilla, sin embargo, esta
sencillez trae aparejado un problema delicado: a menos que se construyan
dispositivos realmente grandes su capacidad máxima es relativamente
pequeña (comercialmente se alcanzan valores de 0.22μF).
Para poder compensar parcialmente esta desventaja, se idearon algunas
variantes en la construcción de estos dispositivos, tal como la aplicación de
varias capas superpuestas conectadas entre sí en paralelo.
A estos dispositivos se les llama o conoce con el nombre de condensadores
cerámicos multicapa, y gracias a este recurso se pueden encontrar
componentes con una capacidad de hasta 1μF. Con este método el disco se
ensancha, pero el tamaño del dispositivo sigue siendo relativamente pequeño.
Una ventaja de los condensadores cerámicos, es que el material aislante
utilizado es muy resistente al paso de la corriente, pudiendo así encontrar
dispositivos que fácilmente resisten tensiones de 500 ó 1000 volts.
Una de sus principales desventajas de estos tipos de condensadores es su
amplio rango de tolerancia. Existe, por ejemplo, la familia de capacitores “Z”, la
cual posee una tolerancia de -20% a +80% del valor nominal. No obstante,
gracias a los avances en la construcción de elementos electrónicos, se ha
podido diseñar una familia de condensadores cerámicos que es la familia “J”,
que posee una tolerancia de ± 5.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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4.11. IDENTIFICACIÓN DE SU CAPACIDAD.
Para identificar la capacidad de almacenamiento de un condensador podemos
utilizar un código de marca o un código de clores:
a. Código de colores: En la superficie del condensador posee 4 líneas de a
través de las cuales podemos establecer su valor. Las dos primeras líneas
son las 2 primeras cifras significativas de su capacidad, la tercera línea
indica el factor de multiplicación y la cuarta su tolerancia.
Color de la Banda Cifras Significativas (Primera y Segunda banda)
Multiplicador (Cuarta Banda)
Tolerancia (Quinta Banda)
Negra 0 1 ±20%
Marrón 1 10 ±1%
Rojo 2 100 ±2%
Naranja 3 1000 ±3%
Amarillo 4 10000 --------------
Verde 5 100000 ±5%
Azul 6 -------------- --------------
Violeta 7 0,001 --------------
Gris 8 0,01 --------------
Blanco 9 0,1 ±10%
Dorado -------------- -------------- --------------
Azul Oscuro
-------------- -------------- --------------
b. Código de marca: Posee tres dígitos y una letra. Los 2 primeros dígitos
representan las 2 primeras cifras de su capacidad, el tercero el número de
ceros que debemos agregar y la letra indica la tolerancia, según el valor de
la tabla.
LETRA TOLERANCIA B ± 0.1pF
C ± 0.25pF
D ± 0.5%
F ± 1%
G ± 2%
H ± 2.5%
J ± 5%
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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K ± 10%
M ± 20%
P +10%
R -20%
+30%
S -20%
+50%
Z -20%
+80%
4.12. CAPACITORES SMD (Surface Mounting Device).
En los equipos actuales, se utilizan el armado por componentes SMD (surface
mounting device o componentes de montaje superficial). De todos los
capacitores nombrados hasta aquí los que más se prestan para el montaje
superficial son los capacitores cerámicos.
Los capacitores electrolíticos tienen una versión enteramente SMD pero su
costo es casi prohibitivo. Por esa razón simplemente se coloca un electrolítico
común (con sus terminales cortados) en una base cerámica y se los utiliza
como SMD.
Estos capacitores se identifican por sus dimensiones; por ejemplo los de tipo
0805 tienen un largo de 8 mm y un ancho de 5mm; el tipo 0604 tiene un largo
de 6mm y un ancho de 4mm. Puede ocurrir que no tengan ninguna marcación
sobre su cuerpo porque el fabricante los identifica por el tamaño y el color.
Otros fabricantes los marcan con un sistema codificado o de código reducido
debido a su pequeño tamaño.
La codificación del valor consiste en una letra seguida por un número, la letra
corresponde a la mantisa o valor significativo indicado en la tabla inferior y el
número corresponde a la cantidad de ceros que se deben agregar a la mantisa,
obteniéndose el resultado en pF.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Letra Mantisa Letra Mantisa Letra Mantisa
A 1.0 J 2.2 S 4.7
B 1.1 K 2.4 T 5.1
C 1.2 L 2.7 U 5.6
D 1.3 M 3.0 V 6.2
E 1.5 N 3.3 W 6.8
F 1.6 P 3.6 X 7.5
G 1.8 Q 3.9 Y 8.2
H 2.0 R 4.3 Z 9.1
Ejemplo1: Si el código de marca es S4, cuál es el valor de su capacidad Mi.
Observamos la tabla S=4.7 y 4 es el valor del factor de multiplicación x104.
C=4.7 x 104pF = 47000pF=47ηF
Ejemplo2: Si el código de marca es A2, cuál es el valor de su capacidad Mi.
Observamos la tabla A=1.0 y 2 es el valor del factor de multiplicación x102.
C=1.0 x 102pF = 100pF=0.1ηF
Ejemplo3:Si el código de marca es J3, cual es el valor de su capacidad. Mi
observamos la tabla J=2.2 y 3 es el valor del factor de multiplicación x102.
C=2.2 x 103pF = 2200pF=2.2ηF
4.13. CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR.
Para detallar el proceso de carga y descarga del condensador, nos
apoyaremos en el circuito que se detalla a continuación.
Disponemos de una fuente de Voltaje, un condensador y una resistencia a la
que llamaremos de carga. Todo ello conectado convenientemente con un
conmutador forma dos circuitos, 1, que será el circuito de carga y 2, que será el
circuito de descarga.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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a. Carga: Con el conmutador en la posición 1, llega la corriente a través de la
resistencia, en el primer instante la intensidad alcanza su valor máximo, y a
medida que se va cargando el condensador, va aumentando la tensión en él
y la intensidad va disminuyendo.
Cuando el voltaje en el condensador alcanza el valor de voltaje de la fuente,
quedan al mismo potencial, por lo tanto deja de circular corriente. Las curvas
de carga de un condensador en función del tiempo son curvas
exponenciales. Para poder calcular el valor de la carga almacenada por el
condensador en un instante cualquiera debemos aplicar la relación:
En realidad nunca llega a cargarse por completo, ya que tienen pérdidas de
carga. En teoría se considera cargado cuando ha transcurrido un tiempo (t),
que viene determinado por la siguiente fórmula:
Siendo:
R = Resistencia empleada para la carga, en ohmios.
C = Capacidad del condensador en faradios.
La constante de tiempo (R*C) es el que tarda el condensador en almacenar
un 63,2% de la carga máxima.
b. Descarga: Para conseguir la descarga, pasaremos el conmutador a la
posición 2.
En el instante inicial la tensión desciende rápidamente, existe también un
gran paso de corriente que aparecerá con valores negativos, pues está
circulando en sentido contrario al de carga.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 124
La tensión disminuye hasta hacerse nula, como no existe d. d. p., también se
hará nula la intensidad.
4.14. ASOCIACION DE CONDENSADORES.
Existen tres tipos de asociaciones de condensadores: serie, paralelo y mixtos.
El condensador resultante de la asociación recibirá el nombre de condensador
equivalente, produciendo por tanto el mismo efecto que dicha asociación, es
decir misma carga y diferencia de potencial, y a su capacidad la
denominaremos capacidad equivalente.
a. Capacitores en serie: Un circuito serie es aquel en el que están conectados
dos o más capacitores formando un camino continuo, como se muestra en el
siguiente circuito.
De esta forma las cargas Q de los sucesivos condensadores unidos en serie
tienen todas el mismo valor, ya que al conectarlas de esta forma si en una
placa de la armadura de uno de los condensadores está con una carga
positiva +Q, ésta atrae a otra igual pero de signo contrario, -Q, en la otra
armadura de ese mismo condensador, y rechazará a otra igual y del mismo
signo +Q en la placa del siguiente condensador, y así sucesivamente.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Se observa que la diferencia de potencial U en los extremos de la asociación
es igual a la suma de las diferencias de potencial existentes entre las
armaduras de los sucesivos condensadores, verificándose:
∑
Sabemos que
Remplazamos las ecuaciones (1) y (3), en la ecuación (2) y obtendremos:
∑
∑
b. Asociación en paralelo: Es la que resulta de conectar entre sí en el pin del
mismo signo, uniendo por un lado todas las armaduras inductoras
(armaduras cargadas negativamente, es decir electrones), y por otro pin
todas las armaduras inducidas (armaduras cargadas positivamente,
formadas por huecos debidos a la ausencia de electrones), tal como se
muestra en el circuito:
Como el circuito esta en paralelo se cumple:
Por otra parte, las cargas de cada condensador se calculan mediante la
siguiente ecuación:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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El condensador equivalente:
Sumando las cargas de todos los condensadores se obtiene la carga total de
la asociación:
Remplazando las ecuaciones (1), (2) y (3) en la ecuación (4)
∑
Ejemplo1:
Hallar la capacitancia del siguiente circuito:
Donde: C1 = 10 μF; C2 = 22 μF
Ceq= C1+C2= 10 μF+22μF
Ceq= 10 μF+22μF= 32μF
Ejemplo2:
Hallar la capacitancia del siguiente circuito:
Donde: C1 = 10 μF; C2 = 22 μF
Ceq= (C1 * C2)/(C1 + C2)= (10* 22μF)/32
Ceq= 6.88μF
Ejemplo3:
Hallar la capacitancia del siguiente circuito:
Donde: C5 = 20μF ; C6= 50μF; C7 =50μF
Ceq= (C6 * C7)/(C6 + C7) + C5= (50*50μF)/(50+50)+20μF
Ceq= 25μF+ 20μF= 45μF
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4.15. REACTANCIA CAPACITIVA (XC).
La reactancia capacitiva (símbolo Xc)es una medida de la oposición que
presenta el condensador a la corriente alterna (AC). Es similar a la resistencia y
es medida en ohmios (Ω) pero la reactancia es más compleja que la resistencia
porque su valor depende de la frecuencia (f) de la señal eléctrica que pasa a
través del condensador así como del valor de la capacidad, C.
Al conectar una CA senoidal V(t) a un
condensador circulará una corriente i(t),
también senoidal, que lo cargará, originando en
sus bornes una caída de tensión, -VC(t), cuyo
valor absoluto puede demostrase que es igual
al de V(t). Al decir que por el condensador
"circula" una corriente, se debe puntualizar que,
en realidad, dicha corriente nunca atraviesa su
dieléctrico. Lo que sucede es que el
condensador se carga y descarga al ritmo de la frecuencia de V(t), por lo que la
corriente circula externamente entre sus armaduras.
Entre los 0º y los 90º i(t) va disminuyendo desde su valor máximo positivo a
medida que aumenta su tensión de carga Vc(t), llegando a ser nula cuando
alcanza el valor máximo negativo a los 90º, puesto que la suma de tensiones
es cero (Vc(t)+ V(t) = 0) en ese momento. Entre los 90º y los 180º v(t)
disminuye, y el condensador comienza a descargarse, disminuyendo por lo
tanto Vc(t). En los 180º el condensador está completamente descargado,
alcanzando i(t) su valor máximo negativo. De los 180º a los 360º el
razonamiento es similar al anterior.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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De todo lo anterior se deduce que la corriente queda adelantada 90º respecto
de la tensión aplicada. Consideremos por lo tanto, un condensador C, como el
de la figura 2, al que se aplica una tensión alterna de valor:
De acuerdo con la ley de Ohm circulará una corriente alterna, adelantada 90º
(π / 2) respecto a la tensión aplicada.
donde . Si se representa el valor
eficaz de la corriente obtenida en forma polar:
Y operando matemáticamente:
Por lo tanto, en los circuitos de CA, un condensador ideal se puede asimilar a
una magnitud compleja sin parte real y parte imaginaria negativa:
En el condensador real, habrá que tener en cuenta la resistencia de pérdidas
de su dieléctrico, RC, pudiendo ser su circuito equivalente, o modelo, el que
aparece en la figura dependiendo del tipo de condensador y de la frecuencia a
la que se trabaje, aunque para análisis más precisos pueden utilizarse modelos
más complejos que los anteriores.
4.16. CONCEPTOS PREVIOS PARA FILTROS.
Para comprender mejor las características de los filtros, definiremos los
siguientes conceptos básicos:
Octava: Dos frecuencias están separadas una octava si una de ellas es de
valor doble que la otra.
Década: Dos frecuencias están separadas una década si una de ellas es de
valor diez veces mayor que la otra.
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Frecuencia de corte: Es la frecuencia para la que la ganancia en tensión
del filtro cae de 1 a 0.707 (esto expresado en decibelios o dB. se diría como
que la ganancia del filtro se reduce en 3dB de la máxima, que se considera
como nivel de 0dB). En los filtros pasa banda y elimina banda existirán dos
frecuencias de corte diferentes, la inferior y la superior.
Banda de paso: Es el rango de frecuencias que el filtro deja pasar desde la
entrada hasta su salida con una atenuación máxima de 3dB. Toda
frecuencia que sufra una atenuación mayor quedaría fuera de la banda
pasante o de paso.
Banda atenuada: Es el rango de frecuencias que el filtro atenúa más de
3dB.
Función de transferencia: Se define la función de red F(s) como la
transformada de Laplace de la relación entre la respuesta de un circuito y la
excitación de ésta, con condiciones iniciales nulas. La función de red puede
tener dimensiones de: impedancia, admitancia o ser adimensional
dependiendo de las variables utilizadas.
Cuando las variables implicadas pertenece una a la puerta de entrada X(s) y
la otra a la puerta de salida Y(s), la función de red se denomina función de
transferencia H(s).
La función de transferencia se expresará como el cociente de dos polinomios
en s y para quesea realizable prácticamente debe cumplirse que el grado del
numerador (m) debe ser menor o igual que el grado del denominador (n).
Además, todos los coeficientes de los polinomios deben ser reales, nunca
imaginarios.
Respuesta en amplitud: Una de las formas más comunes de especificar un
filtro es mediante su respuesta en amplitud. Esta respuesta en amplitud es la
que fijará las bandas de paso y atenuada y las atenuaciones de ambas
bandas. Normalmente se especifica esta respuesta en amplitud y, a partir de
ella, se obtiene la función de transferencia. La respuesta en amplitud no es
más queel módulo de la particularización de la función de transferencia en el
eje jω.
[
| | ]
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Rizado: Es una medida de lo plana que es la respuesta en amplitud en la
banda de paso y se da como la diferencia entre las atenuaciones máxima y
mínima en la banda de paso. En la figura se muestra gráficamente el
significado de los parámetros anteriores
Diagrama de Bode: El diagrama de Bode es la representación gráfica de
H(S) = H(jω) y se divide en dos: diagrama de módulo y diagrama de fase.
- Eje de frecuencias logarítmico: Permite observar la respuesta del filtro
sobre varias décadas de frecuencia.
- Eje de ganancia en dB: Permite visualizar varios órdenes de magnitud.
Factor de calidad o selectividad del filtro (Q):La relación entre el ancho
de banda del filtro y su frecuencia central.
Octava: Una octava es la diferencia entre dos frecuencias una doble de la
otra. Es decir, se cumple que f2/f1 = 2.
Década: Dos frecuencias están separadas una década si f2/f1 = 10.
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4.17. NÚMEROS COMPLEJOS O IMAGINARIO.
Un número imaginario puro es un múltiplo de la unidad imaginaria de la forma
bi, donde b pertenece a los reales e i es la raíz cuadrada de menos uno.
Pueden hacerse las 4 operaciones racionales de suma, diferencia, producto y
cociente de dos números imaginarios puros, solo que el producto y el cociente
dan como resultado números reales.
Los números complejos son una extensión de los números reales,
cumpliéndose que . Los números complejos tienen la capacidad de
representar todas las raíces de los polinomios, cosa que con los reales no era
posible.
Dado que un número real es de distinta naturaleza que un número imaginario
puro, se define un número complejo z como la suma de un número real y uno
imaginario puro de la siguiente forma:
z = a + i b = a + j b
Representación:
a) La forma más usada para la representación de
un número complejo es la forma rectangular.
b) Otra forma polar de representar un número
complejo es la polar:
Donde: 22 bar
a
barctan
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c) Representación trigonométrica, esta es una descomposición polinómica de
su representación rectangular.
jsenrirsenrz coscos
Donde: 22 bar
a
barctan
d) Representación fasorial, esta representación expresa el numero complejo en
función de su modulo y el ángulo de desfasaje
e) Z = r
4.18. OPERACIONES CON NÚMEROS COMPLEJOS.
Con los números complejos se pueden realizar las siguientes operaciones:
a. Suma: Sea;Z1 = a + bi y Z2 = c + di
La suma será:
Z = Z1 + Z2 = ( a + c ) + ( b + d )i
b. Resta: Sea;Z1 = a + bi y Z2 = c + di
La resta será:
Z = Z1 - Z2 = ( a – c ) + ( b - d )i
c. Producto: Sea; Z1 = a + bi y Z2 = c + di
El producto será:
Z = Z1 * Z2 = 2a bi c di ac adi bci bdi ac bd ad bc i
2121 ** rrZZZ 1 +2
d. División: Sea;Z1 = a + bi y Z2 = c + di
El cociente será:
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1
2 2 2
2 2
( ) ( )z a bi a bi c di ac bd ad bc i ac bd ad bc i
z c di c di c di c d z
2
1
2
1
r
r
Z
ZZ 1 - 2
e. Raíz Cuadrada: Sea:
Z1 = a + bi
1rZ /2
EJERCICIOS DE APLICACIÒN.
1.- Sea los siguientes números complejos en forma rectangular, represéntelos
en polar y trigonométrica:
a. Z1 = 4+ 3i
b. Z2 = 5 + 12i
c. Z3 = 8 + 25i
d. Z4 = 10 + 12i
e. Z5 = 8 + 7i
2.- Calcular la raíz cuadrada de todos los números complejos.
3.- Calcular siguientes operaciones
a) Z1 + Z2
b) Z3 + Z2
c) Z1 + Z5
d) Z1 - Z2
e) Z3 - Z2
f) Z1 * Z2
g) Z1 * Z3
h) Z5 * Z2
i) Z1 / Z2
j) Z3 / Z2
k) Z4 + Z5
4.19. CLASIFICACIÓN DE LOS FILTROS.
Existen muchos criterios para clasificar a los filtros siendo los más importantes:
a. Clasificación según el tipo de función de transferencia: La forma de
comportarse de un filtro se describe por su función de transferencia. Ésta
determina la forma en que la señal aplicada cambia en amplitud y en fase al
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 134
atravesar el filtro. La función de transferencia elegida tipifica el filtro. Algunos
filtros habituales son:
Filtro de Butterworth: Los filtros de Butterworth poseen la propiedad de
tener una curva de respuesta lo más plana posible en el origen, es decir,
para la frecuencia cero.
La función de Butterworth viene definida por las ecuaciones:
| |
| |
(
)
| |
| | √
(
)
Filtro de Chevyshev: Los filtros de Chebyshev tienen una transición
más abrupta que las funciones de Butterworth entre la banda de paso y
la banda atenuada (pero a frecuencias altas, ya muy inmersos en la
banda atenuada, todo filtro LP de orden n tiene una atenuación de
20·ndB/dec.). Por el contrario, la banda de paso no es plana, esto es,
presenta rizado.
Es más eficiente repartir el error de aproximación de una forma
continua a lo largo de la banda pasante, lo que podemos conseguir
escogiendo:
| |
Donde, Cn(w) es el polinomio de Chebychev de primera especie y de
orden n. Este polinomio oscila entre –1 y 1 para 0≤[]≤1
| |
| |
Filtros elípticos o filtro de Cauer: Los filtros elípticos se conocen
desde la década de 1930 cuando fueron desarrollados por Wilhelm
Cauer en Alemania.
La principal aplicación de estos filtros es la telefonía y
telecomunicaciones para separar canales contiguos de información,
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 135
una tarea que los filtros elípticos realizan mejor que cualquier otro tipo
de filtro. Una de las razones por la que los filtros elípticos son mejores
que otros filtros es la existencia de rizo tanto en la banda de paso como
de rechazo, como se muestra en la Fig.
Este comportamiento se describe exactamente mediante el uso de
funciones elípticas de Jacob, y estas funciones son las que le dan el
nombre a este tipo de filtros, aunque también se les conoce como filtros
Cauer (por su inventor), y como filtros de funciones elípticas. Aunque el
nombre de filtro elíptico podría llevar a pensar que tienen forma elíptica,
dicho nombre es el más común para describir a este tipo de filtros.
| | √
De los tipos de funciones de filtros existentes, las funciones elípticas
proporcionan la mejor aproximación debido al rizo presente en la banda
de paso y en la banda de rechazo, el cual hace que la magnitud se
haga cero en la banda de rechazo logrando una mayor pendiente de la
magnitud en esta banda y por lo tanto aproximándose mejor a la
característica pasa bajos ideal.
Esta mejor aproximación en magnitud provoca que la aproximación en
fase no sea la mejor de todas, desafortunadamente.
El objetivo de este trabajo es presentar una transformación que nos
lleve a reducir el número de rizos en la banda de paso de la magnitud
de un filtro elíptico pasa bajos para de esta manera mejorar el retardo
de dichos filtros. Adicionalmente, realizaremos la síntesis pasiva
escalera de las nuevas funciones, para finalmente realizar un análisis
de sensitividad sobre estos circuitos.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 136
Filtro de Bessel: Este filtro también es denominado filtro de fase lineal,
ya que presenta una respuesta en amplitud bastante plana en la banda
de paso, para un orden elevado, pero fundamentalmente tiene una
respuesta en fase muy aproximadamente lineal para esa banda. Sin
embargo la pendiente en la zona de transición es peor que los filtros de
Butterworth o Tchevycheff del mismo orden, por lo que es adecuado
cuando se desea transmitir pulsos sin deformación, dado su contenido
armónico.
Supongamos tener una función de sistema igual a:
Donde, K0 es una constante real y positiva
La respuesta en frecuencia del sistema puede expresarse así. Si la
respuesta en amplitud M(ω) es una constante K0 y una respuesta en
fase
φ()=−⋅T
Si vamos a construir un sistema con elementos que introducen
pérdidas, debemos aproximar la función H(s)=K0esT, por una función
racional en s.
El método de aproximación se lo debe a Thomson y dice que H(s)
puede expresarse así:
Si sinh s y cosh s son expandidas en serie de potencias, tenemos:
Obtenemos así la serie correspondiente
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Donde Bn(s) son los polinomios de Bessel, definidos así:
Polinomio de Bessel
B0 1
B1 (s + 1)
B2 (s2 +3s + 3)
B3 (s3 + 6 s2 + 15s+15)
B4 (s4 + 10s3 + 45s2 +105s +105)
B5 (s5 + 15s4 + 105s3 + 420s2 +945s +945)
B6 (s6 +21s5 + 210s4 + 1260s3 + 4725s2 + 10395s + 10395)
b. Clasificación según respuesta frecuencia: Este calcificación establece la
frecuencia o rangos de frecuencia que se podrán pasar por el filtro.
Filtro paso bajo: En el caso ideal, dejan pasar las señales cuya
frecuencia es inferior a una frecuencia designada como frecuencia de
corte, que se definirá más adelante y, las señales de frecuencias
superiores a ésta son rechazadas o atenuadas considerablemente. La
forma ideal de la respuesta en frecuencia y los símbolos utilizados para
los filtros de paso bajo se ilustran en la figura.
Filtro paso alto: En el caso ideal, dejan pasar las señales cuya
frecuencia es superior a la de corte y rechazar las señales de frecuencias
inferiores a ésta. La respuesta ideal y los símbolos se ilustran en la figura.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 138
Filtro pasa banda: Rechazan las señales de frecuencia inferior a una
frecuencia mínima de corte y de frecuencia superior a una frecuencia
máxima de corte, permitiendo el paso de señales cuya frecuencia se
encuentra entre las dos frecuencias de corte anteriores, como se ilustra
en la figura.
Filtro elimina banda: Son aquellos que atenúan el paso de señales
cuyas frecuencias están comprendidas entre 2 frecuencias de corte el
resto de frecuencias no son atenuadas.
Filtro multibanda: Es que presenta varios rangos de frecuencias en los
cuales hay un comportamiento diferente.
Filtro variable: Es aquel que puede cambiar sus márgenes de frecuencia.
c. Clasificación según el tipo de componente que utilizan: Determina el tipo
de componentes electrónicos que serán utilizados en el diseño del filtro.
Filtro pasivo: Es el constituido únicamente por componentes pasivos
como condensadores, bobinas y resistencias.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 139
Filtro activo: Son aquellos diseñados con elementos pasivos y activos
(BJT, FET Y OP-AMP) Siendo frecuente el uso de amplificadores
operacionales, que permite obtener resonancia y un elevado factor Q sin
el empleo de bobinas.
d. Clasificación según el tipo de señal: Determina el tipo de señal que
podrán utilizar para el filtrado, los filtros.
Filtro analógico: Diseñado para el tratamiento de señales analógicas.
Filtro digital: Diseñado para el tratamiento de señales digitales. Entre
ellos, cabe citar el Filtro Adaptado cuya función principal es maximizar la
relación señal a ruido en la recepción.
e. Clasificación según el orden: Determina el grado de atenuación de la
señal en la salida del filtro.
Filtro de premier orden: Es aquel cuya frecuencia de corte sea igual a
(F), presentará una atenuación de 6dB a la primera octava (2F).
Filtro de segundo orden: Es aquel cuya frecuencia de corte sea igual a
(F), presentará una atenuación de 12dB a la primera octava (4F).
Filtro de tercer orden: Es aquel cuya frecuencia de corte sea igual a (F),
presentará una atenuación de 24dB a la primera octava (8F).
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 140
4.20. ESCALA SEMILOGARÍTMICA.
En la curva del diagrama de Bode, tanto para el módulo como para el ángulo
de fase de la función de transferencia, se utiliza un eje horizontal logarítmico
para la frecuencia, donde en vez de ω se escala el logω.
En la figura se puede observar la diferencia entre un eje lineal y uno
logarítmico. Para construir un eje logarítmico basta dar valores a ω y marcar
sobre el eje lineal el correspondiente valor del logω. Estas marcas dan lugar al
eje logarítmico. Las marcas se numeran con el valor que le corresponde a ω.
Hay que tener en cuenta que en una escala logarítmica no hay valores
negativos.
Se puede observar que mientras la separación entre las marcas del eje lineal
es regular, en el eje logarítmico la separación es regular entre las marcas de
valores 0.1, 1, 10, 100, 1000, etc. Cada uno de estos intervalos recibe el
nombre de década. La separación entre las marcas dentro de una década ya
no es regular, sino que decrece hacia la derecha.
Cuando en una gráfica los dos ejes están escalados de forma logarítmica
recibe el nombre de gráfica logarítmica, pero cuando uno delos ejes es lineal
(el vertical), recibe el nombre de gráfica semilogarítmica, como la que se
representa en la figura, que tiene seis décadas en el eje horizontal.
Eje Y o de las
ordenadas será
utilizado para
graficar los
valores de voltaje
(expresada en
voltios) o de
ganancia
(decibelios)
obtenida en cada
frecuencia.
El eje de las abscisas será utilizada para medir la frecuencia en
la que se realiza la medida de la señal.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 141
4.21. FILTRO PASA BAJO RC.
Para realizar un filtro pasivo paso bajo, deberemos construir el circuito de la
siguiente figura.
Como se ha citado previamente, a la frecuencia de corte se produce la
resonancia del filtro RC, o lo que es lo mismo, que los valores de la resistencia
y de la reactancia capacitiva a esa frecuencia se igualan.
La gráfica obtenida de un filtro paso bajo, indicando la relación entre la
frecuencia y la amplitud máxima de salida del filtro, en voltios o en decibelios,
se conoce como Diagrama de Bode, en honor a su inventor Hendrik W. Bode.
El diagrama de Bode puede referirse a la magnitud.
Otra forma de calcular cual es la frecuencia de corte de un filtro paso bajo
dados los datos de la atenuación medida a una frecuencia alejada de la de
corte, es aplicando la siguiente ecuación. La atenuación es un valor negativo:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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√ (
)
4.22. FILTRO PASA ALTO RC.
Para realizar un filtro pasivo paso alto, deberemos construir el circuito de la
siguiente figura. El cual está conformado por una fuente de energía alterna, un
condensador y una resistencia conectada en serie. La salida del circuito se
realiza a través de la resistencia (donde conectamos un osciloscopio para ver
la señal de salida) la fuente de voltaje alterno será el generador de señales
donde podemos obtener distintas frecuencias.
Como se ha citado previamente, a la frecuencia de corte se produce la
resonancia de la célula RC, o lo que es lo mismo, que los valores de la
resistencia y de la reactancia capacitiva se igualan a esa frecuencia. Por tanto,
la ecuación de cálculo de la frecuencia de corte de este filtro es idéntica a la del
filtro paso bajo.
La gráfica obtenida de un filtro paso alto, indicando la relación entre la
frecuencia y la amplitud máxima de salida del filtro, en voltios o en decibelios,
se conoce como Diagrama de Bode, en honor a su inventor Hendrik W. Bode.
El diagrama de Bode puede referirse a la magnitud.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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4.23. FILTRO PASA BANDA RC.
Para la realización de un filtro paso banda existen dos disposiciones posibles.
La construida en torno a la conexión en serie de un filtro paso alto más un filtro
paso bajo o bien la mostrada en la figura. Existen muchos arreglos RC para
filtros pasa banda RC, en la figura se muestra las dos más utilizadas
configuración pasa bajo RC en serie con un pasa alto RC (figura a), la
configuración RC serie - paralelo (figura b).
En la primera de ellas, al estar formada por la unión de los dos filtros
estudiados anteriormente, los valores de las resistencias y condensadores
serán los obtenidos mediante sus respectivos cálculos, es decir, ambas células
RC serán diferentes. Mientras que en el segundo caso, los valores de las
resistencias y condensadores son idénticos.
En cuanto a sus procedimientos de cálculo y resultados prácticos obtenidos
también varían sustancialmente. En el caso de paso alto más paso bajo,
podemos calcular sin problema las frecuencias de corte inferior y superior (fC1 y
fC2), el factor de calidad del filtro (Q) y el ancho de banda resultante (BW). Para
la figura b, exclusivamente calcularemos una frecuencia de trabajo, la
frecuencia media o central. Tampoco tendremos posibilidad de controlar el Q o
el ancho de banda del filtro resultante.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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El diagrama de Bode en magnitud para el filtro paso banda, tanto en modo
lineal como logarítmico, se muestran en la figura.
Como se ha comentado anteriormente, la frecuencia media o de corte, según el
modelo utilizado de disposición, se obtiene mediante:
Siendo el valor de la fase obtenido mediante:
(
)
(
)
4.24. FILTRO RECHAZA BANDA RC.
Esta configuración es especial y poco utilizada, ya que únicamente elimina un
margen de frecuencias de trabajo muy escaso.
Esta disposición también es conocida como de hendidura o de rechazo en
doble T, por la disposición particular de sus componentes.
Al igual que en algún modelo de filtro paso banda, con esta disposición no
podremos controlar ni el Q ni el ancho de banda del filtro.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Como se ha comentado anteriormente, la frecuencia media o de corte, según el
modelo utilizado de disposición, se obtiene mediante:
El diagrama de Bode en magnitud para el filtro paso
banda, tanto en modo lineal como logarítmico, se
muestran en la figura:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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TAREA3: IDENTIFICA Y ANALIZA LOS INDUCTORES.
El aprendiz de Redes y Comunicación de datos, al término de esta tarea, podrá
identificar en forma escrita las principales características de los inductores.
Además expresara su comportamiento en frecuencias de los mismos:
Identifica las bobinas según el material utilizado en su fabricación.
Calcula el valor de su capacidad por el código de marca.
Implementa filtro RLC pasa bajo, pasa alto, pasa banda y rechaza banda.
1. EQUIPOS Y MATERIALES.
Protoboard.
Cable para puentes.
Milímetro con capacímetro.
Bobinas fijas.
Generador de señales.
Osciloscopio.
Papel semilogaritmico.
2. ORDEN DE EJECUCIÓN:
Identifica las bobinas según el material utilizado en su fabricación.
Calcula el valor de su inductancia por el código de marca.
Implementa filtro pasa bajo RL.
Implementa filtro pasa alto RL.
Implementa filtro pasa banda RLC.
Implementa filtro rechaza banda RLC.
Si una persona es perseverante, aunque sea
dura de entendimiento, se hará inteligente; y
aunque sea débil se transformará en fuerte.
Leonardo Da Vinci
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3. OPERACIÓN.
3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL.
Normas de seguridad:
No utilices ninguna herramienta o equipo sin conocer su uso, funcionamiento
y normas de seguridad específicas.
Informa al instructor del material roto o averiado.
No fumar, comer o beber en el taller.
Procura no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras
dentro del laboratorio.
En caso de producirse un accidente comunícalo inmediatamente al
instructor.
Recuerda dónde está situado el botiquín.
Mantenga su puesto de trabajo limpio y ordenado, para evitar accidente.
Mantenga las herramientas ordenadas para evitar accidentes.
.
Normas de protección ambiental:
Al acabar la práctica, limpia y ordena el material utilizado.
Los desechos tóxicos, generados en la tarea deben recolectados y
entregados al instructor para ser depositados en tacho de elementos tóxicos.
3.2. IDENTIFICA LAS BOBINAS SEGÚN EL MATERIAL UTILIZADO EN SU
FABRICACIÓN.
El aprendiz realiza el reconocimiento de los diferentes tipos de bobinas
teniendo en cuenta el material utilizado para su fabricación, siguiendo normas
de seguridad y protección ambiental.
Identifica el tipo de material y sus principales características de las
bobinas fijas:
Para esta operación el instructor debe proporcionar al aprendiz bobinas fijas de
que estén fabricados de distintos materiales: Alambre, moldeados o tipo
resistencia, bobinas SMD.
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1. Identifica bobinas o inductoresfijos de alambre.
Tipo de núcleo Número de vueltas Grosor del alambre
2. Identifica bobinas o inductores fijos de moldeados.
Color de la cubierta Código de colores
3. Identifica bobinas o inductores fijos SMD.
Color de la cubierta Código de marca
3.3. CALCULA EL VALOR DE SU INDUCTANCIA POR EL CÓDIGO DE
MARCA.
El aprendiz calculará el valor de la autoinductancia, de la bobina utilizando el
código de marca o de colores, siguiendo los estándares de codificación.
1. Calcula el valor de la autoinductancia, utilizando el código de colores de las
bandas, que posee la bobina en la superficie.
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Color de la
cubierta
Código de colores Valor Nominal
de Inductancia
Valor
mínimo
Valor
máximo
2. Calcula el valor de la autoinductancia, utilizando el código de marca, que
posee la bobina en la superficie.
Color de la
cubierta
Código de marca Valor Nominal de
Inductancia
Valor
mínimo
Valor
máximo
3.4. IMPLEMENTA FILTRO PASA BAJO RL.
Dado un circuito electrónico RLC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita
las principales característica de un filtro pasa bajo.
Los filtros pasa bajos, son aquellos que introducen muy poca atenuación a las
frecuencias que son menores que la frecuencia de corte. Las frecuencias que
son mayores que la de corte son atenuadas fuertemente.
Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de
voltaje será alterna (Generador de señales 2VP), para lo cual se utilizara el
generador de señales, y en la salida se conectar el Osciloscopio.
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Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los
códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el
instructor.
Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y anote sus valores
medidos.
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la
frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)
100
500
1K
5K
10K
50K
80K
120K
Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegelo aqui.
R1 (Nominal)
L1 (Nominal)
R1 (Medido)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje obtenido
en cada frecuencia.
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Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.
La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique
dicho valor en la grafica anterior y anote.
Utilizando la siguiente ecuacion
calcule el valor de la frecuencia
de corte nominal (Utilizando el codigo de colores de R) y real (Utilizando el
valor medido de R). Calcule dichos valores y anote.
Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,
usando la fórmula
. Con estos valores construya
manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel
semilogaritmico. Pegue aqui.
3.5. IMPLEMENTA FILTRO PASA ALTO RL.
Dado un circuito electrónico RL, el aprendiz podrá expresar en forma escrita las
principales característica de un filtro pasa alto.
Los filtros pasa altos, es aquel circuito electrónico que atenúa levemente las
frecuencias que son mayores que lafrecuencia de corte e introducen mucha
atenuación a las que son menores que dicha frecuencia.
Fcorte(Hz)
Fcorte(Nominal)
Fcorte(Real)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de
voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.
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Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de
voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la
salida se conectar el Osciloscopio.
Anote los valores nominales de la resistencia mirando los códigos
correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el instructor.
Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro anote el valor medido.
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas frecuencias. Para esto, fije
la frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)
100
500
1K
5K
10K
50K
80K
120K
200K
R1 (Nominal)
L2(Nominal)
R2 (Medido)
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Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.
Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.
La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique
dicho valor en la grafica anterior y anote.
Utilizando la siguiente ecuacion
calcule el valor de la frecuencia
de corte nominal (Utilizando el valor de R y L segun el codigo de colores) y
real (Utilizando el valor medido de R con el Ohmimetro). Calcule dichos
valores y anote.
Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,
usando la fórmula
. Con estos valores construya
manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel
semilogaritmico. Pegue aqui.
Fcorte(Hz)
Fcorte(Nominal)
Fcorte(Real)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje obtenido
en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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3.6. IMPLEMENTA FILTRO PASA BANDA RLC.
Dado un circuito electrónico RLC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita
las principales característica de un filtro pasa banda.
Los filtros pasa altos, poseen dos frecuencias de corte, una inferior y otra
superior. Este filtro sólo atenúa grandemente las señales cuya frecuencia sea
menor que la frecuencia de corte inferior o aquellas de frecuencia superior a la
frecuencia de corte superior. Por tanto, sólo permiten el paso de un rango o
banda de frecuencias sin atenuar.
Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de
voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la
salida se conectar el Osciloscopio.
Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los
códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el
instructor.
R1 (Nominal)
C1 (Nominal)
L1 (Nominal)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de
voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.
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Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del
condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas frecuencias. Para esto, fije
la frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)
100
500
1K
5K
10K
50K
80K
120K
200K
400K
1M
2M
Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.
R1 (Medido)
C1 (Medido)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje obtenido
en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 156
Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.
La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique
dicho valor en la grafica anterior y anote.
Utilizando la siguienteecuacion
√ calcule el valor de la frecuencia
de maxima nominal y real (con los valores de R y C medidos). Calcule
dichos valores y anote.
Utilizando la siguienteecuacion
[
√(
)
], calcule
el valor de la frecuencia de corte superior nominal y real (con los vales de R
y C medidos). Calcule dichos valores y anote.
Utilizando la siguienteecuacion
[
√(
)
] ,
calcule el valor de la frecuencia de corte superior nominal y real (con los
vales de R y C medidos). Calcule dichos valores y anote.
3.7. IMPLEMENTA FILTRO RECHAZA BANDA RC.
Dado un circuito electrónico RC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita
las principales característica de un filtro rechaza banda.
Los filtros rechaza banda, elimina en su salida todas las señales que tengan
una frecuencia comprendida entre una frecuencia de corte inferior y otra de
Fcorte(Hz) inferior
Fcorte(Hz) superior
Fm(Hz)
Fm(Nominal) inferior
Fm(Real) inferior
FCS(Nominal) inferior
FCS(Real) inferior
FCS(Nominal) inferior
FCS(Real) inferior
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corte superior. Por tanto, estos filtros eliminan una banda completa de
frecuencias de las introducidas en su entrada
Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de
voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la
salida se conectar el Osciloscopio.
Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los
códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el
instructor.
Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del
condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la
frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
R1 (Nominal)
C1 (Nominal)
L1 (Nominal)
R1 (Medido)
C1 (Medido)
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)
100
500
1K
5K
10K
50K
80K
120K
200K
500K
1M
2M
Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.
Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.
La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique
dicho valor en la grafica anterior y anote.
Fcorte(Hz) inferior
Fcorte(Hz) superior
FRESONANCIA(Hz)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual
se realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje
obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 159
4. FUNDAMENTO TEÓRICO.
4.1. BOBINAS.
Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que,
debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo
magnético.
Energía almacenada: La bobina almacena energía eléctrica en forma de
campo magnético cuando aumenta la intensidad de corriente, devolviéndola
cuando ésta disminuye. Matemáticamente se puede demostrar que la energía,
, almacenada por una bobina con inductancia L, que es recorrida por una
corriente de intensidad I, viene dada por:
Fuerza electromotriz autoinducida: Una variación de la intensidad de
corriente (i(t)=I/t ) dará como resultado una variación del campo magnético y,
por lo mismo, un cambio en el flujo que está atravesando el circuito. De
acuerdo con la Ley de Faraday, un cambio del flujo, origina una fuerza
electromotriz auto inducida. Esta fuerza electromotriz, de acuerdo con la Ley de
Lenz, se opondrá a la causa que lo origina, esto es, la variación de la corriente
eléctrica, por ello suele recibir el nombre de fuerza contra electromotriz. Su
valor viene dado por la siguiente ecuación diferencial:
Donde el signo menos indica que se opone a la causa que lo origina.
En un inductor ideal, la fuerza contra-electromotriz auto inducida es igual a la
tensión aplicada al inductor. La fórmula precedente puede leerse de esta
manera: Si uno de los bornes del inductor es positivo con respecto al otro, la
corriente que entra por el primero aumenta con el tiempo.
Cuando el inductor no es ideal porque tiene una resistencia interna en serie, la
tensión aplicada es igual a la suma de la caída de tensión sobre la resistencia
interna más la fuerza contra-electromotriz auto inducida.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 160
La unidad de medida utilizado por las bobinas es el Henrio (H), debido a que su
valor de inductancia de una bobina suele ser pequeño se puede exprese en
miliHenrios (mH) o micro Henrios (µH).
Símbolo electrónico:
4.2. CLASIFICACIÓN DE BOBINAS.
Existen muchos criterios para clasificar las bobinas, siendo los más
importantes:
a. Clasificación según su valor.
Bobinas Fijos: Son aquellos cuyos valores permanecen constantes aunque
exista influencia de agentes externo.
Bobinas Variables: Son aquellos cuyos valores varían por influencia del
movimientos mecánico o algún agente externo adicional.
Símbolo Electrónico:
b. Clasificación según el tipo de núcleo.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Bobina de núcleo de aire: El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y
posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un
muelle.
Bobina de núcleo de ferrita: Posee un núcleo sólido de un material
ferromagnéticos. Los materiales ferromagnéticos más usados son la ferrita y
el ferroxcube.
c. Clasificación según el tipo de encapsulado.
Bobina de alambre desnudo: Son aquella bobinas cuyos elementos
inductivos están constituidos por alambres de cobre, enrollados sobre un
núcleo.
Bobina tipo resistencia: El alambre de estas bobinas está cubierta por una
capa de cerámica, la cual suele ser color verde claro o celeste, sobre la cual
posee impresa cuatro bandas de colores, que se utilizan para identificar el
valor de la inductancia; de manera similar al de las resistencias o mediante
serigrafía directa.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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d. Clasificación según el tipo de montado en el circuito impreso.
Bobina montado den circuito impreso: Son bobinas cuyos pines pasan a
través del circuito impreso, separando las bobinas de los puntos de fijación
mecánica y eléctrica.
Bobina montada sobre la superficie: Son bobinas cuyos pines de fijación y
la bobina están ubicada en el mismo lado del circuito impreso.
4.3. BOBINA CON NÚCLEO DE AIRE.
El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este
quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias
elevadas.
Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el
aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente
tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas
bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso se pueden considerar
como 2 o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en
serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.
Existe un método para obtener este valor si se tienen las medidas externas de
la bobina / inductor.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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La fórmula de Wheel era utilizar es la siguiente:
Donde:
- n: es la cantidad de espiras (vueltas de alambre) del inductor.
- a: es el radio del inductor en centímetros.
- b: es la longitud del arrollado del inductor en centímetros
Esta fórmula es una buena aproximación para inductores de una longitud
mayor o igual a 0.8a. Ver el gráfico anterior.
Ejemplo 1:
Se tiene una bobina o inductor de 32 espiras, 13 vueltas por centímetro y 25
mm de diámetro. ¿Cuál debe ser el valor dela inductancia?
- a = 25 mm / 2 = 1.25 centímetros
- b = 32 / 13 = 2.46
- n = 32
Entonces:
L = (0.393 x 1.252 x 322) / (9 x 1.25 + 10 x 2.46) = 17.54µH
Ejemplo 2:
Se desea construir una bobina o inductor que sea de 10µH, que tenga 2.54
centímetros de diámetro y una longitud de 3.175 centímetros. ¿Cuántas espiras
debe tener la bobina?
Entonces:
- a = 2.54 cm / 2 = 1.27cm
- b = 3.175 centímetros
- L = 10µH
Se despeja de la ecuación original la variable "n" en función de todas las
demás.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 164
n = [10 x (9a + 10b) / ( 0.393 x a2)]1/2
Reemplazando los valores:
n = [10 x (11.43 + 31.75) / 0.393 x 1.613]1/2 = 6801/2 = 26.1 espiras
4.4. BOBINA CON NÚCLEO SÓLIDO.
Posee un núcleo de un material sólido como el metal, que le añade a la bobina
características magnéticas especiales.
Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias que se desean
eliminar son bajas se utilizan núcleos parecidos a los de los transformadores
(en fuentes de alimentación sobre todo). Así nos encontraremos con las
configuraciones propias de estos últimos. Las secciones de los núcleos
pueden tener forma de EI, M, UI y L.
El principal aporte del núcleo de metal con características magnéticas
especiales, es la de poder incrementar el valor de la inductancia de la bobina,
que hacen reforzar el campo magnético.
El magnetismo del material del núcleo depende de la polarización de "los
dominios magnéticos moleculares", cuando el campo magnético que afecta el
inductor cambia continuamente.
Estos dominios deben poder cambiar su posición para que el núcleo cumpla su
objetivo. Además podrán o no seguir las variaciones del campo magnético
dependiendo del material del que está hecho el núcleo.
Dependiendo del material magnético que se utiliza como núcleo de la bobina,
también dependerá la frecuencia a la que trabajará la bobina:
Metal sólido: Utilizado para bobinas con frecuencias muy bajas.
Metal laminado: Utilizados para bobinas con frecuencias que varían entre
los 10 hertzio (Hz) a algunos kilohertzio (KHz)
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 165
Núcleos de polvo metálico: Utilizados para bobinas con frecuencias arriba
de cientos de Kilohertzios y hasta varios cientos de Megahertzio (MHz).
Núcleo de aire: Utilizados en bobinas con frecuencias superiores a los 500
Megahertzio. En este caso el núcleo metálico se vuelve obsoleto.
Existe un método para obtener este valor si se tienen las medidas externas de
la bobina / inductor.
La fórmula de Wheel era utilizar es la siguiente:
Donde:
- N: Es el número de espiras (vueltas de alambre) del inductor.
- A: Área del núcleo.
- l: Longitud del núcleo.
- µ: Permeabilidad del medio.
La permeabilidad: Al introducir el material ferromagnético en el inductor,
modifica la naturaleza del espacio que ocupa produciendo un aumento del flujo
magnético y por lo tanto de la inductancia (también de otros parámetros).
Es la propiedad del espacio que se modifica se denomina "permeabilidad
absoluta" o simplemente "permeabilidad", y para designarla se emplea la letra
griega µ (mu).
Para calcular el valor de la permeabilidad se utilizara, un valor que surge de
realizar el cociente entre la permeabilidad del material y la permeabilidad del
vacío, a este cociente se lo denomina "permeabilidad relativa" (la
permeabilidad relativa del aire es prácticamente 1, casi la misma que la del
vacío). Es importante insistir en que la permeabilidad relativa (µr)es un
cociente entre permeabilidad y la permeabilidad del material (µ0), por ello no
tiene unidades, es una medida de comparación; tal como se muestra en la
siguiente ecuación.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 166
Si despejamos obtenemos la siguiente ecuación:
Ejemplo 1: Se tiene una bobina o inductor de 100 espiras, con un núcleo de
ferrita de 100mm de longitud, 4 mm de diámetro. ¿Cuál debe ser el valor dela
inductancia?
- µ=µrµ0= 200*4π*10-7=0.251mWb/Am
- A= πr2=3.1416*22mm2=12.57*10-6m2
Entonces:
(
)
Símbolo electrónico:
4.5. BOBINA DE NIDO DE ABEJA.
Se utilizan en los circuitos sintonizadores de aparatos de radio en las gamas de
onda media y larga. Gracias a la forma del bobinado se consiguen altos valores
inductivos en un volumen mínimo.
4.6. BOBINA TOROIDAL.
Se caracterizan por que el flujo generado no se dispersa
hacia el exterior ya que por su forma se crea un flujo
magnético cerrado, dotándolas de un gran rendimiento y
precisión.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 167
4.7. ASOCIACIÓN DE BOBINAS.
Las bobinas se pueden asociar formando circuitos en serie, circuitos en
paralelo y en una combinación de estos:
a. Asociación en serie: En estos casos, y siempre que no exista acoplamiento
magnético, la inductancia equivalente para la asociación serie vendrá dada
por:
Sabemos:
Sabemos por las características del circuito en serie:
V= V1 + V2+V3+ ....+Vn .......(2)
Remplazando (1) en (2):
Calculando el voltaje del circuito equivalente
Igualando las ecuaciones (3) con la (4)
∑
b. Asociación es paralelo: En estos casos, y siempre que no exista
acoplamiento magnético, la inductancia equivalente para la asociación serie
vendrá dada por:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Por propiedades de circuitos en paralelo sabemos:
El voltaje es constante:
V=V1=V2=....=Vn ......(1)
La corriente de entrada es la suma de las corrientes
en cada bobina:
i= i1 + i2+ ....+in......(2)
La inductancia es igual a:
Calcular el valor del circuito equivalente:
Derivando la ecuación (2)
Reemplazando las ecuaciones (1), (3), (4) en (5).
∑
4.8. CÓDIGO DE COLORES.
Las bobinas tipo resistencia, empleadas en circuitos electrónicos, poseen
cuatro o cinco bandas de color rotuladas, los colores utilizados dependiendo de
su posición definen el valor de la inductancia de una bobina y la tolerancia.
El código de colores de una bobina de cuatro bandas, utilizan la primera y
segunda banda para definir las dos primeras cifras del valor de la inductancia
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 169
de la bobina, la cual se expresa en micro Henrios (µH). La tercera banda
establece el factor de multiplicación y la cuarta banda la tolerancia.
Color de la Banda
Cifras Significativas (Primera y Segunda banda)
Multiplicador (Tercera banda)
Tolerancia (Cuarta Banda)
Negra 0 1 Marrón 1 10 ±1% Rojo 2 100 ±2% Naranja 3 1000 Amarillo 4 10000 ±4% Verde 5 100000 ±0.5% Azul 6 1000000 ±0.25% Violeta 7 10000000 ±0.1% Gris 8 100000000 ±0.05% Blanco 9 1000000000 Dorado -------------- 0.1 ±5% Plateado -------------- 0.01 ±10% Ninguno -------------- -------------- ±20%
El código de colores de una bobina tipo resistencia de cinco banda, utilizan la
primera, segunda y tercera banda definir las tres primeras cifras del valor de la
inductancia de la bobina expresada en micro Henrios (µH). La cuarta banda
establece el factor de multiplicación. La cuarta banda define el porcentaje de
tolerancia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Ejemplo de códigos de colores:
a. Sea una bobina cuyas bandas son amarillo, violeta, negro, rojo y rojo.
amarillo-violeta-negro--------------- 470
rojo--------------------------------------- 102
rojo--------------------------------------- 2%
L=470x 102µH ± 2%
L=47000 µH ± 2%
L=47mH± 2%
b. Sea una bobina cuyas bandas son marrón, negro, naranja y dorado.
marrón - negro --------------- 10
naranja ------------------------- 102
dorado -------------------------- 5%
L=10x 103 µH ± 5%
L=10000 µH ± 5%
L=10mH ± 5%
c. Sea una resistencia cuyas bandas son rojo, rojo, dorado y dorado.
rojo - rojo ----------------------- 22
dorado -------------------------- 0.1
dorado -------------------------- 5%
L=22x 0.1 µH ± 5%
L=2.2 µH ± 5%
L=2.2 µH ± 5%
d. Sea una resistencia cuyas bandas son rojo, rojo, negro y dorado.
rojo - rojo ----------------------- 22
Color de la Banda
Cifras Significativas (Primera, Segunda y Tercera banda)
Multiplicador (Cuarta anda)
Tolerancia (Quinta Banda)
Negra 0 1 Marrón 1 10 ±1% Rojo 2 100 ±2% Naranja 3 1000 Amarillo 4 10000 ±4% Verde 5 100000 ±0.5% Azul 6 1000000 ±0.25% Violeta 7 10000000 ±0.1% Gris 8 100000000 ±0.05% Blanco 9 1000000000 Dorado -------------- 0.1 ±5% Plateado -------------- 0.01 ±10%
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dorado -------------------------- 1
dorado -------------------------- 5%
L=22 x 1 µH ± 5%
L=22 µH ± 5%
L=22 µH ± 5%
4.9. CÓDIGO DE MARCA.
El código de marca de una bobina o inductor generalmente se utiliza en
bobinas con encapsulados de montaje superficial, porque son muy pequeñas y
no poseen espacio suficiente para colocar bandas de colores, por lo tanto se
emplea una codificación numérica como. Esta codificación numérica está
formada por 3 o 4 letras o números, existen diferentes codificaciones en uso.
Los códigos de marca utilizados en las bobinas es muy similar al utilizado en
las resistencias, con la diferencia que se expresa en el orden de los micro
Henrios (µH), siendo los sistemas de codificación más utilizados:
Código de Resistores con 3 Dígitos: Es la codificación más comúnmente
empleada, es muy similar a la codificación con cuatro bandas de colores.
Los primeros dos números indican los dos primeros dígitos del valor de la
resistencia mientras que el tercero nos indica la cantidad de ceros que
deben agregarse a las cifras significativas (factor de multiplicación).
Código de Resistores con 4 Dígitos: Esta codificación es muy similar a la
empleada en las resistencias con código de colores de cinco bandas con
bajas. En esta codificación los primeros 3 dígitos de indican el valor
numérico de la resistencia y el cuarto dígito la cantidad de ceros que se debe
poner a continuación (factor de multiplicación).
10 000000 µH = 10H
274 00 µH = 27.4mH
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Codificación EIA-96: Esta codificación es empleada en resistencias con
tolerancias del 1%. Esta codificación surge para abreviar un código de
resistencias donde intervienen 4 dígitos, al ser las resistencias SMT un poco
pequeñas para poder anotarlo y debido a esto surge está codificación.
Emplea tres caracteres para indicar el valor de la resistencia: los dos
primeros son números e indican los 3 dígitos más significativos del valor de
resistencia, el tercer carácter es una letra que indica el multiplicador
(cantidad de ceros a agregar). Al usar una letra se evita confusión con la
codificación de 3 números.
CÓDIGO FACTOR DE MULTIPLICACIÓN
Z 0.001
Y o R 0.01
X o S 0.1
A 1
B o H 10
C 100
D 1 000
E 10 000
F 100 000
4.10. RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LA BOBINA.
En CA, una bobina ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente que
recibe el nombre de reactancia inductiva, XL, cuyo valor viene dado por el
producto de la pulsación (=2πf) por la inductancia, L:
Si la pulsación está en radianes por segundo (rad/s) y la inductancia en henrios
(H) la reactancia resultará en ohmios.
Al conectar una fuente de corriente alterna (CA) con una señal senoidalv(t) a
una bobina aparecerá una corriente i(t) también senoidal, esto va a generar una
33 00µH = 3.3mH
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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fuerza contra electromotriz, -e(t), cuyo valor absoluto puede demostrase que es
igual al de v(t).
Cuando la corriente i(t) aumenta, e(t) disminuye para es decir mantienen una
relación inversamente proporcional; análogamente, cuando i(t) disminuye, e(t)
aumenta para oponerse a dicha disminución.
La imagen podemos observar las curvas características de respuesta en
frecuencia de una bobina o solenoide. En el tramo comprendido entre 0º y 90º
la curva i(t) es negativa, disminuyendo desde su valor máximo negativo hasta
cero, observándose que e(t) va aumentando hasta alcanzar su máximo
negativo. En el tramo comprendido entre 90º y 180º, la corriente aumenta
desde cero hasta su valor máximo positivo, mientras e(t) disminuye hasta ser
cero. Desde 180º hasta los 360º el razonamiento es similar al anterior.
Dado que la tensión aplicada, v(t)es igual a -e(t), o lo que es lo mismo, está
desfasada 180º respecto de e(t), resulta que la corriente i(t) queda retrasada
90º respecto de la tensión aplicada. Consideremos por lo tanto, una bobina L,
como la de la figura 2, a la que se aplica una tensión alterna de valor:
Donde
. Si se representa el valor eficaz de la
corriente obtenida en forma polar:
Y operando matemáticamente:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Por lo tanto, en los circuitos de CA, una bobina ideal se puede asimilar a una
magnitud compleja sin parte real y parte imaginaria positiva:
En la bobina real, habrá que tener en cuenta la resistencia de su bobinado, RL,
pudiendo ser su circuito equivalente o modelo, el que aparece en la figura b o c
dependiendo del tipo de bobina o frecuencia de funcionamiento, aunque para
análisis más precisos pueden utilizarse modelos más complejos que los
anteriores.
4.11. FILTRO PASA BAJO RL.
Un filtro pasa-baja se puede conseguir también con un circuito serie RL,
tomando la tensión de salida en la resistencia.
El voltaje de salida del circuito es:
El voltaje de entrada es:
La ganancia se obtiene reemplazando las ecuaciones (1) y (2) en la ecuación
de la ganancia:
La magnitud o módulo de la ganancia es:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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| |
√
√ (
)
La frecuencia de corte se obtiene, cuando | |
√ ; remplazando en la
ecuación (3), obtenemos:
√
√ (
)
Elevando al cuadrado la igualdad:
(
√ )
(√ (
)
)
Resolviendo obtenemos
Si C= 2πfC, remplazamos en (4), para calcular la frecuencia de corte
El ángulo de fase de la ganancia es:
(
)
4.12. FILTRO PASA ALTO RL.
Un filtro pasa-baja se puede conseguir también con un circuito serie RL,
tomando la tensión de salida en la resistencia.
El voltaje de salida del circuito es:
El voltaje de entrada es:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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La ganancia se obtiene reemplazando las ecuaciones (1) y (2) en la ecuación
de la ganancia:
La magnitud o módulo de la ganancia es:
| |
√
√ (
)
La frecuencia de corte se obtiene, cuando | |
√ ; remplazando en la
ecuación (3), obtenemos:
√
√ (
)
Elevando al cuadrado la igualdad:
(
√ )
(√ (
)
)
Resolviendo obtenemos
Si C= 2πfC, remplazamos en (4), para calcular la frecuencia de corte
El ángulo de fase de la ganancia es:
(
)
4.13. FILTRO PASA BANDA RLC.
Un filtro pasa-banda se puede conseguir también con un circuito serie RLC,
tomando latensión de salida en la resistencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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El voltaje de salida del circuito es:
(
)
El voltaje de entrada es:
La ganancia se obtiene reemplazando las ecuaciones (1) y (2) en la ecuación
de la ganancia:
(
)
La magnitud o módulo de la ganancia es:
| |
√
√ (
)
En este tipo de filtros existe un punto máximo en la curva que corresponde a la
frecuencia de resonancia del circuito. A esta frecuencia la tensión de entradaVg
y la intensidad I1 están en fase, es decir, se anulan las impedancias reactivas
del circuito, en este caso el módulo de ganancia es .
Resolviendo obtenemos
√
Si r= 2πfr, remplazamos en (4), para calcular la frecuencia de corte:
√
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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La frecuencia de corte se obtiene, cuando | |
√ ; remplazando en la
ecuación (3), obtenemos:
√
√ (
)
Elevando al cuadrado la igualdad:
(
√ )
√ (
)
Resolviendo obtenemos:
Resolviendo la ecuación cuadrática (4) obtenemos:
√
√
4.14. FILTRO RECHAZA BANDA RLC.
Un filtro rechaza banda se puede conseguir también con un circuito serie RLC,
tomando la tensión de salida en la bobina y el condensador conectados en
serie.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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El voltaje de salida del circuito es:
(
)
El voltaje de entrada es:
[ (
)]
La ganancia se obtiene reemplazando las ecuaciones (1) y (2) en la ecuación
de la ganancia:
(
)
(
)
La magnitud o módulo de la ganancia es:
| | (
)
√
√ (
)
En este tipo de filtros existe un punto máximo en la curva que corresponde a la
frecuencia de resonancia del circuito. A esta frecuencia la tensión de entrada
Vg y la intensidad I1 están en fase, es decir, se anulan las impedancias
reactivas del circuito, en este caso el módulo de ganancia es .
Resolviendo obtenemos:
√
Si r= 2πfr, remplazamos en (4), para calcular la frecuencia de corte
√
La frecuencia de corte se obtiene, cuando | |
√ ; remplazando en la
ecuación (3), obtenemos:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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√
√ (
)
Elevando al cuadrado la igualdad:
(
√ )
√ (
)
Resolviendo obtenemos
Resolviendo la ecuación cuadrática (4) obtenemos:
√
√
4.15. TRANSFORMADOR.
El transformador es un dispositivo que permite modificar potencia eléctrica de
corriente alterna con un determinado valor de tensión y corriente en otra
potencia de casi el mismo valor pero, generalmente con distintos valores de
tensión y corriente.
Transformador monofásico: Básicamente está formado por un núcleo
compuesto de láminas de hierro y dosbobinados, a los cuales denominaremos
primario y secundario.
El bobinado primario con “N1” espiras es aquel por el cual ingresa la energía y
el secundario con “N2” espiras es aquel por el cual se suministra dicha energía.
La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria. Las
demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador
cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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elevador. Si el voltaje secundario es inferior al primario este dispositivo recibe
el nombre de transformador reductor.
La razón de transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el
"Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Esta
característica esta expresada en la siguiente relación:
aVundarioelenVoltaje
VprimarioelenVoltaje
nundariodelespirasdeNúmero
nprimariodelespirasdeNúmero
S
P
S
p
)(sec___
)(___
)(sec____
)(____
A estas relaciones la llamaremos relación de transformación, la cual puede
adoptar los siguientes valores:
a > 1 La tensión aplicada es superior a la tensión en el secundario, el tipo de
transformador es reductor de tensión.
a < 1 La tensión aplicada es inferior a la tensión en el secundario, el tipo de
transformador es elevador de tensión.
a = 1 Las dos tensiones son iguales, y se lo utiliza para aislar tensiones en
sistemas de protección o medición.
Como analizamos un transformador ideal en el cual no hay pérdidas, la
potencia que se consume en la carga, es la misma que suministra la fuente, por
lo que se cumple:
4.16. PROTOBOARD.
Proviene de dos palabras compuestas prototipe (prototipo) board (tarjeta), se
utiliza para realizar montajes de circuitos de manera rápida, sencilla y los
componentes se pueden insertarse y extraerse fácilmente.
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Los contactos están separados entre sí por una distancia de 0.1” (2,54 mm),
correspondiente ala separación de los pines o terminales de los circuitos
integrados, principales componentes de los circuitos electrónicos actuales. Esta
disposición también permite instalar fácilmente los demás componentes
electrónicos como transistores, resistencias y condensadores.
Estos tableros están formados por una base de plástico que tiene una serie de
perforaciones con una disposición especial. Debajo de estas perforaciones, se
encuentran unas láminas metálicas que forman contactos, en donde se unen
los diferentes terminales de los componentes del circuito. Estas láminas se
fabrican de un metal flexible de berilio-cobre recubierto con plata-níquel y en
algunos casos de oro. El recubrimiento impide que los contactos se oxiden y la
flexibilidad del metal permite utilizar cables y terminales de diferente diámetro,
sin deformarse.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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TAREA3: IDENTIFICA Y ANALIZA UN DIODO.
El aprendiz de Redes y Comunicación de datos, al término de esta tarea,
podrá identificar en forma escrita las principales características de los diodos
semiconductores. Además expresara su comportamiento en frecuencias de los
mismos:
Identifica los diodos según el material utilizado en su fabricación.
Identifica las principales características de un diodo por el código de marca.
Implementa circuitos para comprobar la respuesta de un diodo en señal
continua y alterna.
1. EQUIPOS Y MATERIALES:
Protoboard.
Cable para puentes.
Milímetro con capacímetro.
Diodos semiconductores: Diodos emisores de Luz (LED), diodos
rectificadores, Diodos Zener.
Generador de señales.
Osciloscopio.
Papel milimetrado.
2. ORDEN DE EJECUCIÓN:
Identifica los principales tipos de diodos.
Identifica los códigos de marca de diodos.
Implementa circuitos básicos con diodos.
Utiliza el generador de señales.
Utiliza el osciloscopio.
Si una persona es perseverante, aunque sea
dura de entendimiento, se hará inteligente; y
aunque sea débil se transformará en fuerte.
Leonardo Da Vinci
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3. OPERACIÓN.
3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL.
Normas de seguridad:
No utilices ninguna herramienta o equipo sin conocer su uso, funcionamiento
y normas de seguridad específicas.
Informa al instructor del material roto o averiado.
No fumar, comer o beber en el taller.
Procura no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras
dentro del laboratorio.
En caso de producirse un accidente comunícalo inmediatamente al
instructor.
Recuerda dónde está situado el botiquín.
Mantenga su puesto de trabajo limpio y ordenado, para evitar accidente.
Mantenga las herramientas ordenadas para evitar accidentes.
.
Normas de protección ambiental:
Al acabar la práctica, limpia y ordena el material utilizado.
Los desechos tóxicos, generados en la tarea deben recolectados y
entregados al instructor para ser depositados en tacho de elementos tóxicos.
3.2. IDENTIFICA LOS PRINCIPALES TIPOS DE DIODOS.
El aprendiz realiza el reconocimiento de las principales características de los
diodos LED, Rectificadores, Zener, Cristal, en forma escrita.
Para esta operación el instructor debe proporcionar al aprendiz Diodos:
Emisores de Luz (LED), rectificadores, Zener, Cristal
Identifica las principales características de los diodos LED.
Los diodos LED son dispositivos electrónicos de estado sólido que convierten
la energía eléctrica directamente en luz de un solo color y sin desperdiciar
energía en calor. Debido a que utilizan la tecnología de generación de luz
llamada “fría”, en la que la mayor parte de la energía se entrega en el espectro
visible al ojo humano.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 185
1. Identifica los diodos principales característicos de los diodos LED.
Tipo de
encapsulado
Color de la
cubierta
Características del
pin del Ánodo
Características del
pin del Cátodo
Identifica las principales características de los diodos Rectificador.
Los diodos rectificadores son aquellos que al ser polarizados por una señal de
corriente y voltaje alterno, en una señal de voltaje y corriente unidireccional.
1. Identifica las principales características de los diodos principales
rectificadores:
Tipo de
encapsulado
Color de la
cubierta del
encapsulado
Código de
marca
Material
semiconductor
utilizado
Características
del pin del
Cátodo
Identifica las principales características de los diodos Zener.
Es un diodo que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas.
Llamados a veces diodos de avalancha o de ruptura, el diodo Zener es la parte
esencial de losreguladores de tensión casi constantes con independencia de
que se presenten grandes variaciones de voltaje, de la resistencia de carga y
temperatura:
1. Identifica las principales características de los diodos principales
rectificadores.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Tipo de
encapsulado
Color de la
cubierta del
encapsulado
Código de
marca
Material
semiconductor
utilizado
Características
del pin del
Cátodo
3.3. IDENTIFICA LOS CÓDIGOS DE MARCA DE DIODOS.
Los sistemas de codificación más empleados, al igual que los diodos, son:
EUROPEO (PROELECTRON).
AMERICANO (JEDEC).
JAPONÉS (JIS).
Identifica códigos de marca europeo (PROELECTRON).
El sistema europeo queda definido por dos letras mayúsculas seguidas de tres
números utilizados componente para equipos de consumo y por tres letras y
dos números para aplicaciones profesionales.
dos letras, [letra], número de serie, [sufijo]
La primera letra del código indica el tipo de material semiconductor empleado
en la fabricación (germanio, silicio,...).
Letra Material Semiconductor
A Germanio
B Silicio
C Arseuro de Galio
R Mezcla de materiales
La segunda indica la construcción y/o principal aplicación.
Letra Material Semiconductor
A Diodo de baja señal
B Diodo Varicap
E Diodo tunel
Y Diodo Rectificador
Z Diodo Zener
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La tercera letra indica que el dispositivo está pensado para aplicaciones
industriales o profesionales, más que para uso comercial. Suele ser una W, X,
Y o Z.
La serie del componente es un número que está comprendido entre 100 y 9999
La letra del sufijo código indica la ganancia del componente (Baja, Media, Alta y
no definida).
Letra Ganancia
A Baja
B Media
C Alta
No definida
1. Identifica las principales características de los diodos con el código de
marca.
Código del
componente
Material utilizado
para su
fabricación
Tipo de
diodo
Aplicación del
componente
Serie Ganancia
Identifica códigos de marca americano (JEDEC).
El sistema Americano queda definido por un número seguida de letra N, la
serie del componente y una letra de sufijo.
número, [letra], número de serie, [sufijo]
El número se obtiene la resta en uno el número de pines del componente.
Numero = (n-1)
La letra será la ene (N).
La serie del componente es un número que está comprendido entre 100 y 9999
La letra del sufijo código indica la ganancia del componente (Baja, Media, Alta y
no definida).
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Letra Ganancia
A Baja
B Media
C Alta
No definida
1. Identifica las principales características de los diodos con el código de
marca.
Código del
componente
Material utilizado
para su
fabricación
Tipo de
diodo
Aplicación del
componente
Serie Ganancia
Identifica códigos de marca Japonés (JIS).
En el sistema japonés el código queda definido por un número(número de
pines del componente disminuido en 1), dos letras (indican el área de
aplicación y tipo de dispositivo), la serie del componente y sufijo.
.
número, [dos letras], número de serie, [sufijo]
El número se obtiene la resta en uno el número de pines del componente.
Numero = (n-1)
Lasdos letras indican el área de aplicación y tipo de dispositivo.
Letra Aplicación
SE Diodo
SR Diodo Rectificador
ST Diodo de avalancha
SV Diodo Varicap
SZ Diodo Zener
.
La serie del componente es un número que está comprendido entre 100 y 9999
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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 189
La letra del sufijo código indica la ganancia del componente (Baja, Media, Alta y
no definida).
Letra Ganancia
A Baja
B Media
C Alta
No definida
1. Identifica las principales características de los diodos con el código de
marca.
Código del
componente
Material utilizado
para su
fabricación
Tipo de
diodo
Aplicación del
componente
Serie Ganancia
3.4. IMPLEMENTA CIRCUITOS BÁSICOS CON DIODOS.
El aprendiz implementará en el protoboard circuitos electrónicos básicos con
diodos, resistencias condensadores, fuentes de voltaje continua y alterno, y
expresara en forma gráfica los resultados de dichos circuitos.
Diodos y función de rectificación.
Este es el circuito más simple que puede convertir corriente alterna en corriente
continua. Estos pueden ser de media onda y de onda completa.
a. Rectificador de media onda:
La función de este circuito es eliminar uno de los dos semiperiodos de una
señal alterna senoidal, proveniente de la fuente de voltaje alterno. El
componente electrónico que se usa para este fin es el diodo, que tiene la
propiedad de conducir en un solo sentido.
Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente
de 1A. Si el laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de
Voltaje con una frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 190
Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del
osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la
resistencia RL.
En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna
y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).
Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del
osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la
resistencia RL.
Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del
osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la
resistencia RL.
VP (Fuente)
VP(RL)
Grafica en un papel milimetrado, las
gráficas obtenida en el canal 1 y el canal 2
del Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
Grafica en un papel milimetrado, las
gráficas obtenida en el canal 1 y el canal
2 del Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
Grafica en un papel milimetrado, las
gráficas obtenida en el canal 1 y el canal
2 del Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 191
En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna
y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).
b. Rectificador de onda completa:
El rectificador de onda completa utiliza ambas mitades de la señal senoidal
de entrada, para obtener una salida unipolar, invierte los semiciclos
negativos de la onda senoidal.
Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente
de 1A. Si el laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de
Voltaje con una frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior.
Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del
osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la
resistencia RL.
En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna
y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).
En el circuito anterior agrega un condensador electrolítico de 100µF a 16V, e
impleméntalo en el protoboard, conecta el canal 1 del osciloscopio en la
fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la resistencia RL.
Repita el proceso anterior ubicando el canal 2 del osciloscopio en el
condensador C1.
VP (Fuente)
VP(RL)
VP (Fuente)
VP(RL)
Grafica en un papel milimetrado, las
gráficas obtenida en el canal 1 y el
canal 2 del Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 192
En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente
alterna y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (R1).
c. Conversor Buck:
Es un conversor conmutado en alta frecuencia, son circuitos de potencia
donde los semiconductores, o llaves de potencia, conmutan a una frecuencia
mucho mayor que la de variación de las formas de onda de entrada y salida
del conversor. Esto permite emplear filtros pasa-bajos para eliminar los
componentes armónicos no deseados.
Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente
de 1A. Si el laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de
Voltaje con una frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior.
Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del
osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la
resistencia RL.
VP (Fuente)
VP(R1)
Grafica en un papel milimetrado, las
gráficas obtenida en el canal 1 y el canal
2 del Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
Grafica en un papel milimetrado, las
gráficas obtenida en el canal 1 y el canal
2 del Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 193
En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna
y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (C1).
d. Circuitos recortadores.
Se emplean cuando se quiere seleccionar parte de una onda, distinguiéndola
por quedar encima o por debajo, de un determinado nivel de tensión que se
toma como referencia. A los circuitos recortadores también se les denomina
limitadores o selectores de amplitud.
Se pueden distinguir dos tipos de circuitos recortadores:
Recortadores a un nivel.
Recortadores a dos niveles.
Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente
de 1A, el voltaje de la fuente continua debe ser la mitad de este valor. Si el
laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de Voltaje con una
frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior, el voltaje de la fuente
continua debe ser la mitad de este valor.
Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del
osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la
resistencia Vo.
En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna
y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).
VP (Fuente)
VP(C1)
VP (Fuente)
VP(RL)
Grafica en un papel milimetrado, las gráficas
obtenida en el canal 1 y el canal 2 del
Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 194
Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del
osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la
resistencia Vo.
En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna
y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (v0).
Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del
osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la
resistencia Vo.
VP (Fuente)
VP(Z1)
Grafica en un papel milimetrado, las gráficas
obtenida en el canal 1 y el canal 2 del
Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
Grafica en un papel milimetrado, las
gráficas obtenida en el canal 1 y el canal 2
del Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
Grafica en un papel milimetrado, las gráficas
obtenida en el canal 1 y el canal 2 del
Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 195
En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna
y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (v0).
e. Circuitos Fijadores.
Son circuitos electrónicos que reproducen la forma de onda en la salida,
pero manteniendo fijo su valor máximo o mínimo.
Fijador máximo Positivo.
Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente
de 1A, el voltaje de la fuente continua debe ser la mitad de este valor. Si el
laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de Voltaje con una
frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior, el voltaje de la fuente
continua debe ser la mitad de este valor.
Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del
osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la
resistencia Vo.
En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna
y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).
VP (Fuente)
VP(Z1)
VP (Fuente)
VP(RL)
Grafica en un papel milimetrado, las gráficas
obtenida en el canal 1 y el canal 2 del
Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 196
Fijador mínima Positiva.
Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente
de 1A, el voltaje de la fuente continua debe ser la mitad de este valor. Si el
laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de Voltaje con una
frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior, el voltaje de la fuente
continua debe ser la mitad de este valor.
Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del
osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la
resistencia Vo.
En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna
y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).
Fijador máximo Negativo.
Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente
de 1A, el voltaje de la fuente continua debe ser la mitad de este valor. Si el
laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de Voltaje con una
frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior, el voltaje de la fuente
continua debe ser la mitad de este valor.
Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del
osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la
resistencia Vo.
VP (Fuente)
VP(RL)
Grafica en un papel milimetrado, las gráficas
obtenida en el canal 1 y el canal 2 del
Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 197
En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna
y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).
Fijador mínimo Negativo.
Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente
de 1A, el voltaje de la fuente continua debe ser la mitad de este valor. Si el
laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de Voltaje con una
frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior, el voltaje de la fuente
continua debe ser la mitad de este valor.
Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del
osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la
resistencia Vo.
En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna
y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).
VP (Fuente)
VP(RL)
VP (Fuente)
VP(RL)
Grafica en un papel milimetrado, las
gráficas obtenida en el canal 1 y el canal 2
del Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
Grafica en un papel milimetrado, las
gráficas obtenida en el canal 1 y el canal 2
del Osciloscopio.
Pega los resultados obtenidos en el
osciloscopio, en este recuadro.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 198
4. FUNDAMENTO TEÓRICO.
4.1. MATERIALES SEMICONDUCTORES.
En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, descubrió que si a
ciertos cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su
conductividad eléctrica variaba cuando el material se exponía a una fuente de
luz. Ese descubrimiento condujo al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o
solares.
En 1947 William Shockley, investigador también de los Laboratorios Bell,
Walter Brattain y John Barden, desarrollaron el primer dispositivo
semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron “transistor” y que se
convertiría en la base del desarrollo de la electrónica moderna.
Los semiconductores hay dos tipos de portadores de corriente eléctrica, los
portadores de electrones con carga negativa y los portadores de huecos con
carga positiva.
A los materiales semiconductores puros se les conoce como semiconductores
intrínsecos. A los que se le añade impurezas se les denomina extrínseco.
Semiconductores extrínsecos: Son materiales semiconductores puros
contaminados con impurezas en mínimas proporciones (una partícula entre un
millón). A este proceso de contaminación se le denomina dopaje.
Según el tipo de dopaje que se le realice al material existen dos tipos:
Tipo N: En este caso se contamina el material con átomos de valencia 5,
como son Fósforo (P), Arsénico (As) o Antimonio (Sb). Al introducirlos,
fuerzo al quinto electrón de este átomo a vagar por el material
semiconductor, pues no encuentra un lugar estable en el que situarse. Al
conjunto de estos electrones se les llama electrones mayoritarios.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 199
Tipo P: En este caso se contamina el material semiconductor con átomos de
valencia 3, como son Boro (B), Galio (Ga) o indio (In). Si se introduce este
átomo en el material, queda un hueco donde debería ir un electrón. Este
hueco se mueve fácilmente por la estructura como si fuese un portador de
carga positiva. En este caso, los huecos son portadores mayoritarios.
El Arseniuro de Galio (GaAs), es semiconductor inicialmente diseñado para
el uso militar y aeroespacial, hoy en día está siendo utilizado en productos
comerciales. Posee una movilidad de los electrones mayor que en el silicio
o el germanio, y la de los huecos es similar a los del silicio.
Para añadirle impurezas tipo p se utilizan materiales como el zinc, el cadmio
o el cobre. Para añadir impurezas tipo n se utilizan materiales donadores
como el azufre, el selenio, el teluro, etc.
4.2. POLARIZACIÓN DEL DIODO.
El diodo puede ser polarizado en forma directa e inversa.
a. Polarización directa: En este caso, la batería disminuye la barrera de
potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente
de electrones a través de la unión; es decir, el diodo polarizado directamente
conduce la electricidad.
Para que un diodo esté polarizado directamente, tenemos que conectar el
polo positivo de la batería al ánodo del diodo y el polo negativo al cátodo. En
estas condiciones podemos observar que:
El polo negativo de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo
que estos electrones se dirigen hacia la unión p-n.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 200
El polo positivo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p,
esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n.
Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor
que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones
libres del cristal n, adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos
del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unión p-n.
Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la
zona de carga espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona p
convirtiéndose en electrón de valencia. Una vez ocurrido esto el electrón es
atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de átomo en átomo
hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo
conductor y llega hasta la batería.
De este modo, con la batería cediendo electrones libres a la zona n y
atrayendo electrones de valencia de la zona p, aparece a través del diodo
una corriente eléctrica constante hasta el final
b. Polarización inversa: En este caso, el polo negativo de la batería se
conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo que hace aumentar la
zona de carga espacial, y la tensión en dicha zona hasta que se alcanza el
valor de la tensión de la batería, tal y como se explica a continuación:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 201
El polo positivo de la batería atrae a los electrones libres de la zona n, los
cuales salen del cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se
desplazan hasta llegar a la batería. A medida que los electrones libres
abandonan la zona n, los átomos pentavalentes que antes eran neutros, al
verse desprendidos de su electrón en el orbital de conducción, adquieren
estabilidad (8 electrones en la capa de valencia, ver semiconductor y átomo)
y una carga eléctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones
positivos.
El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes
de la zona p. Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de
valencia, con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes con
los átomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el
electrón que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los
electrones libres cedidos por la batería entran en la zona p, caen dentro de
estos huecos con lo que los átomos trivalentes adquieren estabilidad (8
electrones en su orbital de valencia) y una carga eléctrica neta de -1,
convirtiéndose así en iones negativos.
Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial
adquiere el mismo potencial eléctrico que la batería.
En esta situación, el diodo no debería conducir la corriente; sin embargo,
debido al efecto de la temperatura se formarán pares electrón-hueco (ver
semiconductor) a ambos lados de la unión produciendo una pequeña
corriente (del orden de 1 μA) denominada corriente inversa de saturación.
Además, existe también una denominada corriente superficial de fugas la
cual, como su propio nombre indica, conduce una pequeña corriente por la
superficie del diodo; ya que en la superficie, los átomos de silicio no están
rodeados de suficientes átomos para realizar los cuatro enlaces covalentes
necesarios para obtener estabilidad. Esto hace que los átomos de la
superficie del diodo, tanto de la zona n como de la p, tengan huecos en su
orbital de valencia con lo que los electrones circulan sin dificultad a través
de ellos. No obstante, al igual que la corriente inversa de saturación, la
corriente superficial de fugas es despreciable.
4.3. CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO. El diodo posee características propias, que se pueden representar en curvas, tales como:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 202
Tensión umbral, de codo o de partida (Vγ): La tensión umbral (también
llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide en valor con la
tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar
directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo,
incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin
embargo, cuando la tensión externa supera la tensión umbral, la barrera de
potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de tensión
se producen grandes variaciones de la intensidad.
Corriente máxima (Imax): Es la intensidad de corriente máxima que puede
conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es función de la
cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño
del mismo.
Corriente inversa de saturación (Is ): Es la pequeña corriente que se
establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de pares
electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por
cada incremento de 10º en la temperatura.
Corriente superficial de fugas: Es la pequeña corriente que circula por la
superficie del diodo (ver polarización inversa), esta corriente es función de la
tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la
corriente superficial de fugas.
Tensión de ruptura (Vr): Es la tensión inversa máxima que el diodo puede
soportar antes de darse el efecto avalancha.
Efecto avalancha (diodos poco dopados). En polarización inversa se
generan pares electrón-hueco que provocan la corriente inversa de
saturación; si la tensión inversa es elevada los electrones se aceleran
incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 203
valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos
electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensión,
chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su vez. El
resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande.
Este fenómeno se produce para valores de la tensión superiores a 6 V.
Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto más dopado está el material,
menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E
puede expresarse como cociente de la tensión V entre la distancia d; cuando
el diodo esté muy dopado, y por tanto d sea pequeño, el campo eléctrico
será grande, del orden de 3·105 V/cm. En estas condiciones, el propio
campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose
la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores.
4.4. MODELO MATEMÁTICO.
El modelo matemático más empleado es el de Shockley (en honor a William
Bradford Shockley) que permite aproximar el comportamiento del diodo en la
mayoría de las aplicaciones. La ecuación que liga la intensidad de corriente y la
diferencia de potencial es:
Dónde:
I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo y VD la diferencia de
tensión entre sus extremos.
IS es la corriente de saturación.
q es la carga del electrón.
T es la temperatura absoluta de la unión.
k es la constante de Boltzmann.
n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del
diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de
2 (para el silicio).
El término VT = kT/q = T/11600 es la tensión debida a la temperatura, del
orden de 26 mV a temperatura ambiente (300 K ó 27 ºC).
Con objeto de evitar el uso de exponenciales (a pesar de ser uno de los
modelos más sencillos), en ocasiones se emplean modelos más simples aún,
que modelizan las zonas de funcionamiento del diodo por tramos rectos; son
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 204
los llamados modelos de continua o de Ram-señal que se muestran en la
figura. El más simple de todos (4) es el diodo ideal.
4.5. DIODO LASER.
El diodo laser es un dispositivo semiconductor similar a los diodos LED pero
que bajo las condiciones adecuadas emite luz láser. A veces se los denomina
diodos láser de inyección, o por sus siglas inglesas LD o ILD.
Construcción: Las capas de los materiales semiconductores están
dispuestas de modo que se crea una región activa en la unión p-n, y en la
que aparecen fotones como consecuencia del proceso de recombinación.
Una capa metálica superpuesta a las caras superior e inferior permite aplicar
un voltaje externo al láser. Las caras del semiconductor cristalino están
cortadas de forma que se comportan como espejos de la cavidad óptica
resonante.
Curva característica: Si la condición requerida para la acción láser de
inversión de población no existe, los fotones serán emitidos por emisión
espontánea. Los fotones serán emitidos aleatoria mente en todas las
direcciones, siendo ésta la base de los LED - diodo emisor de luz.
La inversión de población sólo se consigue con un bombeo externo.
Aumentando la intensidad de la corriente aplicada a la unión p-n, se alcanza
el umbral de corriente necesario para conseguir la inversión de población.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 205
El umbral e corriente para el efecto láser viene determinado por la
intersección de la tangente de la curva con el eje X que indica la corriente
(esta es una buena aproximación) Cuando el umbral de corriente es bajo, se
disipa menos energía en forma de calor, con lo que la eficiencia del láser
aumenta. En la práctica, el parámetro importante es la densidad de corriente,
medida en A/cm2, de la sección transversal de la unión p-n.
Estructura: Hoy en día una estructura habitual es una tira estrecha de la
capa activa (Stripe Geometry - Geometría en tiras), confinada por todos los
lados (tanto por los lados como por arriba y abajo) con otro material.
Esta familia de láseres se denomina Index Guided Lasers - Láseres
orientados al índice. Se requieren monturas especiales para los láseres de
diodo, debido a su tamaño miniaturizado, para poder ser operativos y
cómodos. Existen muchos tipos de monturas, pero quizás el más estándar
es similar a un transistor, e incluye en la montura las ópticas necesarias para
colimar el haz.
4.6. DIODO ZENER.
También llamado diodo de avalancha, es un diodo Zener, es un diodo de silicio
que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas. Llamados a
veces diodos de avalancha o de ruptura, se emplean para producir entre sus
extremos una tensión constante e independiente de la corriente que las
atraviesa según sus especificaciones. Para conseguir esto se aprovecha la
propiedad que tiene la unión PN cuando se polariza inversamente al llegar a la
tensión de ruptura (tensión de zener), pues, la intensidad inversa del diodo
sufre un aumento brusco. Esta tensión de ruptura depende de las
características de construcción del diodo, se fabrican desde 2 a 200 voltios.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 206
Curva característica: El efecto zener se basa en la aplicación de tensiones
inversas que originan, debido a la característica constitución de los mismos,
fuertes campos eléctricos que causan la rotura de los enlaces entre los
átomos dejando así electrones libres capaces de establecer la conducción.
Su característica es tal que una vez alcanzado el valor de su tensión versa
nominal y superando la corriente a su través un determinado valor mínimo, la
tensión en pines del diodo se mantiene constante e independiente de la
corriente que circula por él.
Características Principales: Tres son las características que diferencian a
los diversos diodos Zener entre sí:
- Tensiones de polarización inversa, conocida como tensión zener. Es
la tensión que el zener va a mantener constante.
- Corriente mínima de funcionamiento. Si la corriente a través del zener
es menor, no hay seguridad en que el Zener mantenga constante la
tensión en sus pines.
- Potencia máxima de disipación. Puesto que la tensión es constante,
nos indica el máximo valor de la corriente que puede soportar el Zener.
Por tanto el Zener es un diodo que al polarizarlo inversamente mantiene
constante la tensión en sus pines a un valor llamado tensión de Zener,
pudiendo variar la corriente que lo atraviesa entre el margen de valores
comprendidos entre el valor mínimo de funcionamiento y el
correspondiente a la potencia de zener máxima que puede disipar. Si
superamos el valor de esta corriente el zener se destruye.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 207
El diodo zener también se emplea en circuitos estabilizadores o reguladores
de la tensión.
Símbolo electrónico:
4.7. DIODO LED.
Un LED (Light Emitting Diode- Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo
semiconductor que emite radiación visible, infrarroja o ultravioleta cuando se
hace pasar un flujo de corriente eléctrica a través de este en sentido directo.
Esencialmente es una unión PN cuyas regiones P y regiones N pueden estar
hechas del mismo o diferente semiconductor. El color de la luz emitida está
determinado por la energía del fotón, y en general, esta energía es
aproximadamente igual a la energía de salto de banda del material
semiconductor en la región activa del LED.
Los elementos componentes de los LED's son transparentes o coloreados, de
un material resina-epoxy, con la forma adecuada e incluye el corazón de un
LED: el chip semiconductor.
Los terminales se extienden por debajo de la cápsula del LED o foco e indican
cómo deben ser conectados al circuito. El lado negativo está indicado de dos
formas:
El chip tiene dos regiones separadas por una juntura. La región P está
dominada por las cargas positivas, y la N por las negativas. La juntura actúa
como una barrera al paso de los electrones entre la región P y la N; sólo
cuando se aplica el voltaje suficiente al chip puede pasar la corriente y
entonces los electrones pueden cruzar la juntura hacia la región P.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 208
Si la diferencia de potencial entre los terminales del LED no es suficiente, la
juntura presenta una barrera eléctrica al flujo de electrones.
El material que compone el diodo LED, es importante ya que el color de la luz
emitida por el LED depende únicamente del material y del proceso de
fabricación principalmente de los dopados y por ende el color. Como se
muestra a continuación:
Color Tensión en directo
Infrarrojo 1,3v
Rojo 1,7v
Naranja 2,0v
Amarillo 2,5v
Verde 2,5v
Azul 4,0v
Clasificación:
LED monocolor: Posee un diodo que puede ser de color rojo, naranja, amarillo, verde o azul.
Símbolo electrónico:
LED bicolor: Están formados por dos diodos conectados en paralelo e
inverso. Se suele utilizar en la detección de polaridad.
Símbolo electrónico:
LED tricolor: Formado por dos diodos LED (verde y rojo) montado con el
cátodo común. El terminal más corto es el ánodo rojo, el del centro, es el
cátodo común y el tercero es el ánodo verde.
Símbolo electrónico:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 209
4.8. DIODO DE CRISTAL.
Los primeros diodos semiconductores se comenzaron a utilizar desde
principios del siglo 20. Eran de “punta de contacto” los cuales se construían a
partir de una piedra de galena, que se empleaban como “detectora” de
emisiones radiales en los primitivos receptores llamados también “radios de
galena”.
Varios años después, en 1946, la firma estadounidense “Sylvania” introdujo el
primer diodo de señal de punta de contacto, que empleaba como elemento
semiconductor un pequeño cristal germanio (Ge) en contacto con la punta de
un fino alambre de wolframio (tungsteno).
Esos pequeños diodos se destinaron en un inicio a ser utilizados como
rectificadores de corriente alterna y como detectores de corrientes de alta
frecuencia en los circuitos electrónicos, manteniendo aún los mismos usos. En
la actualidad se producen también diodos de punta de contacto que emplean
silicio (Si) como elemento semiconductor, construyéndose de forma parecida a
los de germanio.
Los diodos de punta de contacto sólo admiten corrientes de muy baja
intensidad pero, sin embargo, al contrario de lo que ocurre con los diodos de
unión p-n, pueden soportar corrientes de frecuencias muy altas, o sea, de
radiofrecuencia. Estos diodos se emplean, fundamentalmente, como
rectificadores de corrientes alternas (C.A.) de muy poco amperaje para
convertirlas en pulsante o en directa (C.D.), o como detectores de las corrientes
de radiofrecuencia moduladas con los sonidos que se emiten por las antenas
de las estaciones de radio. La función del diodo como detector es separar los
sonidos contenidos en las ondas de baja frecuencia (o audiofrecuencia)
eliminando la onda portadora de radiofrecuencia al ser captada por los
receptores de radio. La onda de audiofrecuencia, una vez detectada, se
amplifica para hacerla audibles a través del altavoz de los receptores de radio,
de televisión, teléfonos móviles, amplificadores de sonido, etc.
Todos los diodos de punta de contacto son de pequeño tamaño (no llegan a
superar los 5 mm de longitud). En el caso del diodo de germanio los elementos
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 210
que lo constituyen se protegen dentro de una cápsula de cristal, mientras que
los de silicio se encapsulan tanto en cristal como en plástico. Al igual que los
diodos de unión p-n, los de punta de contacto cuentan con sus
correspondientes alambres conductores fijados a cada uno de los extremos
para facilitar su conexión al circuito electrónico a la hora de utilizarlos.
Símbolo electrónico:
4.9. DIODO DE CORRIENTE CONSTANTE.
Realmente es un JFET, con su compuerta conectada a la fuente, y funciona
como un limitador de corriente de dos terminales análogo al diodo Zener, el
cual limita el voltaje. Ellos permiten una corriente a través de ellos para
alcanzar un valor adecuado y así estabilizarse en un valor específico. También
suele llamarse CLDs (por sus siglas en inglés) o diodo regulador de corriente.
Símbolo electrónico:
4.10. DIODO TÚNEL O ESAKI.
En 1958, el físico japonés Esaki, descubrió que los diodos semiconductores
obtenidos con un grado de contaminación del material básico mucho más
elevado que lo habitual exhiben una característica tensión-corriente muy
particular.
La corriente comienza por aumentar de modo casi proporcional a la tensión
aplicada hasta alcanzar un valor máximo, denominado corriente de cresta. A
partir de este punto, si se sigue aumentando la tensión aplicada, la corriente
comienza a disminuir y lo siga haciendo hasta alcanzar un mínimo, llamado
corriente de valle, desde el cual de nuevo aumenta. El nuevo crecimiento de la
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 211
corriente es al principio lento, pero luego se hace cada vez más rápido hasta
llegar a destruir el diodo si no se lo limita de alguna manera. Este
comportamiento particular de los diodos muy contaminados se debe a lo que
los físicos denominan efecto túnel, del que no nos ocuparemos aquí debido a
su complejidad.
Para las aplicaciones prácticas del diodo túnel, la parte más interesante de su
curva característica es la comprendida entre la cresta y el valle. En esta parte
de la curva a un aumento de la tensión aplicada corresponde una disminución
de la corriente; en otros términos, la relación entre un incremento de la tensión
y el incremento resultante de la corriente es negativa y se dice entonces que
esta parte de la curva representa una “resistencia incremental negativa”.
Una resistencia negativa puede compensar total o parcialmente una resistencia
positiva. Así, por ejemplo, las pérdidas que se producen en un circuito
resonante a causa de la presencia siempre inevitable de cierta resistencia en
él, se compensa asociando al circuito una resistencia negativa de valor
numérico conveniente y realizada por ejemplo, mediante un diodo túnel. En tal
caso el circuito oscilante se transforma en un oscilador.
Símbolo electrónico:
4.11. DIODO GUNN.
El efecto fue descubierto por John B. Gunn en 1963. El efecto Gunn es un
instrumento eficaz para la generación de oscilaciones en el rango de las
microondas en los materiales semiconductores.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 212
Gunn observó esta característica en el Arseniuro de Galio (GaAs) y el Fósforo
de Indio (InP). El efecto Gunn es una propiedad del cuerpo de los
semiconductores y no depende de la unión misma, ni de los contactos,
tampoco depende de los valores de voltaje y corriente y no es afectado por
campos magnéticos.
Cuando se aplica un pequeño voltaje continuo a través de una plaquita delgada
de Arseniuro de Galio (GaAs), ésta presenta características de resistencia
negativa. Todo esto bajo la condición de que el voltaje en la plaquita sea mayor
a los 3.3 voltios / cm. Ahora, si esta plaquita es conectada a un circuito
sintonizado (generalmente una cavidad resonante), se producirán oscilaciones
y todo el conjunto se puede utilizar como oscilador.
Este efecto Gunn sólo se da en materiales tipo N (material con exceso de
electrones) y las oscilaciones se dan sólo cuando existe un campo eléctrico.
Estas oscilaciones corresponden aproximadamente al tiempo que los
electrones necesitan para atravesar una plaquita de material tipo N cuando se
aplica el voltaje en continua.
Resistencia negativa en el diodo Gunn: El Arseniuro de Galio (GaAs) es uno
de los pocos materiales semiconductores que en una muestra con dopado tipo
N, tiene una banda de energía vacía más alta que la más elevada de las que se
encuentran ocupadas parcial o totalmente.
Funcionamiento de resistencia positiva: Cuando se aplica un voltaje a la
plaquita (tipo N) de Arseniuro de Galio (GaAs), los electrones, que el
material tiene en exceso, circulan y producen una corriente al terminal
positivo.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 213
Si se aumenta la tensión, la velocidad de la corriente aumenta.
Comportamiento típico y el gráfico tensión-corriente es similar al que dicta la
ley de Ohm.
Funcionamiento de resistencia negativa: Si a plaquita anterior se le sigue
aumentando el voltaje, se les comunica a los electrones una mayor energía,
pero en lugar de moverse más rápido, los electrones saltan a una banda de
energía más elevada, que normalmente está vacía, disminuyen su velocidad
y por ende la corriente.
De esta manera una elevación del voltaje en este elemento causa una
disminución de la corriente.
Eventualmente, el voltaje en la plaquita se hace suficiente para extraer
electrones de la banda de mayor energía y menor movilidad, por lo que la
corriente aumentará de nuevo con el voltaje.
La característica voltaje contra corriente se parece mucho a la del diodo
Tunnel.
La aplicación más común es la del oscilador Gunn
Símbolo electrónico:
4.12. DIODO OLED (ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE).
En corriente continua (CC), todos los diodos emiten cierta cantidad de radiación
cuando los pares electrón-hueco se recombinan; es decir, cuando los
electrones caen desde la banda de conducción (de mayor energía) a la banda
de valencia (de menor energía), emitiendo fotones en el proceso. Su color
dependerá de la altura de la banda prohibida (diferencias de energía entre las
bandas de conducción y valencia), es decir, de los materiales empleados.
Los diodos convencionales, de silicio o germanio, emiten radiación infrarroja
muy alejada del espectro visible. Sin embargo, con materiales especiales
pueden conseguirse longitudes de onda visibles. Los leds e IRED, además
tienen geometrías especiales para evitar que la radiación emitida sea
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 214
reabsorbida por el material circundante del propio diodo, lo que sucede en los
convencionales.
Compuesto Color
Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo
Arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) Rojo e infrarrojo
Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP) Rojo, anaranjado y amarillo
Fosfuro de galio (GaP) Verde
Nitruro de galio (GaN) Verde
Seleniuro de zinc (ZnSe) Azul
Nitruro de galio e indio (InGaN) Azul
Carburo de silicio (SiC) Azul
Diamante (C) Ultravioleta
Silicio (Si) En desarrollo
Los primeros diodos construidos fueron los diodos infrarrojos y de color rojo,
permitiendo el desarrollo tecnológico posterior la construcción de diodos para
longitudes de onda cada vez menores. En particular, los diodos azules fueron
desarrollados a finales de los años noventa por Shuji Nakamura, lo que
permitió por combinación de los mismos— la obtención de luz blanca.
El diodo de seleniuro de zinc puede emitir también luz blanca si se mezcla la
luz azul que emite con la roja y verde creada por fotoluminiscencia. La más
reciente innovación en el ámbito de la tecnología led son los diodos ultravioleta,
que se han empleado con éxito en la producción de luz negra para iluminar
materiales fluorescentes.
Los leds comerciales típicos están diseñados para potencias del orden de los
30 a 60mW. En torno a 1999 se introdujeron en el mercado diodos capaces de
trabajar con potencias de 1W para uso continuo; estos diodos tienen matrices
semiconductoras de dimensiones mucho mayores para poder soportar tales
potencias e incorporan aletas metálicas para disipar el calor (véase
convección) generado por efecto Joule.
Nichia Corporation ha desarrollado leds de luz blanca con una eficiencia
luminosa de 150 lm/W, utilizando para ello una corriente de polarización directa
de 20 miliamperios (mA). Esta eficiencia, comparada con otras fuentes de luz
en términos de rendimiento sólo, es aproximadamente 1,7 veces superior a la
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 215
de la lámpara fluorescente con prestaciones de color altas (90 lm/W) y
aproximadamente 11,5 veces la de una lámpara incandescente (13 lm/W). Su
eficiencia es incluso más alta que la de la lámpara de vapor de sodio de alta
presión (132 lm/W), que está considerada como una de las fuentes de luz más
eficientes.
El comienzo del siglo XXI ha visto aparecer los diodos OLED (ledes orgánicos),
fabricados con materiales polímeros orgánicos semiconductores. Aunque la
eficiencia lograda con estos dispositivos está lejos de la de los diodos
inorgánicos, su fabricación promete ser considerablemente más barata que la
de aquellos, siendo además posible depositar gran cantidad de diodos sobre
cualquier superficie empleando técnicas de pintado para crear pantallas en
color.
4.13. FOTODIODOS.
El fotodiodo se parece mucho a un diodo semiconductor común, pero tiene una
característica que lo hace muy especial: es un dispositivo que conduce una
cantidad de corriente eléctrica proporcional a la cantidad de luz que lo incide (lo
ilumina).
Esta corriente eléctrica fluye en sentido opuesto a la flecha del diodo y se llama
corriente de fuga.
4.14. DIODO CON PUNTAS DE CONTACTO.
Funcionan igual que los diodos semiconductores de unión mencionados
anteriormente aunque su construcción es más simple.
Este diodo posee una punta de contacto en forma de muelle (1) que se hay
conectada con un cristal de tipo P (2), el cual se haya a su vez en contacto con
un cristal de tipo N (3). En la parte baja, una base metálica hace de soporte y
asegura la rigidez del conjunto. Exactamente igual que ocurre con los diodos
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 216
de unión, el diodo de punta de contacto se comporta dejando pasar la corriente
en un solo sentido.
Símbolo electrónico:
4.15. DIODO PIN.
Un diodo PIN tiene una sección central sin doparse o en otras palabras una
capa intrínseca formando una estructura p-intrínseca-n.
Son usados como interruptores de alta frecuencia y atenuadores. También son
usados como detectores de radiación ionizante de gran volumen y como
fotodetectores. Los diodos PIN también se usan en la electrónica de potencia y
su capa central puede soportar altos voltajes. Además, la estructura del PIN
puede encontrarse en dispositivos semiconductores de potencia, tales como
IGBTs, MOSFETs de potencia y tiristores.
Símbolo electrónico:
4.16. DIODO SCHOTTKY.
El diodo Schottky está construido de un metal a un contacto de semiconductor.
Tiene una tensión de ruptura mucho menor que los diodos PN. Su tensión de
ruptura en corrientes de 1mA está en el rango de 0.15V a 0.45V, lo cual los
hace útiles en aplicaciones de fijación y prevención de saturación en un
transistor.
También se pueden usar como rectificadores con bajas pérdidas aunque su
corriente de fuga es mucho más alta que la de otros diodos. Los diodos
Schottky son portadores de carga mayoritarios por lo que no sufren de
problemas de almacenamiento de los portadores de carga minoritarios que
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 217
ralentizan la mayoría de los demás diodos (por lo que este tipo de diodos tiene
una recuperación inversa más rápida que los diodos de unión pn. Tienden a
tener una capacitancia de unión mucho más baja que los diodos pn que
funcionan como interruptores veloces y se usan para circuitos de alta velocidad
como fuentes conmutadas, mezclador de frecuencias y detectores.
Símbolo electrónico:
4.17. CIRCUITOS LIMITADORES.
Es frecuente encontrar como primera etapa de otros circuitos y cuya misión es
impedir que las señales que los atacan alcancen cierto valor.
Recortador positivo de nivel: Se utiliza para eliminar una porción del
semiperíodo positivo de la señal. El semiciclo negativo queda inalterado. Sólo
indicar la disminución de la tensión debido a la pérdida sufrida por el divisor
formado por R1 y RLoad.
La ecuación está formada por un sumando aproximadamente constante, más
otro sumando que añade una perturbación. Atenuada por la relación de la
resistencia dinámica del diodo y la resistencia limitadora del mismo.
Recortador negativo de nivel: Esta disposición es similar al anterior solo que
elimina la parte del semiperíodo negativo.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 218
La ecuación está formada por un sumando aproximadamente constante, más
otro sumando que añade una perturbación. Atenuada por la relación de la
resistencia dinámica del diodo y la resistencia limitadora del mismo.
Elevador de nivel. Este montaje eleva con un nivel de continua el valor de
comienzo de la señal alterna introducida. Téngase en cuenta la necesidad de
una resistencia de alto valor para evitar la descarga rápida de la carga
almacenada en del condensador.
Fijador positivo de nivel: Este montaje es útil para fijar un pedestal de tensión
a partir del cual se dejará pasar toda la señal que apliquemos al circuito
El valor de la tensión inicial de conducción de la señal de salida viene definida
por:
Vinicial= V2-V
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 219
Fijador negativo de nivel: Este circuito tiene un funcionamiento contrario al
anterior
El valor de la tensión inicial de conducción de la señal de salida viene definida
por:
Vinicial= V2-V
4.18. RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA.
La rectificación es un proceso por el cual se obtiene corriente y tensión
unidireccional, partiendo de una tensión alterna.
Para dicho proceso se utilizan diodos, ya que los mismos conducen corriente
en un solo sentido.
En todo circuito rectificador interesa definir:
La forma de onda de la corriente y la tensión sobre la carga.
La eficiencia del sistema rectificador, que es la relación de la potencia de
salida, a la potencia tomada de la fuente.
El valor máximo o de cresta de la corriente por el diodo.
El valor máximo de la tensión a través del elemento rectificador en el sentido
inverso(Tensión de pico ó cresta inversa).
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 220
Podemos observar que durante el intervalo de 0 - π , el borne “u” es más
positivo, con lo cual el diodo “D” conduce, y sobre la resistencia de carga RC ,
circula una corriente cuyo valor está dado por:
En el intervalo π - 2 π, la polaridad de “u” es negativa con respecto a “v” (“v” es
positiva con respecto a “u”), por lo tanto no hay circulación de corriente (Diodo
bloqueado). Situación que se muestra en la figura.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 221
4.19. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA.
Es un circuito que está formado por cuatro diodos. A esta conexión especial se
la conoce como puente de Graetz o puente de diodos. En relación al
rectificador de media onda, su mejor ventaja sería la tensión inversa soportada.
Cuando el nodo “u” del secundario del transformador es más positivo que él “v”,
los diodosD1 y D2 están en condiciones de conducción y los diodos D3 y D4 se
bloquean. Es decir luego en el semiciclo positivo la corriente circula saliendo
desde el borne “u” pasa por el diodo D1, por la carga RC y a través del diodo D2
retorna al transformador por el borne “v”. Esto se puede observar en la figura.
En el siguiente semiciclo el borne “v” es más positivo que él “u”, con lo cual el
proceso es similar, pero los diodos que conducen son los D3 y D4 y se bloquean
los diodos D1 y D2, siendo el sentido de circulación de la corriente en la carga
igual en ambos casos, según lo mostrado en la figura.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 222
4.20. CODIFICACIÓN.
A continuación se detallan los sistemas de codificación más utilizados en los
componentes semiconductores.
Los sistemas de codificación más empleados, al igual que los diodos, son:
EUROPEO (PROELECTRON).
AMERICANO (JEDEC).
JAPONÉS (JIS).
a. PROELECTRON (SISTEMA EUROPEO). El sistema europeo queda
definido por dos letras mayúsculas seguidas de tres números utilizados
componente para equipos de consumo y por tres letras y dos números
para aplicaciones profesionales.
dos letras, [letra], número de serie, [sufijo]
La primera letra del código indica el tipo de material semiconductor
empleado en la fabricación (germanio, silicio,...).
Letra Material Semiconductor
A Germanio
B Silicio
C Arseuro de Galio
R Mezcla de materiales
La segunda indica la construcción y/o principal aplicación.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 223
Letra Material Semiconductor
A Diodo de baja señal
B Diodo Varicap
E Diodo túnel
Y Diodo Rectificador
Z Diodo Zener
La tercera letra indica que el dispositivo está pensado para aplicaciones
industriales o profesionales, más que para uso comercial. Suele ser una W,
X, Y o Z.
La serie del componente es un número que está comprendido entre 100 y
9999.
La letra del sufijo código indica la ganancia del componente (Baja, Media,
Alta y no definida).
Letra Ganancia
A Baja
B Media
C Alta
No definida
b. Identifica códigos de marca americano (JEDEC): El sistema
Americano queda definido por un número seguida de letra N, la serie del
componente y una letra de sufijo.
Número, [letra], número de serie, [sufijo]
El número se obtiene la resta en uno el número de pines del componente.
Numero = (n-1)
La letra será la ene (N).
La serie del componente es un número que está comprendido entre 100 y
9999.
La letra del sufijo código indica la ganancia del componente (Baja, Media,
Alta y no definida).
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 224
Letra Ganancia
A Baja
B Media
C Alta
No definida
c. Identifica códigos de marca japonés(JIS). En el sistema japonés el
código queda definido por un número(número de pines del componente
disminuido en 1), dos letras (indican el área de aplicación y tipo de
dispositivo), la serie del componente y sufijo.
.
número, [dos letras], número de serie, [sufijo]
El número se obtiene la resta en uno el número de pines del componente.
Numero = (n-1)
Las dos letras indican el área de aplicación y tipo de dispositivo.
Letra Aplicación
SE Diodo
SR Diodo Rectificador
ST Diodo de avalancha
SV Diodo Varicap
SZ Diodo Zener
.
La serie del componente es un número que está comprendido entre 100 y
9999
La letra del sufijo código indica la ganancia del componente (Baja, Media,
Alta y no definida).
Letra Ganancia
A Baja
B Media
C Alta
No definida
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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 225
DO 35 DO 41 DO 15 DO 201
4.21. ENCAPSULADO DE DIODOS.
Existen muchos tipos de encapsulado de diodos que se utilizan en la industria
electrónica domestica e industrial. Los tipos de encapsulados definen algunas
características importantes de los componentes, como por ejemplo: número de
pines, diámetro, ancho, etc.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 226
B 44
DO 5
4.22. DIODOS SMD.
La evolución de los encapsulados de componentes electrónicos y su marcada
tendencia a la miniaturización está ligada tanto a cuestiones técnicas como al
gusto de los consumidores, ávidos por obtener sistemas cada día más
compactos, livianos y portátiles, sin que esto vaya en detrimento de la
funcionalidad y la alta performance.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 227
Los diodos en todas sus presentaciones no han sido la excepción por este
motivo se han desarrollado distintos tipos de encapsulado. Siendo los más
utilizados:
Encapsulado MELF. Existen componentes pasivos de forma cilíndrica,
conocidos como MELF y sus variantes maxi, mini y micro-MELF. Sus
terminales de conexión consisten en extremos metalizados y estañados.
Códigos Micro-MELF Mini-MELF MELF Maxi-MELF
Largo 2,0 3,5 3,6 5,9
Diámetro 1,2 1,4 2,0 2,2
Encapsulado Small Outline Diode(SOD).Es un encapsulado para
condensadores pequeños montados en superficie, tiene distintas versiones:
SOD123, SOD323 y SOD87.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 228
TAREA4: IDENTIFICA Y ANALIZA UN TRANSISTOR.
El aprendiz de Redes y Comunicación de datos, al término de esta tarea,
podrá identificar en forma escrita las principales características de los
transistores bipolares de Juntura (BJT) y Transistores de Efecto de Campo
(FET). Además implementara circuitos electrónicos básicos con transistores:
Identifica los transistores según el material utilizado en su fabricación.
Identifica las principales características de un transistor por el código de
marca.
Implementa circuitos para comprobar la respuesta de los Transistores en
señal continua y alterna.
1. EQUIPOS Y MATERIALES.
Protoboard.
Cable para puentes.
Milímetro con capacímetro.
Transistores Bipolares de Juntura (BJT), Transistores de Efecto de Campos
(FET).
Generador de señales.
Osciloscopio.
Papel milimetrado.
2. ORDEN DE EJECUCIÓN.
Identifica los principales tipos de transistores BJT.
Identifica los códigos de marca de transistores BJT.
Identifica los principales tipos de transistores FET.
Identifica los códigos de marca de transistores FET.
Implementa circuitos básicos con transistores.
Implementa filtro pasa bajo activo.
Estar preparado es importante, saber esperar lo
es aún más, pero aprovechar el momento
adecuado es la clave de la vida.
Arthur Schnitzler
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 229
Implementa filtro pasa alto activo.
Implementa filtro pasa banda activo.
Implementa filtro rechaza banda activo.
Utiliza el generador de señales.
Utiliza el osciloscopio.
3. OPERACIÓN.
3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL.
Normas de seguridad:
No utilices ninguna herramienta o equipo sin conocer su uso, funcionamiento
y normas de seguridad específicas.
Informa al instructor del material roto o averiado.
No fumar, comer o beber en el taller.
Procura no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras
dentro del laboratorio.
En caso de producirse un accidente comunícalo inmediatamente al
instructor.
Recuerda dónde está situado el botiquín.
Mantenga su puesto de trabajo limpio y ordenado, para evitar accidente.
Mantenga las herramientas ordenadas para evitar accidentes.
.
Normas de protección ambiental:
Al acabar la práctica, limpia y ordena el material utilizado.
Los desechos tóxicos, generados en la tarea deben recolectados y
entregados al instructor para ser depositados en tacho de elementos tóxicos.
3.2. IDENTIFICA LOS PRINCIPALES TIPOS DE TRANSISTORES
BIPOLARES DE JUNTURA (BJT).
El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos,
puede ser de germanio o silicio.
Existen dos tipos transistores: el Transistor NPN y el Transistor PNP, y la
dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en
el gráfico de cada tipo de transistor.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 230
1. Identifica los diodos principales característicos de los diodos LED.
Tipo de
encapsulado
Numero
de pines
Como se
denomina el
Pin1
Como se
denomina el
Pin2
Como se
denomina el
Pin2
2. De los valores obtenidos en la tabla anterior determine qué tipo de transistor
es cada uno de los utilizados.
3.3. IDENTIFICA LOS CÓDIGOS DE MARCA DE UN TRANSISTOR BJT.
Los sistemas de codificación más empleados, al igual que los diodos, son:
EUROPEO (PROELECTRON).
AMERICANO (JEDEC).
JAPONÉS (JIS).
El procedimiento de identificación del código utilizado por los transistores BJT
es similar al utilizado por los Diodos. Lo cual fue tratado en la tarea anterior.
1. Identifica las principales características de los diodos con el código de
marca.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 231
Código del
componente
Material utilizado
para su
fabricación
Tipo de
Transistor
hfe Frecuencia Ganancia
3.4. IDENTIFICA LOS PRINCIPALES TIPOS DE TRANSISTORES DE
EFECTO DE CAMPO (FET).
Transistor de efecto de campo (FET) son dispositivos semiconductores donde
el control de la corriente se realiza mediante un campo eléctrico. Tienen las
siguientes características:
Dispositivo unipolar: un único tipo de portadores de carga.
Ocupa menos espacio en un circuito integrado que el bipolar, lo que supone
una gran ventaja para aplicaciones de microelectrónica.
Tienen una gran impedancia de entrada (del orden de MΩ).
Existen dos tipos de transistores de efecto campo:
a. De unión:
FET.
MESFET
b. De puerta aislada:
IGFET
MOS
MOST o MOSFET
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 232
1. Identifica los diodos principales característicos de los diodos LED.
Tipo de
encapsulado
Numero
de pines
Como se
denomina el
Pin1
Como se
denomina el
Pin2
Como se
denomina el
Pin2
2. De los valores obtenidos en la tabla anterior determine qué tipo de transistor
es cada uno de los utilizados.
3.5. IDENTIFICA LOS CÓDIGOS DE MARCA DE UN TRANSISTOR FET.
Los sistemas de codificación más empleados, al igual que los diodos, son:
EUROPEO (PROELECTRON)
AMERICANO (JEDEC)
JAPONÉS (JIS)
El procedimiento de identificación del código utilizado por los transistores FET
es similar al utilizado por los Diodos. Lo cual fue tratado en la tarea anterior.
1. Identifica las principales características de los diodos con el código de
marca.
Código del
componente
Material
utilizado para
su fabricación
Tipo de
Transistor
Voltajes Frecuencia Ganancia
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 233
3.6. IMPLEMENTA CIRCUITOS BÁSICOS CON TRANSISTORES.
El aprendiz implementará en el protoboard circuitos electrónicos básicos con
Transistores, diodos, resistencias condensadores, fuentes de voltaje continua y
alterno, y expresara en forma gráfica los resultados de dichos circuitos.
Encendido por ausencia de luz:
Cuando la LDR recibe luz, disminuye su resistencia, por lo que en el divisor de
tensión formado por R1 y LDR, prácticamente toda la tensión de la fuente o
batería estará en extremos de R1 y casi nada en extremos de la LDR, en estas
condiciones no le llega corriente a la base, el transistor estará en corte yel
diodo no lucirá.
Cuando la luz disminuye, la resistencia de la LDR aumenta por lo que la caída
de tensión en la LDR aumenta lo suficiente para que le llegue corriente a la
base del transistor, conduzca y se encienda el diodo LED.
El participante debe contar con los siguientes materiales:
R1 = 100 KW
R2 = LDR
R3 = 2K2
R4 = 330 W
Q1 = Transistor
NPN BC547
D1 = Diodo LED
Implementar el siguiente circuito en el protoboard:
Antes de conectar la fuente o batería de 9V llena
la siguiente Tabla:
Código de colores Valor
Nominal
Valor
medido
R1
R3
R4
SIN CARGA
LDR
Utilizando el multímetro identifica los pines de transistor BJT y llena la siguiente
tabla:
Función del PIN1 Función del PIN2 Función del PIN3
Q1 BC547
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 234
Conecta la fuente o batería de 9V, llena la siguiente tabla:
Voltaje del LDR Corriente del LDR Valor de Resistencia
LDR
Describe brevemente cómo funciona el circuito que has implementado:
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
__________________
Encendido por presencia de luz:
Cuando la LDR recibe luz, disminuye su resistencia, por lo que en la R1 habrá
una caída de tensión suficiente como para hacer que circule corriente por la
base del transistor, que conduzca y se encienda el LED.
Cuando la luz disminuye, la resistencia de la LDR aumenta, en estas
condiciones toda la tensión estará prácticamente en la LDR y casi nada en
R1con lo que no circulará suficiente corriente por la base del transistor y éste
permanecerá encorte y diodo LED apagado.
El participante debe contar con los siguientes materiales:
R1 = 100 KW
R2 = LDR
R3 = 2K2
R4 = 330 W
Q1 = Transistor NPN BC547
D1 = Diodo LED
Implementar el siguiente circuito en el protoboard:
Antes de conectar la fuente o batería de 9V llena la siguiente Tabla:
Código de colores Valor
Nominal
Valor
medido
R1
R3
R4
SIN CARGA
LDR
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 235
Utilizando el multímetro identifica los pines de transistor BJT y llena la siguiente tabla:
Función del PIN1 Función del PIN2 Función del PIN3
Q1 BC547
Conecta la fuente o batería de 9V, llena la siguiente tabla:
Voltaje del LDR Corriente del LDR Valor de Resistencia
LDR
Describe brevemente cómo funciona el circuito que has implementado:
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Memoria:
A este circuito le llamamos memoria ya que es capaz de recordarnos lo último que ha
sucedido.
Al principio uno de los diodos está apagado (supongamos que es D1); no obstante por
D1 pasa una pequeña corriente que activa T2, por lo que D2 estará iluminado.
Si pulsamos P2, la corriente deja de llegar a la base de T2, éste se bloquea y se
apaga D2;sin embargo sigue pasando una pequeña corriente a través de R4 y R3 por
lo que se activaT1 y se enciende D1. Aunque soltemos P2 sigue sin llegar corriente a
la base de T2 (toda la corriente baja a través de T1) por lo que D1 permanece
encendido.
Si pulsamos P1, la corriente deja de llegar a la base de T1, por lo que D1 se apaga y
se enciende D2.Este circuito recibe el nombre de biestable o flip-flop
El participante debe contar con los siguientes materiales:
T1, T2 = Transistor NPN BC547
R2, R3 = 100 K
R1, R4 = 330 W
D1, D2 = Diodo LED
P1, P2 = Pulsador NA
Implementar el siguiente circuito en el protoboard:
Antes de conectar la fuente o batería de 9V llena la siguiente Tabla:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 236
Utilizando el multímetro identifica los pines de transistor BJT y de los diodos LED.
Llena la siguiente tabla:
Función del PIN1 Función del PIN2 Función del PIN3
Q1 BC547
Q2 BC547
Función del PIN1 Función del PIN2
D1
D2
Conecta la fuente o batería de 9V, llena la siguiente tabla, indicando el estado de los
diodos LED (D1 y D2) y de los transistores (T1 y T2), al presionar los pulsadores (P1 y
P2) :
D1 D2 T1 T2
P2
P1
P1-P2
Describe brevemente cómo funciona el circuito que has implementado, cuando
cambias la secuencia mostrada en la tabla anterior al presionar los pulsadores:
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Intermitente (oscilador)
Los dos transistores trabajan en conmutación es decir cuando uno conduce
(saturación) elotro no (corte) y viceversa.
Al conectar la alimentación supongamos que D1 se enciende y D2 está apagado, no
Código de colores Valor
Nominal
Valor
medido
R1
R3
R4
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 237
obstante por D2 circula una pequeña corriente (insuficiente para encenderlo) que pasa
por R4atraviesa C1 y llega a la base de T1, por lo que D1 sigue encendido y C1
cargándose.
Cuando C1 está cargado impide el paso de la corriente, bloquea T1 y D1 se apaga.
Ahora circula una pequeña corriente a través de D1 (insuficiente para encenderlo) y
R1 hasta la base deT2 por lo que éste conduce, se enciende D2 y comienza a
cargarse C2.
Mientras C2 se carga C1 se descarga a través de R3. Después el proceso se repite.
El participante debe contar con los siguientes materiales:
T1, T2 = Transistor NPN BC547
R2, R3 = 22KΩ
R1, R4 = 330 W
C1, C2 = C. electrolítico 100µF.
Implementar el siguiente circuito en el protoboard:
Antes de conectar la fuente o batería de 9V llena la siguiente Tabla:
Utilizando el multímetro identifica los pines de transistor BJT y de los diodos
LED. Llena la siguiente tabla:
Función del PIN1 Función del PIN2 Función del PIN3
Q1 BC547
Q2 BC547
Función del PIN1 Función del PIN2
D1
D2
Código de colores Valor
Nominal
Valor
medido
R1
R2
R3
R4
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 238
Cambia los valores de resistencias R2 y R3, por valores de menor y luego de
mayor resistencia, explica brevemente que sucede:
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
__________________
Cambia los valores de resistencias C1 y C2, por valores de menor y luego de
mayor capacidad, explica brevemente que sucede:
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
__________________
Probador de Línea Telefónica en uso
El puente de diodos está formado por cuatro diodos (D1, D2, D3 y D4), los
cuales reciben los 48V que generalmente posee una línea telefónica usada por
una central telefónica local, la convierte en voltaje continuo para polarizar el
resto de componentes del circuito.
Cuando se polariza el transistor Q2, encenderá el diodo LED D6, indicando que
la línea esta libre. Si se polariza el transistor Q1 se encenderá el diodo LED D5,
indicando que la línea está siendo utilizada por un teléfono anexo.
El participante debe contar con los siguientes materiales:
D1, D2, D3, D4 = 1N4004
R1 = 3.3KΩ
R2 = 33KΩ
R3 = 56KΩ
R4 = 22KΩ
R5 = 4.7KΩ
Q1, Q2 = 2N3904
D5, D6 = Diodos LED 5mm de
colores diferentes.
Antes de implementar el circuito en el protoboard llena la siguiente Tabla:
Código de
colores
Valor
Nominal
Valor
medido
R1
R2
R3
R4
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 239
Utilizando el multímetro identifica
los pines de transistor BJT y de los
diodos LED. Llena la siguiente
tabla:
Función del PIN1 Función del PIN2 Función del PIN3
Q1 2N39004
Q2 2N39004
Función del PIN1 Función del PIN2
D1
D2
D3
D4
D5
D6
Con la ayuda del instructor prepara un cable con un conector Plug RJ11 en un
extremo, y el otro extremo lo conectas al circuito implementado en el
protoboard. Realiza las pruebas con el circuito implementado, en una línea
telefónica.
Sirena con cuatro transistores.
Se puede variar la cadencia del sonido cambiando los condensadores de 15µF
por otros de valor diferente.
Los transistores T1 y T2 conforman un biestable. Este circuito biestable oscila
entre estos dos estados, alto y bajo, que se pueden medir en el colector del
transistor T2.Estos dos niveles son entregados al grupo de elementos
conformados por las resistores de 10KΩ, 27KΩ y el condensador de 4.7µF que
dan la cadencia del sonido conforme se carga el capacitor y descarga el
capacitor.
T3 y T4 que conforman un oscilador que hace sonar el parlante de 8Ω.
El participante debe contar con los siguientes materiales:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 240
2 Transistores BC559 o equivalentes.
1 Transistor BC547 o equivalente.
1 Transistores BC636 o equivalente.
Resistencias: 2 de 15 KΩ , 2 de 3.3 KΩ, 1 de 10 KΩ, 1 de 27 KΩ
Condensadores: 2 electrolíticos de 15uF, 1 electrolítico de 4.7uF, 1 de 0.1uF
Parlante (bocina) común de 8 ohmios.
Implementa en el protoboard el siguiente circuito.
Cambia los valores los condensadores de 15uF, por valores de menor y luego
de mayor capacidad, explica brevemente que sucede:
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
__________________
3.7. IMPLEMENTA FILTRO PASA BAJO ACTIVO.
Los filtros juegan un importante rol en la electrónica actual, tanto en áreas de
comunicaciones y procesamiento de imágenes. Los filtros activos están
construidos en base a resistencias, bobinas, condensadores, Amplificadores
Operacionales, los que además tienen las siguientes características:
Pequeño en tamaño y peso.
Uso en el rango de las frecuencias de audio (20KHz).
Valores de resistencias y condensadores razonables a frecuencias muy
bajas.
Tiene elevadas características de aislamiento.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 241
Puede proveer ganancia si se requiere.
Los Filtros basa bajo activo, son aquellos que tienen ganancia a frecuencias
menores que la frecuencia de corte ωc. Así, la banda de paso estád ada para 0
< ω <ωc, donde ωc se expresa en [rad/seg] o Hertz y corresponde a la
frecuencia en la cual la ganancia es dividida por √2 (cae en −3dB). La ganancia
disminuye a medida que se supera a dicha frecuencia, esta zona se conoce
como banda de rechazo.
Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de
voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la
salida se conectar el Osciloscopio. Los valores R1=10KΩ, R=1KΩ, C=10ηF
Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los
códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el
instructor.
Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del
condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.
R1 (Nominal)
R(Nominal)
C(Nominal)
R1 (Medido)
R2 (Medido)
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 242
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la
frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V) Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V)
100 120K
500 200K
1K 500K
5K 700K
10K 800K
50K 1M
80K 2M
Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pégalo aqui.
Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.
La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique
dicho valor en la grafica anterior y anote.
Utilizando la siguiente
ecuacion calcule el valor de la
frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).
Calcule dichos valores y anote.
Fcorte(Hz)
Fcorte(Nominal)
Fcorte(Real)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual
se realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje
obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 243
Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,
usando la fórmula
. Con estos valores construya
manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel
semilogaritmico. Pegue aqui.
Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de
voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la
salida se conectar el Osciloscopio. Los valores R=1KΩ, C2=10ηF
Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los
códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el
instructor.
Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del
condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.
R1 (Nominal)
R2(Nominal)
RF(Nominal)
C1(Nominal)
C2(Nominal)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de
voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 244
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la
frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V) Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V)
100 120K
500 200K
1K 500K
5K 700K
10K 800K
50K 1M
80K 2M
Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.
Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.
La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique
dicho valor en la grafica anterior y anote.
R1 (Medido)
R2 (Medido)
RF (Medido)
Fcorte(Hz)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la
cual se realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje
obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 245
Utilizando la siguiente
√ ecuacion calcule el valor de la
frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).
Calcule dichos valores y anote.
Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,
usando la fórmula
. Con estos valores construya
manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel
semilogaritmico. Pegue aqui.
3.8. IMPLEMENTA FILTRO PASA ALTO ACTIVO.
Los Filtros basa alto activo, son aquellos que tienen ganancia a frecuencias
mayores que la frecuencia de corte ωc. Así, la banda de paso está dada para 0
< ω <ωc, donde ωc se expresa en [rad/seg] o Hertz y corresponde a la
frecuencia en la cual la ganancia es dividida por √2 (cae en −3dB). La ganancia
disminuye a medida que se supera a dicha frecuencia, esta zona se conoce
como banda de rechazo.
Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de
voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la
salida se conectar el Osciloscopio. Los valores R=1KΩ, C=10ηF
Fcorte(Nominal)
Fcorte(Real)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual
se realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia
de voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 246
Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los
códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el
instructor.
Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del
condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la
frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V) Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V)
100 120K
500 200K
1K 500K
5K 700K
10K 800K
50K 1M
80K 2M
R1 (Nominal)
RF(Nominal)
C(Nominal)
R1 (Medido)
RF (Medido)
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 247
Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.
Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.
La cual se obtieneen el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique
dicho valor en la grafica anterior y anote.
Utilizando la siguiente
ecuacion calcule el valor de la
frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).
Calcule dichos valores y anote.
Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,
usando la fórmula
. Con estos valores construya
manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel
semilogaritmico. Pegue aqui.
Fcorte(Hz)
Fcorte(Nominal)
Fcorte(Real)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la
cual se realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje
obtenido en cada frecuencia.
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de
voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 248
Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de
voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la
salida se conectar el Osciloscopio. Los valores R1=10KΩ, R2=2R1,
C1=C2=10ηF.
Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los
códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el
instructor.
Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del
condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la
frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
R1 (Nominal)
R2 (Nominal)
C1(Nominal)
C2(Nominal)
R1 (Medido)
R2 (Medido)
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 249
Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.
Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.
La cual se obtiene en el 0.707 del valor maxion del voltaje de salida. Ubique
dicho valor en la grafica anterior y anote.
Utilizando la siguiente
√ ecuacion calcule el valor de la
frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).
Calcule dichos valores y anote.
Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,
usando la fórmula
. Con estos valores construya
manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel
semilogaritmico. Pegue aqui.
Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V) Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V)
100 120K
500 200K
1K 500K
5K 700K
10K 800K
50K 1M
80K 2M
Fcorte(Hz)
Fcorte(Nominal)
Fcorte(Real)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la
cual se realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje
obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 250
3.9. IMPLEMENTA FILTRO PASA BANDA ACTIVO.
También llamados Filtros selectores de frecuencia, son aquellos que permiten
elegir o pasar solo una banda de frecuencias. Por este motivo cuenta con dos
frecuencias de cortes las cuales esta ubicadas cundo el voltaje de salida está
en 0.707Vi, una denominada frecuencia de corte inferior (Fcl=Fl) y la otra
denominada frecuencia de corte superior (Fch=Fh).
Posee una frecuencia de resonancia (Fr) que se obtiene cuando el voltaje de
salida es máximo Vo=Vi.
Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de
voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la
salida se conectar el Osciloscopio. Los valores R1=10KΩ, R2=1KΩ, C1=10ηF,
C2=2.2ηF.
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual
se realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia
de voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 251
Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los
códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el
instructor.
Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del
condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la
frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V) Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V)
100 120K
500 200K
1K 500K
5K 700K
10K 800K
50K 1M
80K 2M
Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pégalo aqui.
R1 (Nominal)
R2 (Nominal)
C1(Nominal)
C2(Nominal)
R1 (Medido)
R2 (Medido)
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 252
Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte
y la frecuencia de resonancia.
La frecuencia de corte inferior y superior seobtiene en el 0.707 del valor
máximo del voltaje de salida. Ubique dicho valor en la grafica anterior y
anote.
La frecuencia de resonancia se obtiene cuando con el valor maximo de
salida.
Utilizando la siguiente
√ ecuacion calcule el valor de la
frecuencia de resonancia nominal y real (con los valores de R y C medidos).
Calcule dichos valores y anote.
Utilizando la siguiente
ecuacion calcule el valor de la
frecuencia de corte inferiror nominal y real (con los valores de R y C
medidos). Calcule dichos valores y anote.
Utilizando la siguiente
ecuacion calcule el valor de la
frecuencia de corte inferiror nominal y real (con los valores de R y C
medidos). Calcule dichos valores y anote.
Fcorte inferior(Hz)
Fcorte superior(Hz)
Fresonancia(Hz)
Fresonancia(Nominal)
Fresonancia(Real)
Fcl(Nominal)
Fcl(Real)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la
cual se realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje
obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 253
Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,
usando la fórmula
. Con estos valores construya
manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel
semilogaritmico. Pegue aqui.
3.10. IMPLEMENTA FILTRO RECHAZABANDA ACTIVO.
También llamados Filtros elimina banda, son aquellos que permiten elegir la
banda de frecuencias que deseamos eliminar. Por este motivo cuenta con dos
frecuencias de cortes las cuales esta ubicadas cundo el voltaje de salida está
en 0.707Vi, una denominada frecuencia de corte inferior (Fcl=Fl) y la otra
denominada frecuencia de corte superior (Fch=Fh).
Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de
voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la
salida se conectar el Osciloscopio. Los valores R=10KΩ, C=10ηF, R0=100KΩ.
Fch(Nominal)
Fch(Real)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual
se realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia
de voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 254
Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los
códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el
instructor.
Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del
condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.
Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe
entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.
Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la
frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados
en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda
de salida.
Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V) Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V)
100 120K
500 200K
1K 500K
5K 700K
10K 800K
50K 1M
80K 2M
Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la
amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.
R1 (Nominal)
R2 (Nominal)
R3 (Nominal)
C1(Nominal)
C2(Nominal)
C3 (Nominal)
R1 (Medido)
R2 (Medido)
R3 (Medido)
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 255
Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte
y la frecuencia de resonancia.
La frecuencia de corte inferior y superior se obtiene en el 0.707 del valor
máximo del voltaje de salida. Ubique dicho valor en la grafica anterior y
anote.
La frecuencia de resonancia se obtiene cuando con el valor maximo de
salida.
Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,
usando la fórmula
. Con estos valores construya
manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel
semilogaritmico. Pegue aqui.
Utilizando la grafica de Boode de los pasos anteriores, obtenga la
frecuencia de corte superior e inferior. Para lo cual buscamos la ganancia de
3dB y trace una paralela para obtener la frecuencia de corte inferior y
frecuencia de corte superior.
Fcorte inferior(Hz)
Fcorte superior(Hz)
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la
cual se realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje
obtenido en cada frecuencia.
Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.
El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se
realiza la medida.
El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de
voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 256
4. FUNDAMENTO TEÓRICO:
4.1. TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNTUTA (BJT).
El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor
("resistencia de transferencia"), es un componente electrónico semiconductor
que puede ser utilizado en muchas aplicaciones como por ejemplo
amplificador, oscilador, conmutador o rectificador, etc.
Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos domésticos de
uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y video,
hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración,
alarmas, relojes de cuarzo, ordenadores, calculadoras, impresoras, lámparas
fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3,
teléfonos móviles, etc.
Reseña Histórica: El transistor de efecto de campo fue descubierto antes que
el transistor (1930), pero no se encontró una aplicación útil ni se disponía de la
tecnología necesaria para fabricarlos masivamente.
El transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. UU. en
diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William
Bradford Shockley, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física
en 1956. Fue el sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos, o triodo.
Estructura: Un transistor de unión bipolar consiste en tres regiones
semiconductoras dopadas: la región del emisor, la región de la base y la región
del colector. Estas regiones son, respectivamente, tipo P, tipo N y tipo P en un
PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un transistor NPN. Cada región del
semiconductor está conectada a un terminal, denominado emisor (E), base (B)
o colector (C), según corresponda.
Fcl
Fch
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 257
Corte
transversal simplificado de un transistor de unión bipolar NPN. Donde se puede
apreciar como la unión base-colector es mucho más amplia que la base-
emisor. La base está físicamente localizada entre el emisor y el colector y está
compuesta de material semiconductor ligeramente dopado y de alta
resistividad. El colector rodea la región del emisor, haciendo casi imposible
para los electrones inyectados en la región de la base escapar de ser
colectados, lo que hace que el valor resultante de α se acerque mucho hacia la
unidad, y por eso, otorgarle al transistor un gran β.
El transistor de unión bipolar, a diferencia de otros transistores, no es
usualmente un dispositivo simétrico. Esto significa que intercambiando el
colector y el emisor hacen que el transistor deje de funcionar en modo activo y
comience a funcionar en modo inverso. Debido a que la estructura interna del
transistor está usualmente optimizada para funcionar en modo activo,
intercambiar el colector con el emisor hacen que los valores de α y β en modo
inverso sean mucho más pequeños que los que se podrían obtener en modo
activo; muchas veces el valor de α en modo inverso es menor a 0.5. La falta de
simetría es principalmente debido a las tasas de dopaje entre el emisor y el
colector. El emisor está altamente dopado, mientras que el colector está
ligeramente dopado, permitiendo que pueda ser aplicada una gran tensión de
reversa en la unión colector-base antes de que esta colapse. La unión colector-
base está polarizada en inversa durante la operación normal. La razón por la
cual el emisor está altamente dopado es para aumentar la eficiencia de
inyección de portadores del emisor: la tasa de portadores inyectados por el
emisor en relación con aquellos inyectados por la base. Para una gran
ganancia de corriente, la mayoría de los portadores inyectados en la unión
base-emisor deben provenir del emisor.
El bajo desempeño de los transistores bipolares laterales muchas veces
utilizados en procesos CMOS es debido a que son diseñados simétricamente,
lo que significa que no hay diferencia alguna entre la operación en modo activo
y modo inverso.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 258
Pequeños cambios en la tensión aplicada entre los terminales base-emisor
genera que la corriente que circula entre el emisor y el colector cambie
significativamente. Este efecto puede ser utilizado para amplificar la tensión o
corriente de entrada. Los BJT pueden ser pensados como fuentes de corriente
controladas por tensión, pero son caracterizados más simplemente como
fuentes de corriente controladas por corriente, o por amplificadores de
corriente, debido a la baja impedancia de la base.
Los primeros transistores fueron fabricados de germanio, pero la mayoría de
los BJT modernos están compuestos de silicio. Actualmente, una pequeña
parte de éstos (los transistores bipolares de heterojuntura) están hechos de
arseniuro de galio, especialmente utilizados en aplicaciones de alta velocidad.
FUNCIONAMIENTO: En una configuración normal, la unión emisor-base se
polariza en directa y la unión base-colector en inversa. Debido a la agitación
térmica los portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de
potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prácticamente todos los
portadores que llegaron son impulsados por el campo eléctrico que existe entre
la base y el colector.
Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del
ánodo compartida. En una operación típica, la unión base-emisor está
polarizada en directa y la unión base-colector está polarizada en inversa. En un
transistor NPN, por ejemplo, cuando una tensión positiva es aplicada en la
unión base-emisor, el equilibrio entre los portadores generados térmicamente y
el campo eléctrico repelente de la región agotada se desbalancea, permitiendo
a los electrones excitados térmicamente inyectarse en la región de la base.
Estos electrones "vagan" a través de la base, desde la región de alta
concentración cercana al emisor hasta la región de baja concentración cercana
al colector. Estos electrones en la base son llamados portadores minoritarios
debido a que la base está dopada con material P, los cuales generan "huecos"
como portadores mayoritarios en la base.
La región de la base en un transistor debe ser constructivamente delgada, para
que los portadores puedan difundirse a través de esta en mucho menos tiempo
que la vida útil del portador minoritario del semiconductor, para minimizar el
porcentaje de portadores que se recombinan antes de alcanzar la unión base-
colector. El espesor de la base debe ser menor al ancho de difusión de los
electrones.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 259
Control de tensión, carga y corriente La corriente colector-emisor puede ser
vista como controlada por la corriente base-emisor (control de corriente), o por
la tensión base-emisor (control de voltaje). Esto es debido a la relación tensión-
corriente de la unión base-emisor, la cual es la curva tensión-corriente
exponencial usual de una unión PN (es decir, un diodo).
En el diseño de circuitos analógicos, el control de corriente es utilizado debido
a que es aproximadamente lineal. Esto significa que la corriente de colector es
aproximadamente β veces la corriente de la base. Algunos circuitos pueden ser
diseñados asumiendo que la tensión base-emisor es aproximadamente
constante, y que la corriente de colector es β veces la corriente de la base. No
obstante, para diseñar circuitos utilizando BJT con precisión y confiabilidad, se
requiere el uso de modelos matemáticos del transistor como el modelo Ebers-
Moll.
El Alfa y Beta del transistor Una forma de medir la eficiencia del BJT es a
través de la proporción de electrones capaces de cruzar la base y alcanzar el
colector. El alto dopaje de la región del emisor y el bajo dopaje de la región de
la base pueden causar que muchos más electrones sean inyectados desde el
emisor hacia la base que huecos desde la base hacia el emisor. La ganancia
de corriente emisor común está representada por βF o por hfe. Esto es
aproximadamente la tasa de corriente continua de colector a la corriente
continua de la base en la región activa directa y es típicamente mayor a 100.
Otro parámetro importante es la ganancia de corriente base común, αF. La
ganancia de corriente base común es aproximadamente la ganancia de
corriente desde emisor a colector en la región activa directa. Esta tasa
usualmente tiene un valor cercano a la unidad; que oscila entre 0.98 y 0.998. El
Alfa y Beta están más precisamente determinados por las siguientes relaciones
(para un transistor NPN):
4.2. TIPOS DE TRANSISTOR DE UNIÓN BIPOLAR.
a. Transistor NPN: Es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los
cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios
dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los
transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad
del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de
operación.
Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor
dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña
corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es
amplificada en la salida del colector.
La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y
apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el
dispositivo está en funcionamiento activo.
b. Transistor PNP: El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las
letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes
regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP,
debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las
circunstancias.
El símbolo de un transistor PNP. Los transistores PNP consisten en una
capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material
dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a
masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación
a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando
desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el
emisor hacia el colector.
La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la
dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo
está en funcionamiento activo.
Transistor Bipolar de Heterounión El transistor bipolar de heterounión (TBH)
es una mejora del BJT que puede manejar señales de muy altas frecuencias,
de hasta varios cientos de GHz. Es un dispositivo muy común hoy en día en
circuitos ultrarrápidos, generalmente en sistemas de radiofrecuencia.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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Los transistores de heterojuntura tienen diferentes semiconductores para los
elementos del transistor. Usualmente el emisor está compuesto por una
banda de material más larga que la base. Esto ayuda a reducir la inyección
de portadores minoritarios desde la base cuando la unión emisor-base está
polarizada en directa y esto aumenta la eficiencia de la inyección del emisor.
La inyección de portadores mejorada en la base permite que esta pueda
tener un mayor nivel de dopaje, lo que resulta en una menor resistencia. Con
un transistor de unión convencional, también conocido como transistor
bipolar de homojuntura, la eficiencia de la inyección de portadores desde el
emisor hacia la base está principalmente determinada por el nivel de dopaje
entre el emisor y la base. Debido a que la base debe estar ligeramente
dopada para permitir una alta eficiencia de inyección de portadores, su
resistencia es relativamente alta.
4.3. REGIONES DE OPERACIÓN DE UN TRANSISTOR BJT.
Los transistores de unión bipolar tienen diferentes regiones operativas,
definidas principalmente por la forma en que son polarizados:
a. Región activa: En esta región la corriente de colector (Ic) depende
principalmente de la corriente de base (Ib), de β (ganancia de corriente, es
un dato del fabricante) y de las resistencias que se encuentren conectadas
en el colector y emisor. Esta región es la más importante si lo que se desea
es utilizar el transistor como un amplificador de señal.
b. Región de corte: Un transistor BJT está en corte cuando: Corriente de
colector = corriente de emisor = 0,(Ic = Ie = 0).
En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje
de alimentación del circuito. (Como no hay corriente circulando, no hay caída
de voltaje, ver Ley de Ohm). Este caso normalmente se presenta cuando la
corriente de base = 0 (Ib =0).
c. Región de saturación: Un transistor está saturado cuando: Corriente de
colector = corriente de emisor = corriente máxima, (Ic = Ie = Imaxima).
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación
del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en
ambos, ver Ley de Ohm. Este caso normalmente se presenta cuando la
corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una
corriente de colector β veces más grande. (Recordar que Ic = β * Ib).
d. Región de ruptura: Las tensiones máximas que pueden soportar las
uniones PN inversamente polarizadas se denominan tensiones de ruptura.
Cuando se alcanza estas tensiones
existe peligro de ruptura del
transistor debido a dos fenómenos:
ruptura por avalancha y ruptura por
perforación.
4.4. TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO (FET).
El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor
("resistencia de transferencia"), es un componente electrónico semiconductor
que controla un flujo de corriente por un canal semiconductor, aplicando un
campo eléctrico perpendicular a la trayectoria de la corriente.
Reseña Histórica: El transistor de efecto de campo fue descubierto antes que
el transistor (1930), pero no se encontró una aplicación útil ni se disponía de la
tecnología necesaria para fabricarlos masivamente.
El transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. UU. en
diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William
Bradford Shockley, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física
en 1956. Fue el sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos, o triodo.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 263
4.5. TIPOS DE TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO.
a. Transistor FET: Es uno de los tipos de transistores de efecto de campo,
está compuesto de una parte de silicio tipo N, a la cual se le adicionan dos
regiones con impurezas tipo P que están unidas entre sí a la cual se le
denomina FET de canal P. Otra de sus presentaciones posee una parte se
silicio tipo P y dos regiones con impurezas tipo N que unidas entre sí, a la
cual se le denomina transistor FET de canal N
Los terminales de este tipo de transistor se llaman Drenador (Drain), Fuente
(Source) y el tercer terminal es la compuerta (Gate) que ya se conoce. La
región que existe entre el drenador y la fuente y que es el camino obligado
de los electrones se llama "canal". La corriente circula de Drenaje (D) a
Fuente (S).
Este tipo de transistor se polariza de manera diferente al transistor bipolar. El
terminal de drenaje se polariza positivamente con respecto al terminal de
fuente (Vdd) y la compuerta o gate se polariza negativamente con respecto a
la fuente (-Vgg).
A mayor voltaje -Vgg, más angosto es el canal y más difícil para la corriente
pasar del terminal drenador (drain) al terminal fuente o source. La tensión -
Vgg para la que el canal queda cerrado se llama "punch-off" y es diferente
para cada FET.
El FET es controlado por tensión y los cambios en tensión de la compuerta
(gate) a fuente (Vgs) modifican la región de rarefacción y causan que varíe el
ancho del canal.
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b. Transistor JFET: Un JFET reúne las características más interesantes de las
válvulas electrónicas, con las grandes ventajas de los componentes
semiconductores. Según su composición, existen dos tipos de transistores
JFET, los JFET de canal N y los de canal P.
Este componente está formado por una delgada capa de material
semiconductor tipo N denominado canal. A los lados de ésta aparecen dos
regiones de material semiconductor tipo P. En cada uno de los extremos del
canal se sitúa un terminal. Así, tenemos un terminal de fuente o surtidor (del
inglés source) y otro de sumidero o drenador (drain). Las dos regiones P se
interconectan entre sí, y hacia el exterior, constituyendo el terminal de puerta
o graduador (gate).
Los JFET los podemos clasificar en dos grandes grupos:
JFET de canal n.
JFET de canal p.
Podemos observar como la mayor parte de la estructura es de material tipo n
ligeramente dopado formando un canal con contactos óhmicos en ambos
extremos (terminales de Drenador y Fuente). Este canal se encuentra inserto
entre dos regiones de compuerta tipo p+ (material tipo p fuertemente dopado)
con sendos contactos óhmicos que constituyen los terminales de puerta. En
algunos casos los dos terminales de puerta están accesibles (JFET de doble
puerta) aunque lo más habitual es que ambos terminales estén cortocircuitados
teniendo un único terminal de puerta (dispositivo de tres terminales).
En ausencia de potencial aplicado, las dos uniones p-n que aparecen están sin
polarizar. El resultado es una región de vaciamiento o zona de deplexión
(región carente de portadores libres) de forma similar a la que se vio en su día
al analizar en el diodo la unión p-n en ausencia de polarización.
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D =Drenador: (Del inglés Drain). Es el terminal por al que salen
los portadores del dispositivo (los electrones en el JFET de canal
n y los huecos en el de canal p)
S = Fuente: (Del inglés Source). Es el terminal por el que entran
los portadores.
G = Puerta: (Del inglés Gate). Es el terminal mediante el que se
controla la corriente de portadores a través del canal.
4.6. ZONAS DE TRABAJO DEL FET.
Zona de corte o de no conducción: Se corresponde con el eje horizontal
de la gráfica. En esta zona la corriente ID = 0 con independencia del valor
VDS. Esto se da para valores de VGS ≤VGSoff, donde el canal está
completamente cerrado.
Zona óhmica o de no saturación: Se da para valores de VDS inferiores al
de saturación, es decir, cuando VDS ≤ VGS - VGSoff. Para estos valores de
tensión el canal se va estrechando de la parte del drenador, principalmente,
hasta llegar al estrangulamiento completo para VDSsat.
En esta zona el transistor se comporta aproximadamente como una
resistencia variable controlada por la tensión de puerta, sobre todo para
valores pequeños de VDS, ya que a medida que nos aproximamos al valor
de VDSsat, y para cada valor de VGS se va perdiendo la linealidad debido al
estrechamiento del canal que se aproxima al cierre.
Zona de saturación o de corriente constante: Esta zona se da para
valores VDS >VDSsat. Ahora la corriente ID permanece invariante frente a
los cambios de VDS (suponiendo la hipótesis de canal largo) y sólo depende
de la tensión VGS aplicada. En esta zona el transistor se comporta como
una fuente de corriente controlada por la tensión de puerta VGS.
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La relación entre la tensión VGS aplicada y la corriente ID que circula por el
canal en esta zona viene dada por la siguiente ecuación:
Zona de ruptura: En un transistor JFET tenemos dos uniones p-n
polarizadas en inversa, tanto más cuanto menor sea el valor de VGS. Sin
embargo, esta tensión inversa no se puede aumentar indefinidamente, ya
que si se supera un determinado valor (tensión de ruptura, característico de
cada unión y que suele ser proporcionado por el fabricante en sus hojas de
características) la unión se perfora, produciéndose la ruptura del dispositivo.
4.7. TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO METAL ÓXIDO
SEMICONDUCTOR (MOSFET).
Visto el transistor JFET vamos ahora a ver el otro gran grupo de transistores de
efecto de campo: Los transistores MOSFET. Vamos a ver que existen dos tipos
de transistores MOSFET.
MOSFET de acumulación o de enriquecimiento.
MOSFET de deplexión o empobrecimiento.
MOSFET de Acumulación: El MOSFET de canal n, posee una zona de
material semiconductor tipo p en la que aparecen dos zonas tipo n+ con
contactos metálicos a los terminales de drenador y fuente. La zona roja
representada corresponde a una capa de material aislante, en este caso óxido
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de silicio. Por tanto, si nos fijamos en el terminal de puerta, vemos como
tenemos una zona metálica (correspondiente al contacto óhmico) una zona de
óxido y una zona de semiconductor. Es precisamente debido a esta estructura
de dónde le viene el nombre al dispositivo de Metal – Óxido – Semiconductor
(MOS). Además, este dispositivo tendría un cuarto terminal, el terminal del
Sustrato (SS), aunque habitualmente éste se encuentra conectado a la fuente.
Es preciso que notemos una característica fundamental de este dispositivo y es
que la puerta está aislada eléctricamente del dispositivo, es decir, no hay
conexión eléctrica entre la puerta y el sustrato.
Por otra parte, indicar que en este caso y en las sucesivas representaciones de
los transistores MOSFET a lo largo de este capítulo no se han representado las
zonas de carga de espacio que evidentemente aparecerán en las uniones pn
por simplificar los dibujos, ya que en este caso, y a diferencia del JFET, las
zonas de carga de espacio no juegan un papel primordial en el funcionamiento
del dispositivo.
MOSFET de Deplexión: Vamos a continuar con el siguiente gran grupo de transistores MOSFET, en este caso, el MOSFET de deplexión o empobrecimiento.
Al igual que en el caso anterior el terminal de puerta no tiene conexión con el
resto de terminales, ya que tal y como hemos visto anteriormente, está aislado
eléctricamente del resto del dispositivo. Pero, a diferencia del caso anterior, en
el MOSFET de acumulación los terminales de drenador y fuente están unidos a
través de una línea continua, esta línea hace referencia al canal que ahora si
que existe desde un principio. De nuevo, la flecha indica el sentido en que
circularía la corriente en el caso de que la unión pn estuviera polarizada en
directa.
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En este caso, si aplicamos una tensión VGS > 0, se atraerán más electrones
hacia la zona de la puerta y se repelerán más huecos de dicha zona, por lo que
el canal se ensanchará. Por lo tanto, el efecto que tenemos es el mismo que en
el caso del MOSFET de acumulación, es decir, para valores VGS > 0 el
MOSFET de deplexión tiene un comportamiento de acumulación. Si por el
contrario damos valores VGS < 0 el efecto será el contrario, disminuyéndose la
anchura del canal. En definitiva, volvemos a tener de nuevo un efecto de
modulación de la anchura de un canal en función de una tensión aplicada VGS.
Sin embargo, si seguimos disminuyendo el valor de VGS podrá llegar un
momento en que el canal desaparezca por completo, esto sucederá cuando
VGS disminuya por debajo de un valor VGSoff.
4.8. ZONAS DE TRABAJO MOSFET.
Zona de corte o de no conducción: Se corresponde con el eje horizontal
de la gráfica. En esta zona la corriente ID = 0 con independencia del valor
VDS. Esto se da para valores de VGS VT, donde el canal no está
completamente formado.
Zona óhmica o de no Saturación: Se da para valores de VDS inferiores al
de saturación, es decir, cuando VDS ≤VGS - VT. Para estos valores de
tensión el canal se va estrechando de la parte del drenador, principalmente,
hasta llegar al estrangulamiento completo para VDSsat.
En esta zona el transistor se comporta aproximadamente como una
resistencia variable controlada por la tensión de puerta, sobre todo para
valores pequeños de VDS, ya que a medida que nos aproximamos al valor
de VDSsat, y para cada valor de VGS se va perdiendo la linealidad debido al
estrechamiento del canal que se aproxima al cierre.
Zona de saturación o de corriente constante: Esta zona se da para
valores VDS >VDSsat. Ahora la corriente ID permanece invariante frente a
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
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los cambios de VDS y sólo depende de la tensión VGS aplicada. En esta
zona el transistor se comporta como una fuente de corriente controlada por
la tensión de puerta VGS.
La relación entre la tensión VGS aplicada y la corriente ID que circula por el
canal en esta zona viene dada por la siguiente ecuación:
Zona de ruptura: Un transistor MOSFET puede romper por dos motivos.
Bien porque se perfora el dieléctrico cuando la tensión VGS supera una
determinado valor que vendrá determinado por el aislante, o bien porque en
la unión pn del lado del drenador (polarizada en inversa) se supera el valor
de la tensión de ruptura de dicha unión, dado que esta unión está polarizada
con una tensión inversa de valor VDS la ruptura se producirá cuando VDS ≥
Vr con independencia del valor de VGS, por tanto en la zona de ruptura
todas las distintas curvas en función de VGS se juntan en una única.
4.9. ENCAPSULADO DE LOS TRANSISTORES.
Es la manera como se representa un transistor, los más utilizados son:
TO-92: Este transistor pequeño es muy utilizado para la amplificación de
pequeñas señales.
La asignación de patitas (emisor - base - colector) no está estandarizado,
por lo que es necesario a veces recurrir a los manuales de equivalencias
para obtener estos datos.
TO-18: Es un poco más grande que el encapsulado TO-92, pero es metálico.
En la carcasa hay un pequeño saliente que indica que la patita más cercana
es el emisor.
Para saber la configuración de patitas es necesario a veces recurrir a los
manuales de equivalencias.
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TO-39: Tiene el mismo aspecto que es TO-18, pero es más grande.
Al igual que el anterior tiene una saliente que indica la cercanía del emisor,
pero también tiene la patita del colector pegado a la carcasa, para efectos de
disipación de calor.
TO-126: Se utiliza mucho en aplicaciones de pequeña a mediana potencia.
Puede o no utilizar disipador dependiendo de la aplicación en se esté
utilizando.
Se fija al disipador por medio de un tornillo aislado en el centro del transistor.
Se debe utilizar una mica aislante.
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TO-220: Este encapsulado se utiliza en aplicaciones en que se deba de
disipar potencia algo menor que con el encapsulado TO-3, y al igual que el
TO-126 debe utilizar una mica aislante si va a utilizar disipador, fijado por un
tornillo debidamente aislado.
El TO-3: Este encapsulado se utiliza en transistores de gran potencia. Como
se puede ver en el gráfico es de gran tamaño debido a que tiene que disipar
bastante calor. Está fabricado de metal y es muy normal ponerle un
"disipador" para liberar la energía que este genera en calor.
4.10. CÓDIGO EN EL ENCAPSULADO DE LOS COMPONENTES
SEMICONDUCTORES.
Son códigos normalizados de designación para componentes electrónicos
semiconductores. Los códigos normalizados de designación pretenden
identificar de una manera unificada, todos y cada uno de los componentes
usados en la electrónica que existen en el mercado.
Los códigos normalizados de designación pretenden identificar de una manera
unificada, todos y cada uno de los componentes usados en la electrónica que
existen en el mercado. Los principales códigos normalizados son:
PROELECTRON
JEDEC
JIS
El sistema Proelectrón se utiliza principalmente en Europa, mientras que el
JEDEC es usado por los fabricantes norteamericanos y el JIS por los
japoneses.
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PROELECTRÓN: Este sistema se utiliza principalmente en Europa. El
componente se designa de dos formas, según el tipo de aplicación al que
esté destinado (comercial o profesional):
3letras, Numero de serie, Sufijo (Opcional)
La primera letra indica el tipo de material semiconductor utilizado para la
fabricación del componente, para lo cual utilizaremos la siguiente tabla:
Letra Material semiconductor al que representa
A Material con anchura de banda prohibida de 0.6 a 1.0 eV, como el Ge
B Material con anchura de banda prohibida de 1.0 a 1.3 eV, como el Si.
C Material con anchura de banda prohibida mayor que 1.3 eV, como el NaAs
D Material con anchura de banda prohibida menor que 0.6 eV, como el InSb
E Material compuesto como el empleado en generadores Hall y fotoconductores
La segunda letra indica la aplicación principal y construcción si se hace
necesaria una diferenciación mayor, para lo cual usaremos la siguiente tabla:
Letra Material semiconductor al que representa
A Diodo de detección, de conmutación, mezclador
B Diodo de sintonía (capacidad variable).
C Transistor para aplicaciones de audio (Rthj-a > 15 K/W).
D Transistor de potencia para aplicaciones de audio (Rthj-a≤ 15 K/W)
E Diodo Túnel
F Transistor para aplicaciones de alta frecuencia (Rthj-a > 15 K/W)
G Multichips, etc
H Sonda campo de efecto Hall
K Generador Hall en circuito magnético abierto
L Transistor de potencia para aplicaciones de alta frecuencia (Rthj-a≤ 15 K/W).
M Modulador o multiplicador Hall
N Optoacoplador.
P Componente sensible a la radiación (p. ej. fotodiodo).
Q Componente emisor de radiación
R Componente de control o de conmutación con disparo eléctrico poseyendo una característica de ruptura (Rthj-a > 15 K/W),
S Transistor para aplicaciones de conmutación (Rthj-a > 15 K/W).
T Componente de control o de conmutación con disparo eléctrico o por incidencia de la luz poseyendo una característica de ruptura (Rthj-a≤ 15 K/W)
U Transistor de potencia para aplicaciones de conmutación (Rthj-a≤ 15 K/W).
X Diodos múltiples: varactor, diodo "steprecovery".
Y Diodo rectificador, diodo de potencia, diodo "booster".
Z Diodo estabilizador de tensión
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La tercera letra indica en qué tipo aplicación en que se está utilizando en el
componente electrónico. Estas aplicaciones pueden ser industriales o
profesionales o comerciales.
Letra Tipo de aplicación
W Utilizado en aplicaciones industriales
X Utilizado en aplicaciones profesional
Y o Z Utilizado en aplicaciones comercial
Luego sigue la serie del componente, el cual puede tomar valor numérico tomado desde 100 a 9999.
Finalmente se añade el sufijo el cual indica con una letra el nivel de potencia
del componente.
JIS: (Japanese Industrial Standard committee): Es un comité encargado
de realizar estándares para la industria japonesa.
digito, dos letras, número de serie, sufijo (opcional)
La cifra indica el número de uniones del componente, la cual varía según el tipo de componente electrónico utilizado, los valores más utilizados son:
Letra Tipo de componente
1 Diodo
3 Transistor BJT
3 Transistor FET
4 Optoacoplador
La segunda letra indica la aplicación principal y construcción si se hace
necesaria una diferenciación mayor, para lo cual usaremos la siguiente tabla:
Letra Material semiconductor al que representa
SA PNP HF transistor
SB Diodo de sintonía (capacidad variable).
SC PNP AF transistor
SD Transistor NPN AF
SE Diodos
SF Tiristores
SG Dispositivos de disparo
SH UJT
SJ FET/MOSFET canal P
SK FET/MOSFET canal N
Letra Nivel de Potencia del componente
A Ganancia Baja
B Ganancia media
C Ganancia alta
No está definida
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 274
SM Triac
SQ LED
SR Rectificador
SS Diodo de señal
ST Diodo de avalancha
SZ Diodo zener
Luego sigue la serie del componente, el cual puede tomar valor numérico tomado desde 100 a 9999.
Finalmente se añade el sufijo el cual indica con una letra el nivel de potencia
del componente
Letra Nivel de Potencia del componente
A Ganancia Baja
B Ganancia media
C Ganancia alta
No está definida
JEDEC: Este sistema es usado principalmente por los fabricantes
americanos. Está definido por el estándar EIA RS-236-B, Junio de 1963. El
código de designación se presenta básicamente como:
digito, dos letras, número de serie, sufijo (opcional)
La cifra indica el número de uniones del componente, la cual varía según el
tipo de componente electrónico utilizado, los valores más utilizados son:
Letra Tipo de componente
1 Diodo
3 Transistor BJT
3 Transistor FET
4 Optoacoplador
A la secuencia alfanumérica le sigue la letra N. Luego sigue la serie del componente, el cual puede tomar valor numérico tomado desde 100 a 9999. Finalmente se añade el sufijo el cual indica con una letra el nivel de potencia del componente
Letra Nivel de Potencia del componente
A Ganancia Baja
B Ganancia media
C Ganancia alta
No está definida
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 275
4.11. ENCAPSULADOS PARA CIRCUITOS INTEGRADOS.
Es una pastilla (o "chip") muy delgada en la que se encuentran miles o millones
de dispositivos electrónicos interconectados, principalmente transistores,
aunque también componentes pasivos como resistencias o capacitores. Su
área puede ser de 1cm2 o incluso más pequeños. La función que cumplen
estos componentes es muy variada.
DIP (Dual In-Line Package): Los pines se extienden a lo largo del
encapsulado (en ambos lados) y tiene como todos los demás una muesca
que indica el pin número 1. Este encapsulado básico fue el más utilizado
hace unos años y sigue siendo el preferido a la hora de armar plaquetas por
partes de los amantes de la electrónica casera debido a su tamaño lo que
facilita la soldadura. Hoy en día, el uso de este encapsulado
(industrialmente) se limita a UVEPROM y sensores.
SOP (Small Out-Line Package): Los pines se disponen en los 2 tramos
más largos y se extienden en una forma denominada “gullwing formation”,
este es el principal tipo de montaje superficial y es ampliamente utilizado
especialmente en los ámbitos de la microinformática, memorias y IC
analógicos que utilizan un número relativamente pequeño de pines.
SOP (Think Small Out-Line Package): Simplemente una versión más
delgada del encapsulado SOP.
QFP (Quad Flatpack Package): Es la versión mejorada del encapsulado
SOP, donde los pines de conexión se extienden a lo largo de los cuatro
bordes. Este es en la actualidad el encapsulado de montaje superficial más
popular, debido que permite un mayor número de pines.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 276
SOJ (Small Outline J-Lead): Las puntas de los pines se extienden desde
los dos bordes más largos dejando en la mitad una separación como si se
tratase de 2 encapsulados en uno. Recibe éste nombre porque los pines se
parecen a la letra “J” cuando se lo mira desde el costado. Fueron utilizados
en los módulos de memoria SIMM.
QFJ: Al igual que el encapsulado QFP, los pines se extienden desde los 4
bordes.
QFN: Es similar al QFP, pero con los pines situados en los cuatro bordes de
la parte inferior del encapsulado. Este encapsulado puede hacerse en
modelos de poca o alta densidad.
BGA (BallGridArray): Los terminales externos, en realidad esferas de
soldadura, se sitúan en formato de tabla en la parte inferior del encapsulado.
Este encapsulado puede obtener una alta densidad de pines, comparado
con otros encapsulados como el QFP, el BGA presenta la menor
probabilidad de montaje defectuoso en las plaquetas. Método casero para
desoldar un encapsulado BGA.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 277
4.12. REGULADORES DE VOLTAJE.
Los circuitos electrónicos para su funcionamiento necesitan de una fuente de
energía, podemos decir que la fuente de alimentación será la encargada de
suministrar la energía eléctrica, en la cantidad y calidad que necesitan los
circuitos, equipos o sistemas electrónicos conectados a ella.
REGULADOR DE VOLTAJE INTEGRADO 78XX: Una serie de reguladores
monolíticos muy utilizados es la familia 78XX, esta serie comprende
reguladores de 5, 6, 8, 12, 15 y 24V, con corriente de salida máxima de 1A.
Los dos últimos dígitos de este código corresponden al valor del voltaje de
salida que mantendrá estabilizado el regulador, por ejemplo el 7805 es de 5V
de salida.
La conexión típica de este tipo de circuitos integrados está formado por: el
capacitor conectado en la entrada (C1) que generalmente es de 0,33mF
suprime los efectos inductivos que pudieran aparecer en estos terminales
debido a la relativa lejanía del estabilizador respecto a la sección de
rectificación y filtraje, mientras que el capacitor en la salida (C2) de 1mF
garantiza la estabilidad del circuito en estado transitorio. Para su correcto
funcionamiento requiere una corriente máxima (IQ máx) de 8mA saliendo en el
terminal de polarización y un voltaje VNR al menos 3V mayor que el voltaje de
salida.
REGULADOR DE VOLTAJE INTEGRADO 79XX: Una serie de reguladores
monolíticos muy utilizados es la familia 79XX, esta serie comprende
reguladores de -5, -6, -8, -12, -15 y -24V, con corriente de salida máxima de
1A.
Los dos últimos dígitos de este código corresponden al valor del voltaje
negativo en la salida que mantendrá estabilizado el regulador, por ejemplo el
7905 es de -5V de salida.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 278
La conexión típica de este tipo de circuitos integrados está formado por: el
capacitor conectado en la entrada (C1) que generalmente es de 0,33mF
suprime los efectos inductivos que pudieran aparecer en estos terminales
debido a la relativa lejanía del estabilizador respecto a la sección de
rectificación y filtraje, mientras que el capacitor en la salida (C2) de 1mF
garantiza la estabilidad del circuito en estado transitorio. Para su correcto
funcionamiento requiere una corriente máxima (IQ máx) de 8mA saliendo en el
terminal de polarización y un voltaje VNR al menos 3V mayor que el voltaje de
salida.
4.13. AMPLIFICADOR OPERACIONAL.
El término amplificador operacional fue introducido en 1947 por John Ragazzini
y sus colegas en su trabajo sobre computadoras analógicas, realizado para el
Consejo de Investigación de la Defensa Nacional de los Estados Unidos
durante la Segunda Guerra Mundial. Los primeros amplificadores
operacionales utilizaron tubos de vacío (“válvulas”), en vez de transistores.
Un amplificador operacional como lo conocemos hoy en día es un circuito
electrónico que tiene dos entradas y una salida, la salida es la diferencia de las
dos entradas multiplicada por un factor de ganancia.
Básicamente el Amplificador operacional es un dispositivo amplificador de la
diferencia de sus dos entradas, con alta ganancia, una impedancia de entrada
muy alta y una baja impedancia de salida, con estas características se deduce
que las corrientes de entrada son prácticamente nulas.
Los amplificadores operacionales se pueden conectar según dos circuitos
amplificadores básicos: las configuraciones inversora y no inversora. Casi
todos los demás circuitos con amplificadores operacionales están basados, de
alguna forma, en estas dos configuraciones básicas.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 279
Las características funcionales que describen su comportamiento son:
Dispositivo analógico lineal.
Ganancia (de tensión) prácticamente infinita.
Una entrada inversora, produce en el terminal de salida una señal en
contratase (180º) respecto de la señal aplicada a la entrada.
Una entrada no-inversora, produce en la salida una señal en fase con
aquella aplicada en la entrada.
Impedancia de salida casi nula (cero).
Impedancias de entrada infinitas.
Los amplificadores operacionales se consiguen comercialmente en paquetes
de circuitos integrados en varias formas. El encapsulado mas básico de un
Amplificador Operacional es un encapsulado DIP de 8 terminales, el más
básico y popular de los amplificadores operacionales es el de código es 741
Amplificador inversor: El circuito amplificador con ganancia constante que se
utiliza comúnmente es el amplificador inversor, que se muestra en la figura.
Toda la tensión de entrada V1, deberá aparecer en R1, obteniendo una
corriente en Rf igual a:
Como las corrientes son iguales entonces:
Entonces la ganancia será:
PIN2: Entrada Inversora (-) PIN3: Entrada no inversora (+). PIN4: Tierra (GND) PIN7: Alimentación (VCC) PIN6: Salida (Vo)
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 280
Amplificador no-inversor: El circuito amplificador con ganancia constante que
se utiliza comúnmente es el amplificador no inversor, que se muestra en la
figura. Toda la tensión de entrada Vi, deberá aparecer en Ri obteniendo una
corriente en Rf igual a:
Amplificador sumador (e inversor): El circuito amplificador con ganancia
constante que se utiliza comúnmente es el amplificador sumador inversor, que
se muestra en la figura. Toda las tensiones o voltajes de entrada V1,V2,V3,
deberá aparecer en R1,R2,R3, obteniendo una corriente en Rf igual a:
Conocemos los valores de V1,V2,V3, además conocemos los valores de
R1,R2,R3, aplicando la ley de Ohm en cada una de las entradas, obtenemos la
corriente I1, I2, I3.
Como las líneas de entrada está en la entrada inversora del amplificador
operacional se cumple:
También se cumple que
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 281
Reemplazando las ecuaciones 1, 2 y 3 en 4 obtenemos
(
)
Filtro pasa baja de primer orden: La colocación de un resistor en paralelo con
el capacitor de retroalimentación, como en la figura, convierte al integrador en
un filtro pasa bajas con ganancia.
Obtenemos la ganancia con la ecuación:
Obtenemos el valor de la frecuencia de corte:
Filtro pasa alta de primer orden: Si al circuito inversor se coloca un capacitor
en serie con el resistor de entrada, se convierten un filtro pasa altas con
ganancia.
Obtenemos la ganancia con la ecuación:
Obtenemos el valor de la frecuencia de corte:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 282
Filtro pasa banda de segundo orden: Los últimos dos circuitos pueden unirse
como en la figura para obtener una respuesta pasa banda.
Obtenemos la ganancia con la ecuación:
Obtenemos el valor de la frecuencia de corte,
para este tipo de filtro se cuenta con dos
frecuencias de corte:
Calculando la frecuencia de corte inferior:
Calculando la frecuencia de corte superior del filtro:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 283
TAREA 4: UTILIZA SOFTWARE DE ELECTRÓNICA.
El aprendiz de Redes y Comunicación de datos, al término de esta tarea,
podrá utilizar programas de simulación electrónica para implementar circuitos
electrónicos antes de implementarlos.
Identifica los diodos según el material utilizado en su fabricación.
Identifica las principales características de un diodo por el código de marca.
Implementa circuitos para comprobar la respuesta de un diodo en señal
continua y alterna.
1. EQUIPOS Y MATERIALES.
Computadora Core 2 Duo, RAM de 2GB, Disco Duro 250GB o superior.
Computadoras con sistema operativo Windows XP o superior.
Programa de simulación electrónica.
2. ORDEN DE EJECUCIÓN.
Utiliza programas se simulación electrónica.
Utiliza programas para creación de circuitos impresos.
Elabora simulación de circuitos electrónicos básicos.
Elabora los circuitos impresos de circuitos electrónicos básicos.
Estar preparado es importante, saber esperar lo
es aún más, pero aprovechar el momento
adecuado es la clave de la vida.
Arthur Schnitzler
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 284
3. OPERACIÓN.
3.2. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL.
Normas de seguridad:
Informa al instructor del material roto o averiado.
No fumar, comer o beber en el taller.
Procura no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras
dentro del laboratorio.
En caso de producirse un accidente comunícalo inmediatamente al
instructor.
Recuerda dónde está situado el botiquín.
Mantenga su puesto de trabajo limpio y ordenado, para evitar accidente.
.
Normas de protección ambiental:
Al acabar la práctica, limpia y ordena el material utilizado.
Los desechos tóxicos, generados en la tarea deben recolectados y
entregados al instructor para ser depositados en tacho de elementos tóxicos.
3.3. UTILIZA PROGRAMAS SE SIMULACIÓN ELECTRÓNICA.
El programa de simulación eléctrica y electrónica Multisim se puede utilizar
para simulación de circuitos electrónicos de electrónica analógica y digital.
El Multisim, es un programa que simula todos los componentes e instrumentos
necesarios para analizar, diseñar y verificar circuitos en remplazo de los
componentes e instrumentos reales.
El circuito ensamblado y verificado con el Multisim, se puede enviar a un
programa llamado Ultiboard, también de la empresa Electronics Workbench,
que se encarga de desarrollar el dibujo para el circuito impreso con lo que el
proyecto quedaría completo.
1. Para abrir el programa buscamos Multisim. Al cargar el programa
tendremos acceso a las principales barras de trabajo, que a continuación
mencionamos:
1. Menu bar = Barra de Menú.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 285
2. Design tool bar= Barra de diseño.
3. Componente tool bar = Barra de componentes.
4. Standard toolbar = Barra Estandar.
5. View tool bar= Barra de visualizacion.
6. Simulation toolbar = Barra de simulación.
7. Main toolbar = Barra Principal
8. In use list = Lista en uso
9. Active bar = Esquema activo
10. Circuit window = Ventana del esquema del circuito
11. Spread sheet view= Vista de hoja de calculo
12. Scrollleft/right = Barra de desplazamiento de izquierda a derecha.
13. Instruments toolbar = Barra de Instrumentos
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 286
2. Los componentes electrónicos a utilizar se encontrarán en la barra de
componentes.
3. Selecciones el símbolo “Place Basic” tal como se muestra, se desplegará
una segunda ventana con el detalle de cada elemento, en este caso
seleccionaremos una resistencia de 1KOhm. Para aceptar presionamos OK.
4. Para posicionar el componente lo llevamos con el mouse y luego para soltar
hacemos un clic con el botón izquierdo.
5. Si queremos cambiar sus propiedades, como por ejemplo: orientación,
copiarlo, eliminarlo, etc., hacemos un clic con el botón derecho del mouse y
se desplegará el siguiente menú:
Los más utilizados son:
a. Cut: Quitar el elemento.
b. Copy: Copiar el elemento.
c. Delete: Borrar el elemento.
d. Flip Horizontal: Girar
Horizontalmente el elemnto.
e. FlipVerticar: Girar verticalmente
el elemento.
f. 90 Clockwise: Gira 90º el
elemento en sentido horario.
g. 90 CounterCW: Gira el
elemento en sentido antihorario
6. Siguiendo el mismo procedimiento podemos ir insertando los componentes
necesarios para simular un circuito. Hasta obtener el circuito deseado.
7. Para comprobar el funcionamiento del circuito implementado, en la barra de
herramientas encontrará un botón verde “RUN” que le permitirá iniciar la
simulación. Compruebe presionando la tecla indicada en el interruptor el
comportamiento del circuito
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 287
8. Si deseamos realizar alguna medida o utilizar algún instrumento de
laboratorio, hacemos uso de la barra de instrumentos donde podemos
encontrar: Voltímetro, Amperímetro, Ohmímetro, Osciloscopios, Generador
de Señales, etc.
9.
3.4. UTILIZA PROGRAMAS PARA CREACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS.
El programa de creación de circuitos impresos que puede utilizar el programa
ORCAD, que nos permite crear circuitos impresos de circuitos electrónicos
analógicos y digitales.
3.4.1. OSCILADOR COLPITTS.
El objetivo de este trabajo es relacionarse más con el uso de orcad capture y
orcad layout, utilizando sus librerías propias.
ESQUEMATICO:
1) Abrir el Orcad: inicio-programas-Orcad -Capture CIS-enter.
2) Crear un esquemático:
a) Ir a File en la barra de menús.
b) Seleccionarla opción new, luego de las opciones que se muestran
escoger proyect.
Aparecerá una pantalla, de las cuatro opciones que se muestran
seleccionar Schematic, luego seleccione la carpeta donde guardará todo
el proyecto y dale un nombre al proyecto, finalmente clic en OK
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 288
3) Deberás dibujar un circuito similar a este:
Sobre las librerías: para que se haga más fácil la búsqueda se puede agregar
las librería ingresando en place part y luego en add library empezaremos a
abrir todas las carpetas y solo se van agregando así cuando hagas otro
proyecto ya estará listo.
4) Para Este circuito usaremos dos librerías.
a) Clic en Place Part en la barra de herramientas, se abrirá el
siguiente cuadro:
b) Aquí se muestran todas las librerías que están en uso así
como los componentes de cada librería.
c) Seleccionar Add library, que mostrará todas las librerías del
Orcad Capture, se deberá escoger las librerías Pspice-
ANALOG; TRANSISTOR; IEC-DEVICE
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 289
5) Componentes que pegaremos en nuestro esquemático son:
Nombre de los componente Librería Nombres
CONDENSDOR PSPICE ANALOG C_ELEC
INDUCTOR IRON IEC DEVICE
RESISTENCIA PSPICE ANALOG R
TRANSISTOR TRANSISTOR TRANSISTOR
6) Asegurarse de que ningún componente tenga la mismo identificación, por
ejemplo no puede haber dos resistencias con la identificación R1.
7) Acomodar los componentes y unirlos con Place Wire que está en la barra de
herramientas.
8) Para la tierra escoger Place Ground en la barra de herramientas,
seleccionar CAPSYM, luego GND, y clic en OK.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 290
9) Deberás tener cuidado en la numeración de los terminales pondremos como
ejemplo al condensador:
a) Haga click derecho sobre el condensador, luego clic en Editpart.
Aparece la pantalla del editor del componente.
b) Haga doble clic en una terminal o patita, en el cuadro que aparece la
opción number es lo importante, tal vez diga 1 o 2 si escogió el otro
terminal; o tal vez P o N. Si fuera un transistor puede ser 1,2 o 3 o E,B, C.
Esto es muy importante porque los Footprints de layout deben tener el
mismo número o letra y en el mismo orden en sus terminales, con los
componentes del esquemático.
c) Como en este ejemplo utilizaremos librerías propias del Layout, entonces
escogeremos las nominaciones P y N para el condensador, donde P es la
entrada positiva.
d) Para salir del Edit Part, hacer un clic en la (x) de cerrar, que está a la
altura de la barra de menús. En el cuadro que aparece guardar los
cambios seleccionando Update Current.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 291
DANDO FOOTPRINTS A LOS COMPONENTES.
1) PRECIONE CLICK SOBRE CADA COMPONENTE. SALDRA EL
SIGUIENTE CUADRO: Poner nombre donde dice PCB FOOTPRINT y si
son varios componentes iguales como en este trabajo el condensador se
poner un solo nombre a todos como por ejemplo C1 SIEMPRE TRATANDO
DE QUE EL NOMBRE SE PEQUEÑO y así sucesivamente a todos los
componentes menos a tierra ni Vcc.
2) A cada componente en el esquemático le corresponde un footprint, si uno de
ellos no lo tuviera entonces no se podrá entrar al Layout. Escoja los
siguientes Footprints.
Componente Footprint
CONDENSADOR C1
RESISTENCIA R1
INDUCTOR L1
Crear la corrección DRC.
1. Para hacer la corrección o saber si está bien se debe minimizar el trabajo y
poner en schematic y luego hacer clic en DRC como se ve en la imagen y
te saldrá el siguiente cuadro. hacer lo que está en el cuadro, buscando el
lugar donde guardo el proyecto.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 292
2. Y deberá salirte este cuadro que significa que está bien, pues si es que hay
algún error abre el proyecto donde te saldrán las fallas y empieza a
corregirlas.
CREANDO EL ARCHIVO MNL.
Para Crear el archive MNL debemos hacer click como se muestra en la
imagen
En la siguiente ventana
aparecerá el siguiente cuadro:
Se debe poner other y
Luego
PCBII. DLL .como se muestra en
la imagen
Luego deberá salir el siguiente cuadro que nos permitirá seguir a layout plus.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 293
TRABAJANDO CON EL LAYOUT PLUS.
1) Abrir el LAYOUT PLUS.
Botón de Inicio / Programas-ORCAD-LAYOUT PLUS
a) FILE-IMPORT-PCB II NETLIST
Guardar el trabajo en una carpeta, que debes crear.
2) PONER: nuevo y te saldrá un cuadro darle abrir y luego guardar. Luego
se abrirá automáticamente el siguiente cuadro donde debes de escoger
todos los componentes de capture cis con sus respectivo footprint que nos
ayudara a identificarlos.
3) Elegimos un FOOTPRINT para cada uno de los componentes del circuito,
para nuestro ejemplo utilizaremos:
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 294
Componente Denominación librería FOOTPRINT
Condensador C1 TM_CYLIN CYL/D.225/LS 125. 031
Resistencia R1 JUMPER JUMPER 200
INDUCTOR L1 JUMPER JUMPER 300 TRANSISTOR TR VRES VRES 24
Por ejemplo L1 COMO YA SABEMOS ES EL INDUCTOR. Y así para todos los
componentes y darle OK.
4) ORDENANDO DE COMPONENTES.
a) Seleccione Component en la barra de herramientas o anda a Tool en la
barra de menús y selecciona Component, luego escoja la opción Select
tool.
b) Seleccione un componente y arrástralo presionando siempre el
mouse, una vez ubicado presione Esc.
Acomoda los demás componentes como mejor le parezca, por ejemplo
se muestra en la figura
5) PARA EMPEZAR A HACER LAS
PISTAS se coloca en la barra de
menú como se ve en la figura y
luego se hace clic en cada punto y
se va arrastrando hasta llegar al otro
punto.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 295
También se puede hacer automáticamente en AUTORUTE-BOARD pero se
debe de prefijar los colores antes de autorutear en padstack como muestra la
figura y de una cara en TOP-ROUND.
En undefined. Y autorutear.
6) LÍMITES DE LA PLACA.
a) Ahora procederemos a dibujar el límite de la placa. Seleccionar Obstacle
en la barra de herramientas o en la barra de menús seleccionar Tool, ir a
Obstacley seleccionar la opción SelectTool.
b) Haz clic derecho y en las opciones escoge new, luego volver a hacer
clic derecho y escoger properties, aparecerá un cuadro, selecione Board
Outline como tipo de obstáculo, Global layer como capa y un ancho de
20 milésimas de pulgada, clic en OK.
c) Dibuje un cuadro como en la figura.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 296
Este obstáculo delimita la placa, ningún componente podrá situarse fuera de él,
ni ninguna pista.
7) NODOS DE FIJACION o HUEQUITOS PARA LOS TORNILLOS.
a) Seleccionar Component en la barra de herramientas, luego has un clic
derecho en una parte vacía del área de trabajo, escoger la opción New,
aparecerá el cuadro Add Component.
b) Hacer clic en la pestaña Footprint, se abre la ventana Select Footprint,
escoger la librería Layout y seleccionar el footprint MTHOLE1,
también puede ser MTHOLE 2 o MTHOLE3, clic en Ok, se vuelve al
cuadro anterior otra vez, escoger aquí No electrical, esto lo aísla de
todos los componentes de la tarjeta, clic en OK.
c) Por lo general los huequitos para los tornillos se ponen en las esquinas,
aunque en algunas tarjetas por falta de espacio se colocan en la parte
superior e inferior central. Para este ejemplo colocar 4 MTHOLE1 en las
esquinas, como se muestra en la figura.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 297
8) COLOCANDO Y BORRANDO TEXTOS.
a) Como se puede ver hay muchos textos inútiles que no nos servirán salvo
las designaciones de resistencias, condensadores, resistencias, etc.
b) Seleccionar Text Tool en la barra de herramientas, selecciona los textos
que se desee borrar y presiona Suprimir, no borrar los números de los
componentes como R1, R2 o C1.
c) Añada textos adicionales como su nombre, nombre del proyecto, de la
universidad o de la empresa, fecha, etc.
d) Para crear textos haga Clic en New, en Text String escribir el texto,
Póngale el alto y ancho en Width (ancho) y Height (alto), seleccionar la
capa SST y clic en OK.
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 298
3.5. ELABORA SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS BÁSICOS.
Utilizando el programa Multisim elabora los siguientes circuitos:
1. Fuente de alimentación variable que entrega voltajes que varían entre +1.5V
y +25V.
Lista de componentes:
6 Diodos 1N4004 2 Fusibles
1 Diodo Led Rojo 1 SWITCH
1 Transformador de 220V a 24 /1A 1 Resistencia 1.5KΩ
1 Resistencia de 240Ω 1 Potenciómetro de 5KΩ
1 LM317T 1 Condensador 1µF/25V
2. Probador audible de continuidad.
Lista de componentes:
3 Resistencias de 22K (R13, R17, R19) 2 Resistencias de 1K (R14, R16)
1 Resistencia de 10 (R15) 1 Resistencia de 680K (R18)
1 Resistencia de 56K (R20) 1 Resistencia de 8.2K (R21)
1 Resistencia de 1.5K (R22) 1 Trimmer de 5KΩ (P2)
1 LM358 1 Diodo 1N4148 (D2)
ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN
ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 299
3. Órgano Electrónico: Este circuito genera tonos similares a los que se obtiene
en una octava de un piano, está basado íntegramente en un timer 555, que
configurado a distintas frecuencias genera las notas musicales, estas notas
o frecuencias lo generan con pulsadores y un juego de resistencias.
3.6. ELABORA SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS BÁSICOS.
Utilizando el programa Orcad elabora los circuitos impresos de los circuitos
dela operación anterior:
1. Fuente de alimentación variable que entrega voltajes que varían entre +1.5V
y +25V.
2. Probador audible de continuidad.
3. Órgano Electrónico: Este circuito genera tonos similares a los que se obtiene
en una octava de un piano, está basado íntegramente en un timer 555, que
configurado a distintas frecuencias genera las notas musicales, estas notas
o frecuencias lo generan con pulsadores y un juego de resistencias.
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