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I.E.S. LÉON FELIPE
DPTO. TECNOLOGÍA
TEMA: CONTROL DE CIRCUITOS Y ELECTRÓNICA
ÍNDICE
1.
INTRODUCCIÓN _________________________________________________ 2
2.
INTERRUPTORES ________________________________________________ 2
a)
Interruptor UPUD_____________________________________________________ 2
b)
Interruptor UPDD_____________________________________________________ 2
c)
Interruptor Final de carrera (FC) ________________________________________ 3
3.
EL RELÉ ________________________________________________________ 4
4.
INVERSOR DEL SENTIDO DE GIRO________________________________ 5
5.
RESISTENCIAS __________________________________________________ 7
a)
El potenciómetro. _____________________________________________________ 7
b)
La resistencia variable con la luz (LDR)___________________________________ 8
c)
La resistencia variable con la temperatura_________________________________ 8
6.
LA ELECTRÓNICA _______________________________________________ 8
a)
El diodo _____________________________________________________________ 9
b)
El transistor _________________________________________________________ 10
Profesora: Rosa Garcelán
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TEMA: CONTROL DE CIRCUITOS Y ELECTRÓNICA
1.
INTRODUCCIÓN
En los circuitos eléctricos se incorporan distintos elementos que
permiten aumentar las posibilidades de circuitos sencillos. Pensemos en un
ascensor. Podemos imaginar fácilmente el circuito. Cuando alguien pulsa el
interruptor del séptimo piso, un motor se acciona. Este motor hace girar a una
polea que recoge la cadena que permite que ascienda la cabina desde el bajo
hasta el séptimo piso. Sin embargo, cómo podemos hacer que la cabina vuelva
a bajar al piso más bajo. Muy fácil, sólo tenemos que conseguir invertir el
sentido de giro del motor, para que en vez de recoger la cadena la suelte.
Con lo que sabemos podríamos conseguir que el alumbrado público de
una calle se encienda tras apretar el interruptor. En este tema veremos cómo
conseguir que lo haga de forma automática cuando la luz del día empiece a
escasear. Esto lo conseguiremos incorporando un elemento electrónico que
modifica su conducta en función de la luz que le llega.
2.
INTERRUPTORES
Los interruptores son los elementos encargados de regular el flujo de
corriente eléctrica de tal forma que funcionen aquellos elementos que
queremos que actúen en cada caso.
a)
Interruptor UPUD
Es el interruptor que hemos estado utilizando hasta ahora en el Taller.
Es el más utilizado en la mayoría de los aparatos eléctricos de casa para el
encendido y apagado de los mismos.
Podemos utilizar interruptores normalmente abiertos o interruptores
normalmente cerrados, según la utilidad que queramos dar al interruptor. Un
ejemplo de un interruptor normalmente cerrado es el que se utiliza para parar
una máquina como sistema de seguridad.
Por ejemplo una caladora tiene dos interruptores; uno el normal de
apagado y encendido y otro, que sólo presionas si quieres que la máquina se
apague por una emergencia.
b)
Interruptor UPDD
Con este interruptor podemos conseguir que funcionen dos elementos
con un mismo generador de forma alterna; o funciona uno o funciona el otro.
Podemos tener el siguiente circuito. El interruptor tiene dos posiciones A y B,
en la A funcionará la bombilla y en la B funcionará el motor.
A
B
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M
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EJERCICIO 1: Utiliza el interruptor UPDD para conseguir que un circuito
encienda y apague un zumbador.
EJERCICIO 2: En tu dormitorio tienes una lámpara en el techo, con una
bombilla. Para controlar el funcionamiento de la bombilla tienes dos
interruptores UPDD; uno al lado de la puerta y otro en la cabecera de la
cama. Dibuja el esquema eléctrico del circuito de tal forma que permita que
la lámpara se encienda o apague desde cualquiera de los dos puntos.
Cuando utilizamos los interruptores de UPDD para encender un mismo
dispositivo desde dos puntos diferentes decimos que actúa como conmutador.
c)
Interruptor Final de carrera (FC)
Estos interruptores son frecuentes en la mayor parte de los circuitos utilizados
para abrir una puerta, elevar una carga hasta un punto concreto,etc. Consiste
en un interruptor de UPUD pero que se encuentra normalmente cerrado.
Cuando la puerta llega al final del recorrido presiona al interruptor abriéndolo y
abriendo al tiempo del circuito. El esquema más sencillo sería el siguiente
aunque en este mismo tema veremos un circuito con finales de carrera más
cercano a los que se utilizan en la realidad.
M
FCC
FCC = Final de carrera cerrado
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M
FCA
FCA = Final de carrera abierto
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3.
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EL RELÉ
El relé es un elemento electromagnético que se utiliza en muchas
ocasiones como interruptor. Tiene dos partes bien diferenciadas: la bobina y los
contactos unidos por medio de una pequeña palanca de metal.
La bobina: esta parte del relé es un electroimán. Un electroimán
consiste en un hilo de cobre enrollado alrededor de un núcleo de hierro.
Cuando por el cobre pasa electricidad el núcleo de hierro se convierte en un
imán capaz de atraer los objetos metálicos de alrededor.
La palanca: cuando el núcleo de hierro de la bobina se convierte en u
imán atrae a esta palanca. Al moverse la palanca cambia los contactos.
Contactos: son finas láminas metálicas. En un comienzo se encuentran
unidas las placas 2-3 y cuando la bobina está imantada se unen las placas 1-2.
Circuito de
control
Circuito de
control
Circuito
actuador
M
1
Figura A
Circuito
actuador
M
1 2
3
2 3
Figura B
En la Figura A el circuito del electroimán está abierto. Esto quiere decir
que por la bobina no pasan electrones y, por tanto, el núcleo de hierro no es
aún un imán. La palanca metálica está en una posición tal que las placas que
están en contacto son la 2 y la 3.
En la figura B, se ha cerrado el interruptor de la bobina. Esto hace que
empiecen a recorrer los electrones la bobina y por tanto que se produzcan una
imantación del núcleo convirtiéndolo en un imán. La palanca metálica entonces
se siente atraída por el imán y en su moviendo empuja a la placa 2 haciéndola
tocar con la placa 1.
La placa 2 es el polo del circuito de actuador. Por ello, siempre
tendremos que conectarlo a un polo de la pila. El resto de las uniones las
haremos según la función que queramos que tenga el circuito.
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EJERCICIO 3: Copia en tu cuaderno el circuito eléctrico de un relé.
EJERCICIO 4: Explica en qué consiste el circuito de control y el circuito
actuador. ¿Cuál crees que es la ventaja de tener dos circuitos distintos en
el relé?.
EJERCICIO 5: ¿Qué es un electroimán?. ¿Qué función tiene el electroimán
en un relé?.
EJERCICIO 6: En el esquema de explicación del relé, ¿qué funcionaría en la
Figura A y qué en la Figura B?.
4.
INVERSOR DEL SENTIDO DE GIRO
Es muy frecuente utilizar el relé para conseguir invertir el sentido de giro
de un motor. En el apartado anterior únicamente vimos relés con un circuito
actuador. Sin embargo, los relés que con más frecuencia se utilizan están
constituidos por dos o tres circuitos. El funcionamiento es exactamente el
mismo que el que ya hemos visto sólo que, en lugar de tener únicamente tres
placas metálicas, tienen seis (dos circuitos actuadores) o nueve (tres circuitos
actuadores).
Vamos a ver a continuación cuáles son las conexiones a realizar en el
caso de querer invertir el sentido de giro de un motor. Necesitamos un relé de
dos circuitos (6 placas metálicas). Este circuito se utilizará en el Taller para el
control del movimiento de un ascensor.
-
CIRCUITO DE CONTROL
FCS
a
M
2
FCI
+
3
1
b
IPB
LEYENDA
IPB = interruptor planta baja
IPP = Interruptor planta primera
FCS = Final de carrera superior (1ª planta)
FCI = Final de carrera inferior (planta baja)
4
6
RELÉ
5
IPP
b
a
4 5 6
1 2 3
CIRCUITO ACTUADOR
Figura C
En la Figura C el circuito de control, es decir, el que regula si el relé está
o no activado, está abierto. Por ello, el relé no está activado y las conexiones
se encuentran tal y como se muestran en el esquema eléctrico. El motor estará
conectado con el polo positivo de la pila por su conexión inferior, a través del
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contacto 2-3, y con el polo negativo de la pila por su parte superior, a través del
contacto 5-6.
Imaginemos el siguiente convenio de signos:
M
+
+
M
El motor gira de
tal forma que el
ascensor baja
-
El motor gira de tal
forma que el ascensor
sube
En la Figura C el ascensor se encontraría bajando hasta que se abra el
FCI. En este momento, el circuito del motor queda abierto y, por tanto, el motor
se detendrá.
Veamos qué ocurre cuando alguien cierra el circuito de control, es decir,
alguien presiona cualquiera de los dos interruptores. En este caso, el circuito
del relé se cerrará por lo que el relé será activado. La bobina del relé estará
imantada y los contactos del relé habrán modificado su posición.
M
b
a
4 5 6
1 2 3
Figura D
EJERCICIO 7: En la Figura D, escribe las siguientes anotaciones:
1. Posición de los contactos del relé.
2. Numeración de los contactos del relé.
3. Recuadra el Circuito de control, el circuito actuador y el relé.
4. Nombra el FCS y el FCI.
5. Polaridad del motor.
6. Según el convenio de signos que venimos utilizando, ¿qué hará el
ascensor subir o bajar?.
7. ¿Cuándo se parará el motor?.
8. Escribe la leyenda de todos los elementos nombrados con siglas.
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5.
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RESISTENCIAS
La resistencia eléctrica es la dificultad que ofrece un elemento al paso de
los electrones. Existen en el mercado una amplia gama de resistencias con
valores fijos que se utilizan para condicionar la intensidad de corriente que
recorre un determinado circuito o una determinada rama del mismo.
Además de estas resistencias que tienen un valor fijo existen otras cuya
oposición al paso de la corriente varía en función de varios aspectos que
vamos a ver a continuación.
a)
El potenciómetro
Es una resistencia cuya oposición al paso de los electrones se puede
variar manualmente.
Los potenciómetros tienen un rango de uso. Se pueden comprar
potenciómetros de 10 Ω, 100 Ω, 1k Ω, 10 Ω k, etc. Si compramos un
potenciómetro de 10 Ω podemos modificar la resistencia que ofrecerá al paso
de los electrones desde 0 Ω a 10 Ω y éste será su rango de uso.
Para modificar la resistencia basta con mover una hendidura situada en
la cara superior del potenciómetro tal y como se observa en la Figura E.
1
2
1
3
2
3
Figura E
El símbolo eléctrico del potenciómetro es:
El potenciómetro tiene tres conexiones. Aunque, como
se observa en el símbolo eléctrico, realmente sólo se
conecta a dos puntos. Hay que conectarlos al contacto 1 y
elegir entre el 2 y el 3.
El potenciómetro se utiliza en multitud de circuitos como por ejemplo, en
las lámparas en las se puede graduar la intensidad de la luz. Así, si queremos
poca intensidad de luz aumentaremos la resistencia del potenciómetro
disminuyendo la intensidad de corriente eléctrica.
EJERCICIO 8: Dibuja el esquema eléctrico del circuito de una lámpara en la
que se puede regular la intensidad de luz. La lámpara se alimenta con una
pila de 12 V.
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b)
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La resistencia variable con la luz (LDR)
Es una resistencia que permite que el circuito modifique su conducta en
función de la luz que le llega a esta resistencia. Cuanta mayor es la cantidad de
luz que le llega, menor es la resistencia que ofrece.
Es el elemento que se encarga de abrir las puertas del ascensor cuando
alguien está entrando, el utilizado en las puertas de apertura automática de los
centros comerciales, en muchas alarmas. Normalmente suelen ir asociadas a
un pequeño rayo de luz que incide directamente sobre la LDR. Cuando algo o
alguien se interpone entre el rayo y la LDR ésta captará menos luz y aumentará
su resistencia, modificando el funcionamiento del circuito asociado.
La LDR tiene el siguiente aspecto y símbolo eléctrico.
Aspecto real de una LDR
Símbolo eléctrico de la LDR
EJERCICIO 9: Dibuja el esquema eléctrico de un circuito que encienda una
bombilla de forma automática al llegar la noche. Puedes utilizar todos los
componentes vistos hasta ahora en el tema.
c)
La resistencia variable con la temperatura
Son resistencias que varían su valor en función de la temperatura
ambiente. Se utilizan mucho en alarmas contra incendios ya que al detectar
determinada temperatura modifican su resistencia modificando el
funcionamiento del circuito asociado.
Podemos hablar de dos tipos. Las resistencias NTC que disminuyen su
resistencia cuando aumenta la temperatura y las resistencias PTC que
aumentan su resistencia según aumenta la temperatura.
Sus símbolos eléctricos son:
NTC
6.
PTC
LA ELECTRÓNICA
Los elementos electrónicos están fabricados con materiales
semiconductores. Estos materiales fundamentalmente Silicio, Selenio y
Germanio, no siempre conducen la electricidad, sino que dependiendo de las
condiciones en las que llegue la electricidad se comportan como materiales
conductores o como aislantes.
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La electrónica ha supuesto toda una revolución permitiendo el diseño y
fabricación de multitud de dispositivos que nos hacen la vida más fácil y nos
abren un campo muy amplio de posibilidades que sería imposible sin los
elementos electrónicos. Por ello, a hay quien llama a nuestros tiempos la “Era
del Silicio”.
Dos son los elementos electrónicos que vamos a estudiar y que
utilizaremos en el Taller para el montaje de nuestros proyectos; el diodo y el
transistor.
a)
El diodo
El diodo es un elemento electrónico que dejará pasar la corriente
eléctrica sólo si está polarizado directamente. Esto quiere decir que el polo
positivo de la pila deberá estar conectado al polo positivo del diodo. El símbolo
eléctrico del diodo es el siguiente:
+
-
El lado del triángulo deberá estar conectado
al polo positivo de la pila en caso contrario el diodo
se comporta como u interruptor abierto. Los diodos
se utilizan para fijar el sentido de la corriente.
EJERCICIO 10: En el siguiente circuito, explica cuando estará encendido el
motor y cuando estará apagado.
M
M
Uno de los diodos más frecuentemente utilizados son los diodos LED.
Son diodos emisores de luz. Se utilizan mucho es los aparatos eléctricos para
indicar si están o no conectados a la corriente eléctrica o si están encendidos o
apagados. Son esas lamparitas de color rojo, naranja, amarillo que indican si la
tele o la cadena de música están o no conectadas a la red o en funcionamiento.
Símbolo eléctrico de un LED
Aspecto real de un LED
+
Cuando montemos los LED en el Taller hay que tener en cuenta una
precaución importante. Los LED no admiten tensiones superiores a 2V. Por
ello, en ocasiones, es necesario montar en serie con el LED una resistencia y
así perder potencial antes de que la electricidad pase por el diodo.
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EJERCICIO 11: ¿Qué valor deberá tener la resistencia conectada en el
circuito si sabemos que la tensión de la pila es de 12 V y la intensidad que
queremos que circule es de 2 A?.
b)
El transistor
El transistor es el más importante de todos los componentes
electrónicos. Gracias a él se consiguen dispositivos cada vez más pequeños y
sus diseñadores Shockley, Brattain y Bardeen fueron premiados con el Nóbel
de Física en 1956.
Existen dos tipos de transistores; NPN y PNP.Cada uno de ellos está
compuesto por tres capas de material. Los NPN tienen dos capas N (los
electrones “No pasan”) y una P (los electrones “Pasan”) y los PNP tienen dos
capas P y una capa N.
Externamente tienen tres terminales la base, el colector y el emisor. Su
símbolo eléctrico es el siguiente:
Colector
Emisor
Base
Base
Colector
Emisor
Transistor NPN
Transistor PNP
El comportamiento del transistor es el siguiente. Cuando por la base no
le llega corriente eléctrica el transistor no permite el paso de corriente entre el
emisor y el colector. Sin embargo, cuando por la base llega una pequeña
intensidad de corriente el transistor permite la circulación de una gran
intensidad de corriente entre el emisor y el colector.
Colector
Base
Emisor
Transistor NPN
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Tiene una doble misión; por una parte actúa como interruptor de la
circulación entre el emisor y el colector y además multiplica la intensidad de
corriente eléctrica que circula entre ellos. Lo que controla realmente el circuito
será la intensidad de corriente que llega a la base del transistor. Cunado no
llega corriente a la base del transistor se dice que éste funciona en corte.
Imaginemos que queremos controlar el funcionamiento del alumbrado
público de una calle con el uso de una LDR. Aunque vimos un circuito más
sencillo para hacerlo el que realmente se utiliza es el siguiente, puesto que
permite un mayor control de las operaciones.
Posición A: relé activado
Cuando incide mucha luz sobre la LDR la resistencia que ofrece al paso
de los electrones es muy poca. Por ello, la intensidad que pasa hacia la base
es grande. AL llegar intensidad por la base el transistor abre la circulación del
colector al emisor poniendo en funcionamiento al relé. El relé activado se
transforma en un imán que hace que los contactos pasen a la posición A y la
bombilla estaría apagada.
Este tipo de circuitos permiten que el circuito de control se alimente con
tensiones pequeñas, una pila de 9V y sin embargo, el circuito actuador pueda
estar alimentado por la red eléctrica a 220 V.
EJERCICIO 12: Dibuja el esquema eléctrico del circuito del alumbrado
público y explica cuál sería el funcionamiento del circuito de control y del
circuito actuador en el estado en el que estaría de noche.
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c)
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Corrientes del transistor
Al estudiar con detenimiento el siguiente esquema observamos que
existen dos intensidades distintas; la intensidad de la base (Ibase) y la del
colector(Icolector). La intensidad del emisor Iemisor será la suma de ambas.
Colector
Ie = Ib + Ic
Base
Emisor
Transistor NPN
La ganancia (β) es la proporción que existe entre la Intensidad del
colector y la de la base.
β = Ic/Ib
Ejercicio 13: Un transistor con corriente de colector de 10 mA, corriente de
base de 40 microA, ¿qué ganancia de la corriente se tiene?
Ejercicio 14: Un transistor tiene una ganancia de corriente de 175. Si la
corriente de base es de 0.1 mA, ¿cuál es el valor de la corriente del colector?
Ejercicio 15: Un transistor trabaja con corriente de colector de 2 mA y con una
ganancia de 135. ¿Cuál es el valor de la corriente de base?
d)
Par Darlington
Se compone de dos transistores. La base del segundo se conecta al
emisor del primero, de tal forma que amplificamos enormemente la señal.
Este sistema se utiliza para circuitos de alta sensibilidad porque
conseguimos actuar ante pequeñas variaciones de la corriente de base del
primer transistor.
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