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Departamento de Tecnología
SISTEMAS ELECTRÓNICOS
1. INTRODUCCIÓN
2. COMPONENTES ELECTRÓNICOS
2.1 Resistencias
2.2 Condensadores
2.3 Diodo
2.4 Transistor
2.5 El Amplificador
2.6 El 555
3. DISPOSITIVOS DE ENTRADA
3.1 INTERRUPTORES
3.2 OPTOACOPLADOR
3.3 TERMISTOR
3.4 LDR
4. DISPOSITIVOS DE SALIDA
4.1 RELE
4.2 DIODO LED
1. INTRODUCCIÓN
ELECTRÓNICA
La electrónica estudia los circuitos formados por componentes que están
fabricados con materiales semiconductores.
SISTEMAS ELECTRÓNICOS
Son circuitos electrónicos cuya misión es controlar automáticamente el
funcionamiento de algunas máquinas u operadores.
En todo sistema electrónico tendremos dispositivos de estos tres tipos:
- Los dispositivos de entrada: generan una señal eléctrica a partir de una señal
exterior de otro tipo (por ejemplo la temperatura, la actuación con la mano sobre
un pulsador).
- Los de proceso: reciben las señales de los dispositivos de entrada y deciden
cual es la acción a realizar.
- Los dispositivos de salida: tienen como misión ejecutar las acciones que
deciden los de proceso. Gráficamente se representan con en la siguiente
ilustración
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2. COMPONENTES ELECTRÓNICOS DE PROCESO
2.1 RESISTECIAS
Limitan la intensidad de corriente a un valor deseado o provocan una caída
de tensión determinada.
Las resistencias variables se dividen en dos categorías:
El potenciómetro
Los potenciómetros y los reóstatos se diferencias entre si, entre otras cosas, por
la forma en que se conectan. En el caso de los potenciómetros, estos se conectan
en paralelo al circuito y se comporta como un divisor de tensión. Ver la figura
El Reóstato
En el caso del reóstato, éste va conectado en serie con el circuito y se debe tener
cuidado de que su valor (en ohmios) y su la potencia (en Watts (vatios)) que
puede aguantar sea el adecuado para soportar la corriente ( I en amperios
(ampere) que por el va a circular por él
Como regla general
los potenciómetros se utilizan para variar niveles de voltaje y
los reóstatos para variar niveles de corriente
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Normalmente los potenciómetros se utilizan en circuitos con poca corriente,
pues no disipan casi potencia, en cambio los reóstatos son de mayor tamaño, por
ellos circula más corriente y disipan mas potencia.
2.2 CONDENSADORES
Es un dispositivo que puede almacenar y ceder energía eléctrica. Está
formado por dos láminas de material conductor separadas por un aislante; de
manera que las cargas eléctricas quedan almacenadas en estas láminas,
también llamadas armaduras del condensador.
Las principales características eléctricas de un condensador son su capacidad
o capacitancia y su máxima tensión entre placas (máxima tensión que es
capaz de aguantar sin dañarse). Nunca conectar un capacitor a un voltaje
superior al que puede aguantar pues puede explotar
CAPACIDAD: Se mide en faradios y nos indica la cantidad de carga que
puede almacenar un condensador. Como el faradio es una unidad muy
grande se usan submúltiplos.
TIEMPO DE CARGA O DESCARGA APROXIMADO:
T=5xRxC
Existen dos tipos de condensadores: los polarizados y los no polarizados.
Símbolo condensador
no polarizado
Símbolo condensador
electrolítico (polarizado)
2.3 EL DIODO
El diodo está formado por dos cristales de materiales semiconductores, uno
llamado tipo P (pasa) y otro de tipo N (no pasa); de tal forma que si la
corriente entra a través del cristal P, éste la deja pasar, pero si lo hace por el
cristal N, no pasa.
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POLARIZACIÓN
DIRECTA
POLARIZACIÓN
INVERSA
2.4 EL TRANSISTOR
Está formado por tres cristales N y P. Los transistores tipo PNP tienen dos
cristales P y uno N, mientras que los transistores tipo NPN, tienen dos
cristales N y otro P. Como puedes ver en la figura adjunta, un transistor tiene
tres terminales, llamados colector, base y emisor, y se puede considerar
como la unión de dos diodos. En los transistores PNP el cristal N es común,
mientras que en los NPN, es el cristal P el que es común.
2.4.1 ESTADOS DE FUNCIONAMIENTO
Se diferencian tres estados de funcionamiento, que dependende as
características dinámicas del circuito en el que va conectado. Estas
características son:
1. Saturación. El transistor permite el paso de corriente desde el colector al
emisor. De todas formas esta corriente no puede ser demasiado elevada,
ya que la propia corriente calienta al transistor por efecto Joule y si se
calienta excesivamente, puede estropearse de forma permanente.
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Para un transistor de silicio que se encuentra en saturación la tensión
entre la base y el emisor es de 0,7 V y entre la base y el colector de unos
0,5 V, de donde se deduce que la tensión entre el colector y el emisor
será de unos 0,2 V.
2. Corte. En este estado el transistor no permite el paso de corriente entre el
colector y el emisor, se comporta como si fuera un interruptor abierto.
Para un transistor de silicio que se encuentra en corte las corrientes de
emisor y de colector son nulas y las tensiones entre la base y el emisor y
entre la base y el colector son ambas menores de 0,7 V.
3. Amplificación. Cuando un transistor se encuentra en este estado de
funcionamiento, permite amplificar la potencia de una señal.
Por lo tanto si lo que se pretende es que el transistor se comporte como
un interruptor controlado electrónicamente, lo único que hay que
conseguir es que pase de los estados de saturación a corte y viceversa.
Eso sí hay que tener en cuenta las limitaciones de corriente, para no
deteriorarle.
En electrónica digital, los transistores suelen estar funcionando en
saturación o en corte.
2.5 EL AMPLIFICADOR
Los amplificadores son circuitos que se utilizan a aumentar (amplificar) el
valor de la señal de entrada (generalmente muy pequeña) y así obtener una
señal a la salida con una amplitud mucho mayor a la señal original.
Salida
Entrada
Símbolo de un amplificador
Algunas veces la amplificación puede causar que la señal a la salida del
amplificador salga distorsionada causada por una amplificación muy grande.
Hay que tomar en cuenta que un amplificador no puede tener en su salida
niveles de voltaje mayores a los que la fuente de alimentación le puede dar.
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El Amplificador Operacional fue desarrollado para ser utilizado en
computadoras analógicas en los inicios de los años 1940. Los primeros Op.
Amp. utilizaban los tubos al vacío. En 1967 la empresa "Fairchild
Semiconductor" introdujo al mercado el primer amplificador operacional en
la forma de un circuito integrado, logrando disminuir su tamaño, consumo de
energía y su precio.
Este dispositivo es un amplificador lineal de alto rendimiento, con una gran
variedad de usos.
Básicamente el Amp. Op. (Op. Amp.) es un dispositivo amplificador de la
diferencia de sus dos entradas, con una alta ganancia, una impedancia de
entrada muy alta y una baja impedancia de salida
Como se mencionó antes, el amplificador tiene 2 entradas: una de ellas es la
entrada inversora (-) y la otra es la entrada no inversora (+) y tiene una sola
salida. Este amplificador se alimenta usualmente por una fuente de voltaje de
doble polaridad que está en los rangos de +/- 5 voltios a +/- 15 voltios.
2.6 EL 555
El dispositivo 555 es un circuito integrado muy estable cuya función
primordial es la de producir pulsos de temporización con una gran precisión
y que, además, puede funcionar como oscilador.
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Sus características más destacables son:
•
•
•
Temporización desde microsegundos hasta horas.
Modos de funcionamiento:
o Monoestable.
o Astable.
Aplicaciones:
o Temporizador.
o Oscilador.
o Divisor de frecuencia.
o Modulador de frecuencia.
o Generador de señales triangulares.
A continuación se mostrarán los modos de funcionamiento que posee este
circuito integrado. En los esquemas se hace referencia al patillaje del
elemento, al igual que a las entradas y salidas de cada montaje.
V+ o Vc c
8
7
6 5
555
1 2
0V o negativo
3 4
disparo
salida
Funcionamiento monoestable
+ Vc c
R
8
7
6 5
555
1 2
3 4
C
disparo
salida
C2= 10nF
+ 0V
patilla 2: disparo
patilla 3: salida
tiempo
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Cuando la señal de disparo está a nivel alto (ej. 5V con Vcc 5V) la salida se
mantiene a nivel bajo (0V), que es el estado de reposo.
Una vez se produce el flanco descendente de la señal de disparo y se pasa
por el valor de disparo, la salida se mantiene a nivel alto (Vcc) hasta
transcurrido el tiempo determinado por la ecuación:
T = 1.1*Ra*C
Es recomendable, para no tener problemas de sincronización que el flanco de
bajada de la señal de disparo sea de una pendiente elevada, pasando lo más
rápidamente posible a un nivel bajo (idealmente 0V).
NOTA: en el modo monoestable, el disparo debería ser puesto nuevamente a
nivel alto antes que termine la temporización.
Funcionamiento astable
+ Vcc
Ra
8 7
Rb
6 5
555
1 2
salida
3 4
C2= 10nF
C
+ 0V
patilla 3: salida
T1 T2
tiempo
T
En este modo se genera una señal cuadradad oscilante de frecuencia:
F = 1/T = 1.44 / [C*(Ra+2*Rb)]
La señal cuadrada tendrá como valor alto Vcc (aproximadamente) y como
valor bajo 0V.
Si se desea ajustar el tiempo que está a nivel alto y bajo se deben aplicar las
fórmulas:
Salida a nivel alto: T1 = 0.693*(Ra+Rb)*C
Salida a nivel bajo: T2 = 0.693*Rb*C
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3. DISPOSITIVOS DE ENTRADA
3.1 INTERRUPTORES
Permiten activar y desactivar un circuito por acción mecánica sobre ellos
3.2 OPTOACOPLADOR
La señal de entrada es aplicada al fotoemisor y la salida es tomada del
fotoreceptor. Los optoacopladores son capaces de convertir una señal
eléctrica en una señal luminosa modulada y volver a convertirla en una señal
eléctrica. La gran ventaja de un optoacoplador reside en el aislamiento
eléctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida.
Los fotoemisores que se emplean en los optoacopladores de potencia son
diodos que emiten rayos infrarrojos (IRED) y los fotoreceptores pueden ser
tiristores o transistores.
Cuando aparece una tensión sobre los terminales del diodo IRED, este emite
un haz de rayos infrarrojo que transmite a través de una pequeña guia-ondas
de plástico o cristal hacia el fotorreceptor. La energía luminosa que incide
sobre el fotorreceptor hace que este genere una tensión eléctrica a su salida.
Este responde a las señales de entrada, que podrían ser pulsos de tensión.
3.3 NTC-PTC
O termistor. Resistencia variable en función de la temperatura
Tiene una elevada sensibilidad a variaciones de temperatura hace que el
termistor resulte muy adecuado para mediciones precisas de temperatura,
utilizándoselo ampliamente para aplicaciones de control y compensación en
el rango de 150ºC a 450ºC.
NTC a más Tª
PTC a más Tª
menos resistencia
más resistencia
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3.4 LDR
Resistencia variable con la luz: A más luz menos resistencia
El LDR es una resistencia que varía su valor dependiendo de la cantidad de
luz que la ilumina. Los valores de una fotorresistencia cuando está
totalmente iluminada y cuando está totalmente a oscuras varía, puede medir
de 50 ohmios a 1000 ohmios (1K) en iluminación total y puede ser de 50K
(50,000 Ohms) a varios megaohmios cuando está a oscuras.
El LDR es fabricado con materiales de estructura cristalina, y utiliza sus
propiedades fotoconductoras. Los cristales utilizados más comunes son:
sulfuro de cadmio y seleniuro de cadmio.
Símbolo de la fotorresistencia o LDR
El valor de la fotorresistencia (en Ohmios) no varía de forma instantánea
cuando se pasa de luz a oscuridad o al contrario, y el tiempo que se dura en
este proceso no siempre es igual si se pasa de oscuro a iluminado o si se pasa
de iluminado a oscuro.
Esto hace que el LDR no se pueda utilizar en muchas aplicaciones,
especialmente aquellas que necesitan de mucha exactitud en cuanto a tiempo
para cambiar de estado (oscuridad a iluminación o iluminación a oscuridad)
y a exactitud de los valores de la fotorresistencia al estar en los mismos
estados anteriores. Su tiempo de respuesta típico es de aproximadamente 0.1
segundos.
Pero hay muchas aplicaciones en las que una fotorresistencia es muy útil. En
casos en que la exactitud de los cambios no es importante como en los
circuitos:
-
Luz nocturna de encendido automático, que utiliza una fotorresistencia
para activar una o mas luces al llegar la noche.
- Relé controlado por luz, donde el estado de iluminación de la
fotorresistencia, activa o desactiva un Relay (relé), que puede tener un
gran número de aplicaciones
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4. DISPOSITIVOS DE SALIDA
4.1 RELE
Interruptor que se acciona por medio de un electroimán.
Formado por una bobina que, cuando se activa, atrae a una palanca que a su
vez, mueve pequeñas láminas de un interruptor que pueden cerrar un circuito
- Permite el control de un dispositivo a distancia. No se necesita estar junto
al dispositivo para hacerlo funcionar.
- El Relé es activado con poca corriente, sin embargo puede activar grandes
máquinas que consumen gran cantidad de corriente.
- Con una sola señal de control, puedo controlar varios Relés a la vez.
4.2 DIODO LED
El LED es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero
que al ser atravesado por la corriente eléctrica emite luz. Existen diodos LED
de varios colores y dependen del material con el cual fueron construidos.
Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo.
Debe de escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obtener una
buena intensidad luminosa y evitar que este se pueda dañar. El LED tiene un
voltaje de operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios. aproximadamente y la
gama de corrientes que debe circular por él está entre los 10 y 20
miliamperios (mA) en los diodos de color rojo y de entre los 20 y 40
miliamperios (mA) para los otros LEDs.
Tiene enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como su
bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida
aproximada de 100,000 horas.
El diodo LED debe ser protegido. Una pequeña cantidad de corriente en
sentido inverso no lo dañará, pero si hay picos inesperados puede dañarse.
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Una forma de protegerlo es colocar en paralelo con el diodo LED pero
apuntando en sentido opuesto un diodo de silicio común.
Aplicaciones tiene el diodo LED. Se utiliza ampliamente en aplicaciones
visuales, como indicadoras de cierta situación específica de funcionamiento.
Ejemplos
- Se utilizan para desplegar contadores
- Para indicar la polaridad de una fuente de alimentación de corriente
directa.
- Para indicar la actividad de una fuente de alimentación de corriente
alterna.
- En dispositivos de alarma
Sus desventajas son que su potencia de iluminación es tan baja, que su luz es
invisible bajo una fuente de luz brillante y que su ángulo de visibilidad está
entre los 30° y 60°. Este último problema se corrige con cubiertas difusores
de luz
Símbolo del diodo LED
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