Electronica Industrial Basica II

M% ffiffi$Wd#',tr?

sgRtr/rcro r{Aci'o}{Al DE ADIESTRAl\ttENro EN rRAItA.,o IFiDUsTRTAL

Elti*lQr

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Nivel Oper:ativo.

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AUTORIZACIÓN Y DIFUSIÓN

MATERTAL DInÁcTICo ESCRrro

FAM. OCUPACIONAL

:

METALMECÁNICA.

OCUPACION

uecÁNICo DE MANTENTMTENTo.

NIVEL

rÉcNICo OPERATIVo.

Con la finalidad de facilitar el aprendizaje en el desarrollo de la formación y capacitación en la ocupación del VÍECÁNICO DE MANTENIMIENTO a nivel nacional y dejando la posibitidad de un mejoramiento y actualización permanente,- se autoriza la APLICACIÓN Y DIFUSIÓN ¿e material didáctico escrito referido a ELECTRÓNICA INDUSTRIAL (PARTE II) .

Los Directores Zonales

y

Jefes de Unidades Operativas son los responsables de su difusión y

aplicación oportuna.

DOCUMENTO APROBADO POR EL cERENTn rÉcxtco DEL SENATT No de

Página.

155...

: Jorge Saavedra G

Registro de derecho de autor:

,.r

trTUAN

ELECTRÓNICA EASlcN INDUSTRIAL PARTE

II

INDICE I

Presentación2.Tarea5-,fu MONTAJE DE CIRCUITOS CON TRANSISTORES {.

3. Tarea 6_

&

3

4-28

_

Zg4Z

MONTAJE DE CIRCUITO AMPLIFICADOR CON TRANSISTOR

4. Threa 7 I

,

Ó

I

I I I

s. T¡rea

r*r .6.Tarea

#i

MONTAJE DE FUENTE DEALIMENTACION CON ESTABILIZADOR DE TENSION

I

62-77

---------

MONTAJE DE TIRISTORES Y TRIAC

9__

*_

78-136

MONTAJE DE COMPONENTES SEMICONDUCTORES ESPECIALES

7, Tarea l0

{*

43-61

137-148

-

MONTAJE DE CIRCUITOS INTEGRADOS

8, Hoja de

Trabajo

149-152

g.ltlledio Ambiente

10.

Bibliografía

MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

4 ñ,A I \,t\,

,rl trTUAN

ELEcTRÓNICA gASICn INDU$TRIAL pARTE

II

PRESENTACION El presente rnanual de aprendi zaie*orr**Oonde al módulo formativo ELECTRÓNICA BASICN INDUSTRIAL. Por la cantidad de tareas se ha dividido en dos parte$, este manual se denomina ELEGTRÓHn¡ nASnn ll.lDUsTRlAL PARTE ll. Este módulo

formativo

es de aplicación en la

especialidad

de

MECANIGO DE

MAHTE}IIifiIENTO. Hl presente manualestá estructurado por las siguientee tareas:

MONTAJE DE CTRCUTTOS CON TRANSTSTORES"

,Íijr

_

ff;ít MONTAJE DE CIRCUITCI AMPL|FICADCIR CoN TRANSISTOR. i:,;if fvIONTAJE DE FUENTE DE ALIMENTACION CON ESTABILIZADCIR DE TENSION.

f¡íi

MONTAJE DE TIRISTORES Y TRIAC.

trfi MONTAJE

DE COMPONENTE$ $EMTCONDUCTORES ESPECIALES.

gA

MONTAJE SON CIRCUITO$ INTEGRADOS.

Este rnanual incluye también con $u hoja de trabajo, protección del medio ambiente, precauciones de uso de los cornponentes.

MECANICO DE MANTENIMIF|\¡TO a'

3

Jt SNAN

ELEcTRÓNICA gASlcn INDUSTRIAL PARTE II

mmffiffi MONTAJE DH CIRCUITO$ CON TRAN$ISTORES

MECANICO DE MANTENIMIENTO a"

4

Multimetro Digital

I

12V

N"

OPERACIONES

01

02

I

nstala rAnrplifi cador con Transistor NPN

I

nsta

la

MATERIALES / I NSTRUMENTOS

[ [ [ [

rAmp lificad or con Transístor PN P

f [

01

01

PZA.

CAN"f

rrA*

srutrl PERU

DENOMINACION NORMA

01 Protoboard

0l transistor BC5488 01 Mr"rltímetro digital

05 resistencias 1 k, 100 r, 4,7 k,47 47Ak 01 fuentedealimentación DC 0lTransistor BC558B

DIMENSIONES

'

MONTA.JE DE CIRCUITOS CON TRANSI,STORES

MECANICO DE MANTENIMIENTO

k,

OBSERVACIONES HT

05

TIEMPO: ESCALA:

REF

H0J/r: 2005

111

,-l tr[uAn

OPE RA

C IÓN

ELECTRÓNICA EASrcA INDUSTRIAL PARTE

;

T.ISTA LA R ATII P LIF ICADO R

C

ON TRA NS ISTO

R

IrI P

II

N.

Paeo ,l : ldentificar transistores: Con el código de cada transistor buscar en el manual de ECG sus caracterfsticas y anotarlos en elancho mostrado.

Transistor

V"*o

lc

hfe

F

BC548B BC558B

o401 8D135 8D136

Paso 2l Verificarestado de transistores

a) Mida la resistencia entre el emisor y el colector del tra nsistor la

resistencia

B

debe ser

extremadamente alta (centenas de Megaohms) en cualq uier posición.

b) Mida las resistencias

directa e inversa del diodo base-emisor y del diodo colector - base, para los dos

iodos la razén entre

las y resistencias inversa directa debe

d

ser por ld menos de 1000/1


6

Po

Aplicación

,t ffifUAn

ELECTRóN¡cA eÁstcn rNDusrRrAL pARrE

n

OPERACIÓN: MONTAJE DE ctRcutro DE PoLARtzAcÉN DE TRANst$ToR NpN Paso I :Armar el circuito rnostrado y medir con el multímetro elvoltaje en la base (VB), voltaje en el colector (VC) y el voltaje en el emisor (VE), a estos valores les llamamos valores medidos.

Paso 2: Calcular teÓricamente los valores VB, VC, VE, a estos valores les llamamos valores teóricos. Paso 3: Comparar los valores teóricos con los valores medidor y hallar los errores.

VT VB

VC VE


VM

ERR

VT VM

= Valor teórico = Valor medido

ERR = Error

ERR ='YLYn- xlaaa/o VT

7

JAT

SN¡TN

ELEcTRóNrcA gA$cn INDUSTRIAL PARTE

opERAcÉN: moNtnJE

DE

ctRcumq

DE

n

poLARtzAcÉN DETRANstsroR PNP

Paso l:Armar el circuito mostrado y medir con el multímetro el voltaje en la base (VB), voltaje en et colector (VC) y elvoltaje en el emisor (VE), a estos valores les llamamos valores medidos.

Paso 2: Calcular teóricamente los valores VB, VC, VE, a estos valores les llarnamos valores teóricos. Paso 3: Comp

aw

los valores teóricos con los valores medidory hallar los errores,

VT

vtu

ERR

VT VM

VB

= Valor teórico = Valor medido

ERR = Error

VC

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VE

Í'/IECAN ICO DE MANTEN I MIENTO a"

I

bJ" V,

x 1oo%

JAt

SENAN

ELECTRÓNICA EÁSICN INDU$TRIAL PARTE

II

EL TRAN$ISTOR BJT El transistor es un elemento semiconductor qu* ti*ne la propiedad de poder gobern ar a voluntad la intensidad de corriente que cireula entre dos de sus tres terminales (emisor y colector), mediante la circulación de una pequeña corriente aplicada en el tercer terminal (base). Este efecto $e conoce con el nombre de amplificación de corriente,

$e utilizan fundamentalmente en circuitos que realizan funciones de amplificación, control, prCIce$o de datos, gtc. El funcionamiento interna se puede describir a partir de lo ya explicado para los r1iodos, con

la diferencia de que este último posee dos unione$ semiconductoras, esto es: eltransistor po$ee dos zonas semiconductoras, que pueden ser N o P, y entre ambas una muy delgada del tipo P o N respectivarnente,

Este conjunto formará dos uniones : una N-P, entre el emisor y la ba$e, y la otra P-N entre la base y el colector (si las dos zonas exteriores son del tipo N y la interior tipo P, es decir un transistor NPN" $i las regiones exteriores son del tipo Py la interiordel tipo N el transistor será deltipo PNP).

g b

Si le aplicamos una tensión externa a la unión N-P de forma que quecle polarizada en directa, se producirá una circulación de corriente entre ambas regiones, Aplicando una segunda tensión externa a la otra unión, de modo que ésta quede en inversa (el terminal positivo de la fuente conectado alcolectory el negativo a la base), la corriente generada en la o"tra uniÓn. será atraída por la diferencia de potencial positiva aplicada al coleetor, generando que prácticamente toda la corriente proveniente del emisor llegue al colector, salvo una pequeña cantidad de corriente que saldrá por la base. Y es justamente esta pequeñísima corriente de base la que nos permite gobernar la corriente circutante desde el emisor al colector.

MTCANICO DE

MANTñNIMIENTO

9

t'r SN¡M

ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE

II

El sentido de circulación de la corriente adoptado haeta ahora es el de circulación de los electrones, y como la convención utili/ada toma el sentido opuesto entonces en un transistor del tipo NPN la corriente será entrante por el colector y la base, y saliente por el

emisor.

c

c

c

En la figura c tenemos una regla mnemotécnica para recordar la relación entre las corrientes que atraviesan el transistor, Debido a gue la corriente de emisor será siempre un múltiplo de la base obtendremos los resultados deseador de amplificación. $upongamos que dicha coniente de colector (lc) es . 100 veces la corriente de emisor (le), entonces si lb = 5 mA; le = 500 mA. Si ahora lb * 2 mA; le = 200 rnA. Donde se puede apreciar que una pegueña variación en la corriente de base (-3 mA), produce una gran variación en la de emisor (300 mA). Dicho factor de amplificación es denominado generalmente con la letra griega B (Beta). Ya hemos hecho notar que existen transistores del tipo NPN segrln sea los dopados de las tree regiones, pero entre ambos tipos no existe ninguna diferencia en cuanto a lo funcional, salvo que todos los sentidos de circulación de las corrientes son opuestos en uno y otro, por lo tanto, para polarizar un transistor PNR de igual manera que uno NPN, se deberán utilizartensiones opuestas en uno y otro. Los transistores tienen una característica rnuy interesante que es la capacidad que tienen éstos de entregar una intensidad de corriente constante una resistencia, independientemente del valor de ésta, es decir gue las variaciones de corriente obtenidas por la acción de la base, producirán en la resistencia una variación de la tensión, la cual $erá, según la ley de OHM: V = lx R Hntonces v dependerá del valor de la corriente de base y d ela resistencia en el colector, siendo V mayor cuando mayor es R, estando fijado el límite por el valor de la tensión extema a plicada al circuito" Este efecto resulta en una "amplificación de tensión" que es una de las caracteristicas más importante de los transistores y el motivo por el cuál son de uso casi imprescindible en los montajes electrónicos^ Esta amplificación de tensión se calcula como la relación entre el voltaje en la resistencia de carga y la tensión aplicada entre las junturas base*emisor, Los transistores según sea la tecnología de fabricación, se clasifican en grandes grupos con diferentes características: Bipolares, fet MOSFET, Ut¡t UNION, Hasta elmomento nos hemos referido alprimergrupo de ellos

a


10

10

JAI

ffTUAN

ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE

II

El estudio y análisis de los transistores se realizan medÍante el empleo de las "curyas características" del mismo, con las cuales se puede caracterizar completamente el comportamiento o funcionamiento eléctrico de transistor, siendo esta expresada en relaciones gráficas de las corrientes lb, lc e le, en función de las tensiones externas y para las distintas configuraciones: emisor común (EC), base común (BC) y colector común

(cc).

{ EMISOR COMUN

BASE COMUN

COLECTOR COMUN

Las curvas describen el comportamiento de los transistores, pero como estos no se comportan de igual manera, éstas varían según el tipo de transistor, y, si bien difieren de un tipo a otro, son muy semejantes en la forma. Además no se refieren a uno en concreto, sino que son un promedio de un gran nÚmero de unidades. Estas gráficas son proporcionadas por el fabrícante, y como el montaje más común es la de emisor común, y además los fabricantes no$ suministran las curva$ basadas en este tipo de configuración, nos centraremo$ en el análisis de las curvas referidas a este tipo de montaje. También es importante conocer los valores máx, min típico de las características más importantes, para poder emplear, en los cálculos, el valor que resultará más desfavorable a fin de asegurarno$ que el funcionamiento de cualquier unidad de la muestra estará dentro de lo estipulado. Las curvas caracteristicas más importantes son las características de entrada y la de salida. En las de entrada, se expresan las gráficas de la relación entre la corriente de base (lb) y la tensiÓn base-emisor (Vbe) para la tensión colector-emisor (Vce) constante. A partir de ellas podemos calcular la corriente que circula por la base cuando se aplica una tensión externa entre ésta y elemisor. Zona 6e Saturación

12345V,', MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

11

11

ñ

trNAN

ELECTRÓNICA BASrcA INDU$TRIAL PARTE II

Como el transistor en montaje en emieor cornún tiene comportamiento similar al de un diodo polarizado en directa, las curvas son de igual forma. es decir, que existe una determinada tensión umbral por debajo de la cual la corriente es prácticamente nula. También de las caracterlsticas de entrada podemo$ deducir la resistencia de entrada del transistor, que es la variación de la tensión base-emisor (Vbe) con respecto a la corriente de base (lb).

I

T

)

En las curvas de salida se gráfica la corriente de colector lc en función d ela tensión colector emisor Vce cuando mantenemos constante lb. Generalmente se dibuja una familia de curva$ para distintas lb. En esta gráfica se observa gue por encima de un valor de tensión colector emisor.

Vce 1 la corriente se mantiene prácticamente constante, independienternente delvalor de Vce. Por debajo de este valor todo lo contrario, lb varla rápidamente con las variaciones de Vce. Este valorde Vce 1 es aproximadamente 0,5 V. Aesta zona de funcionamiento donde lc es casi constante, se denomina región activa y es en la que se desea que funcione el transistor cuando se lo usa en amplificadores. En este caso lc solamente depende de lb.


12

12

tát trTUAN

ELECTRÓNICA BASICA INDU$TRIAL PARTE II

En la gráfica podemos observar una recta denorqinada Rs, que delimita una de las 3 posiblea regiones de trabajo de los transistores. El transístor trabajará en alguna de las 3 regiones dependiendo de las polarizaciones que reciban cada una de las uniones P-N que lo componen. Las tres regiones son: Región de saturac¡óni El trans¡stor se @mporta como un interruptor entre emisor y colector. Región de corte: El transístor se comporta como un interruptor abierto entre emisor y colector. Región lineal (o activa): se comporta como un dispositivo amplificador de corriente de entrada (corriente de base).

Algunos de los parámetros importantes de los transistores y que generalmente son suministrados por el fabricante son: Vce (sal) =f6fisión máxima entre colector y emisor trabajando en saturación.. Vceo cTensión máxima entre colector y emisor. Vcbo = Tensión máxima entre colector y base. Vebo = Tensión máxima entre emisor y base.

lcmáx = Corriente máxima de colector (valor pico) lbmáx = Corriente máxima de base (valorpico) Ptot = Potencia disipable total. De la misma manera que en las características de entrada podemos deducir la resistencia de entrada, en las características de salida podemos deducir la re$istenc¡a de salida de la forma: Variacíón de la tensión Vce con respecto a lc. otro factorque podemos deducir es lá ganancia de corriente del transistor (B).

De las curvas se deduce, al ser casi horizontal, que la resistencia de salida será muy elevada.

Es conveniente fijar el punto oe trau4o del transistor, dependiendo de la tarea que

queremos que éste realice en un circuito y utilizando las curvas antes vistas. Para ello se ha de polarizar al transístor con algunos de los circuitos de polarización que veremos a continuación, pero antes de ello hafemos referencía a la recta de carga de un transistor. Para obtenerla deberemos volver a la familia de curyas de salida ya vista. La recta de carga es útil dado que nos muestra, en forma gÉfíca, todos los puntos de trabaio posibles deltransistor para una polarización dada MECANICO DE

MANTENIMIEr.¡TO ' 13

13

JAt

sEf{An

ELEcTRÓNIcA EASIcn INDUSTRIAL PARTE

II

En la figura podemos ver la recta de carga superpuesta a la familia de curvas de salida, en la que vemos puntos de interés, los gue pasamos a explicar a continuación: Para el cálculo de la recta de carga consideraremos al transistor en dos de sus estados: corte y saturación. En el estado de corte lc es prácticamente cero,-entonces podemos concluir que Vc * Vce, la que en nuestro ejemplo es de 12 V. Entonces con lc * 0 V y Vce 12V obtenemos el primer punto de la recta de carga, al que llamamos P 1 en la gráfica.

que entonce$ podemos calcular En el estado de saturación tenemo$ que Vce ^,0 V con lo el valor de lc =VclRc que en nuestro ejemplo da 1 2V I 2000 = 6 mA. Al punto Vce = 0, lc = 6 mA lo llamamos P2 en la gráfica. Si unimos P1 y Pzobtendremcs la recta de carga buscada, Para obtener el punto de.trabajo {A) del transistor necesitamos saber lb, de esta forma el punto Q es el punto de intersección de la recta de carga con la curva correspondiente al valor de la corriente que opera el transistor én ese instante (lb)" La recta de carga puede ser diferente con cada transistor y cada punto de polarización. Proyectando al punto Q sobre los ejes coordenados de la gráfica obtendremo$ los valores de lc y Vce, denominados en elgráfico como lc1 y Vce1. comenzaremos hora si con los circuitoi para polarizar a los transistores. ta tarea de estos polarizadores no es otra que la de hacer que a las distintas patas del transistor le lleguen diferentes tensiones, pero a partir de una única fuente de alimentación, intentando, además hacer gue el parámetro B sea lo más estable posible, es decir, gue no varíe con los diversos factores extremos que pueden llegar a alterar al mismo.

MECANICO DE MANTENIMIENTCI

14

a"

14

JfrT trruAn

ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE II

En la figura podemos vervarias de las configdraciones para polarizar al transistor.

El primer diagrama (A) muestra una configuración denominada polarización por división de tensiÓn. Las resistencias R1 y R2 forman un divisorde tensión, to cual le da el nombre a la configuración. Este tipo de polarización es uno de lo más idóneos y el mejor para trabajar en la zona activa deltransistor. En al parte B de la figura vemos otra forma de polarizador, denominada "polarización de basg". . Ahora la corriente de base se obtiene a través de R 1 . Este tipo de polarizacién se utiliza en circuitos que trabajan en conmutación, no siendo acon$ejable su uso en transistores a los que se desea trabajen en la zanaactiva. La polárización gue se muestra en C es denominada "polarización por realimentación de emisor"y por medio de ésta logramos una mayorestabilidad del punto e. A la configuración en D se le llama "polarización por realimentación de colectof'.

Aplicaciones más usuales de los transístores Ya comentamos que al transistor se lo puede montar en emisor común (EC), la base común (BC) o colector común (CC). Cada una de estas configuraciones posee ventajas y desventajas una respecto de las otras, siendo la de emisorcomún la más recurrida alavez que es la de mejor respuesta en la mayor parte de las aplicaciones. Cada configuraciÓn obtiene diferentes coeficientes de ganancias en tensón (GV), así como diferentes impedancias tanto de entrada como de salida A continuación vemos un resumen de las principales características de cada uno de los tres posibles m ontajes. MONTAJE

G.V

E. C. B. C.

Alta Alta

c. c.

<1

DESFASAJE

180' 0" 0"

M

Ze

Zs

Media Baja

Media Alta

Alta

Baja

El montaje en Base Común posee una mayor ganancia de tensión frente a los otros dos. También tiene baja impedancia de entrada, lo que Jo hace bastante inadecuado para operaren circuitos de baja potencia (8. f.). MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

15

15

JI trNAN

ELEcTRÓNICA gASEn INDUSTRIAL PARTE

II

Con un rnontaje en Colector Gomún logramo$ una muy baja distorsión sobre la señal de salida y junto con el montaje en Basé Común, es bastante idóneo a la hora de diseñar adaptadores de impedancia.

I Clasificación como i ¡r----para elsilício ---J r

T¡ansi$ores de pequeña señal de Si

Tr¡ngistor HF tipo PNP y NPN

Codificación de los transistoree los fabricante d e transistores han introducido un sistema de designación para mejorar la distinción entre los diferentes tipos de transistores. Los fabricantes europeos utilizan principalmente la codificación << PRO ELECTRON>>, consistente en una combinación de letras y números.

De acuerdo al sistema PRO ELECTRON, los elementos semiconductores se designan con tres letras y dos números. Como una derivación de este sistema, los tipos gue son usados en su mayoría en aparatos de radio, de televisión y grabadores de cintas se identifican con dos letras y tres números.

Diseño de transistores

La primera letra inforna sonre el material inicial. Estas letras tienen los siguientes significados:

inicialgermanio inicialsilicio C = Material inicialarseniuro de galio, etc. R = material inicial para fotosemiconductores y generadores Hell

A = Material B = Material


16

16

*

EEf{AN


II

La segunda letra designa la función principaldelcomponente. Las letras significan:

A = Diodo rectificadorde pequeñas u*0",*.; diodo de conmutación B = Diodo cle capacitancia variable (varicap) C = Transistor LF (baja frecuencia) D = Transistor LF de potencia E = Diodo Túnel F = Transistar HF (alta potencia) G = iodos osciladores para aplicaciones HF

H = $onda de campo Hall{Capítulo 5) L = Transistor HF de potencia N * Opfo transistor aislador (optoacoplador ) (Capítulo 6) P * Fotodiodo, celda fotovoltáica {Capítulo 5)

.

Q r Diodo emisorde luz (CapÍtulo 6) R = Tiristor (Capítulo B) S = Transistorde conmutación T = Tiristor (Capítuto B) U = Transistor de conmutación de potencia X = Diodo multiplicador Y = Diodo de potencia Z = Diodo Zener

Como tercera letra se utiliza solamente X, Y y Z. Estas letras indican solamente el uso comercial de estos tipos. Los siguientes dos o tres número$ representan únicamente un número de registro, y no tienen ning ún significado técrrico particutar. De acuerdo al sistema JEDEC, los diodos serán designados por una combinación << 1l'J>> y un número de cuatro cifras. <<1N>> indica que el componente referido tienen una juntura PN. Consecuentemente, la designación de los transístores comienza can <<2N>> debido a sus dosiuntura$ PN. El subsecuente númerc de cuatro cifras indica simplemente el niimero de registro, Aparte de los cómponentes semiconductores con estos dos códígos de designación ,hay todavía numerosos tipos de transistores sólo con designaciones específicas cle sus

fábiicas. MECANICO DE

"

.

MANTENIMIENTCI 17

17

JI trNAN

ELEcTRÓNIcA

eAslcn

INDUSTRIAL PARTE

II

t-

l**""

f., Ganancia de corriente en cortocircuito

Conductancia de salida en vacío

U"r-..5V l, = Cgngt i, = g

U"* = Const uz o 0

l, Á1"

'

*

100 ¡rA

Al"=5mA

15 mA

AUr, = 2V

Al, = 30 pA Ganancia de corriente conünua

*

=

lC" 60 mA d= ¡3'¡6 pA

='60

u., r00

180

1

lro 100

U"*

* COnSt

üz

*

no

0

l. = COnSt i, = g

30

AUr. = 50 mV

Alr=2AUA

AU". = 25 mV

AU..={Y

l. = 100 uA

¡

U"r=5V

impedancia de entrada de cortocircuito

Retroacción de tensión en vacío

MECAN ICO DE MAI.TTEN IM IENTO

18

18

,t sEf{An


II

Mediciones de un Transistor Bipolar ldentificación de la polaridad de un trans¡rto, Existen dos maneras de averiguar la polaridad de un transistor; una de ellas es utilizando elcatálogo de fabricante o de reemplazos y la otra es haciendo uso de un ohmímetro y para ello primeramente hay que identificar la polaridad del instrumento. Se busca un terminal común en el transistorel cual tanga baja resistencia con los otros do$, si se encuentra gue el terminal común esta conectado al positivo del instrumento quiere decir que es un NPN y si está conectado al terminal negativo del instrumento será un transistor PNP. $i estas condiciones o mediciones de terminal común de baja resistencia no se cumple quiere decir q ue el transistor esta malog rado^

baja resistencia

baja resistencia

t t J

iiT'i"1

baia resistencia

baja resistencia

MECANICO DE MANTENIMI€NTO a"

19

19

J.t 5ENAN

ELECTRÓNICA BASlcA INDUSTRIAL PARTE

II

ldentificación de los üermlnales del translstor Los transistores vienen en presentaciones distintas, desde los más pequeños (pequeña potencia) de cubierta de plástico hasta los más grandes (de potencia) con cubierta metálica, para cada uno de los tipos existen restimenes de caracterlsticas en los catálogos del fabricante o de rcemplazos. Asf mismo en estos catálogos están indicados la disposición de cada uno de los terminales, Aunque casi siernpre los terminales de un transistor están debidamente identificadas por eu disposición construc.tiva conforme se indica en el siguiente gráfico; muchas veces al técnico tiene que recurrir al uso del catálogo y cuando no $e cuenta con ello se puede utilizar un ohmímetro y medir las resistencias entre terminales.

IúECANICO DE MANTENIMIENTO a'

2A

20

JAT ffifuAn

ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARIE

II

POLARIZACIÓN DE TRANSISTORES

lntroducción Una de las principales condiciones para gue un transistor bipolar pueda trabajar como tal es que su unión base-emisor sea polarizada directamente y su unión base-colector polarizado inversamente, para cumplir con esto se necesitarían dos fuetes de polarización cosa que resultaría costosa y complicada y que para evitar esto se realiza la polarización utilizando una$ resistencias adicionales conectadas de cierta forma para asíutilizar sólo una fuente.

Así mismo es necesario entender que el transistor tiene dos aplicaciones muy definidas; en conmutación donde el transistor trabaja como un interruptor y en amplificación o trabajo lineal donde además de polarizar carrectamente sus uniones también ss necesario que el punto de trabajo sea fijado correctamente en la zana lineal para obtener una arnplificación de señal sin cortes o desforrnaciones, e$to se consigue realízando un cálculo adecuado de las resistencias de polarización.

Tipos de polarización del

BJt

Existen varias formas de polarizar tenemos:

el BJT, entre las más utilizadas o

conocidas

Polarización por corriente de base constante también llamada polarización de base o polarización fija, la cuale$ r¡na forma difícil de palarizar un transistor para operación lineal porque el punto Q es inestable. En elsiguiente ejemplo se analizaesta forma de polarización.

MECANICO DE MANTEN IMIEÍ\TTO a'

21

21

*

trN¡trT

ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

a) Conociendo Ur. = 12V I I

R" =3,3kO

)

V

R, =

470ka

B = 100

$ilicio

b) Calcular: lB

lc

U.u

Calculando

lu

r,s--U,- U.r- U*

,rs _ - 12V-0,6V 4zokCI

f, = 2,43 ¡tA Calculando l"

l"=g xl, lc =

2,43 mA

Calculando UCE

U",=U""-(1"xR.) U., = 3,98V

PorAuto,polarización También denominado polarización por retroalimentación de colector, la RB en este circuito está conectada a la salida del colector y por lo tanto tienen mejor estabilización delpunto de funcionamiento (a). MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

JT trfuAn


lc

a) Conociendo Ur"

I 12V

R, =3,3kf) R, = 470kd) B = 100 Silicio

b) Calcular: lc lB

1..

ur* Calculando l.

U.. = (1""x R") * (Rrx lr) + L)n, (l* x Rr)

*

(Ru

x

_ln_

I = U." -

Uon

f]

lr(R.x Ru)=U""-Uo, p

U". - Un, t¡F

R.+

?

l"=1,42mA MECANICO DE MANTENIMIENTO a"

23

23

*

trN¡trI I

ELEcTRÓNIcA EASICn INDUSTRIAL PARTE

II

Calculando I,

r= 'E

lc

f]

lB=1,42A , i

I

Calculando 1.. 1."=1.+1, f

..'

1,4342m A

Calculando U.,

U".=U.r-(1"*xR") U., = 7,27V

Análisis: Si lB aumenta por alguna razóh, también aumenta lC y produce una mayor calda de tensión en RC reduciendo la tensión de colector emisor UCE; como UCE = UBC,por ley de kirchoff entonces: Sidisminuye UCE debe disminuir UBE o UBC. UBE es valor constante entonces será UBC que disminuirá, UBC es la calda de tensión en RB; si UBC baja y si sabemos gue UBC = lB RB entonces deberá disminuir lB o RB. Pero como RB es constante, La única posibilidad es que lB disminuya. Con esto manteniéndose casisiempre una lC cosntante. Polarización con resistencia de estabilización de emisor

Este tipo de polarización, también llamado "polarización por retroalimentación del emisol'' ofrece mayorestabilización del punto de funcionamiento. $i porefecto de la temperatura qe produce un aumento de lB e lC, lE por ser igual a lB + lC también aumentará, este aumento de lE produce un aumento de la caída de tensión en RE. UCC = URB + UBE + URE; donde UCC y UBE son valores constantes, entonces la única posibilidad de mantener la igualdad en la ecuación es que IB.RB disminuya, como la única variable es lB por tanto será. está la que disminuirá corrigiéndoae automáticamente cualquieraumento de lB producido por un aumento de temperatura. MECANICO DE MANTENIMIENTO

24

t

dAb ffifuAn


II

l"

)

U"u

3 lr

l*, a) Conociendo Urr' =

12V

R. =3,3kf¿ R* = 82A Rn

{l

* 62akdz

B = 100 Silicio

b)Calcular: 1,,

lr:

I, U*o

Calculando

lo

Ur.=(lo x Ro)*Ur.*(1, xRr) U"r,= (ln x Ru)+ Uu*+

l?.

=

I ; rB

U.* -

(p x l, x

Ro)

Uru

Ru+([]xRr) 1.62 sA

MECANICO DE MANTENINIIENTO a

25

25

JAT

trIUfin

ELECTRÓNICA BASlcA INDUSTRIAL PARTE

II

Calculando l"

l.*Bxl, l, * 1,62 mA Calculando

lu

lr=lr+1. fu

= 1,6362 mA

Calculando U.,

U.r=UJ-*(l.xRr) U.u*U..-(1.xR.) U** = 5,25 V

Polarización Tipo H

También denominado polarización por divisor de tensión o más conocido como polarización universal porque es el más utilizado en circuitos lineales, es un circuito con rnayor estabilidad que los anteriormente estudiados.

R"

l.

),"' lE

R,

U.. R* r, vrn -

R.., rer rarr'-

M

ECAN ICO DE I\IIANTENIM IENTO a'

R82

Er-fu

R",* R-

26

26

í:

Jt trfuAn

elecrnóNtcA sÁslce

TNDUSTRTAL pARTE n

a) Conociendo:

U.. = 12V

lr=4mA P = 130

blCalcular: R" RÉ Ru,,

R,,

Para realizar los cálculos de las resistencias de polarización de este circuito recomienda teneren cuenta las siguientes consideraciones: R* x I, = 0,2

U""

R.'X l. = 0,4 U",

U*, * 0,4 Ucc

l,

=10

lB

Calculando R,

l" x R.=4,8V R"xl" - 'l* K-=

Rc 5=

1,2

k{>,

Calculando R,

U*=lrxÉr=2,4V

- Rs=U; RE = 600O MECANICO DE MANTENIMIENTO lE

"27

27

,t trtuAn

ELECTRÓHICA BASICA INDUSTRIAL PARTE

II

Calculando R*

l.=p xl, 16

I

=É = 30PA

la = 10 l, = 300p4

R?=*=ry Rr=10KC¿ Calculando R'

Ur= l.x R, *2,4Y

RE=* R.=600n Calculando R*

l,,=lr+1, l.'

= 300 FA+ 30 pA= 330

pA

R,

R,=27Ko

MECANICO DE MANTENIMIENTO ao

2B

28

J.* ffifUAn

ELEcTRóNrcA BAsrcA TNDUSTRTAL pARrE

l

T,ffiWWffi.,ffi,ffi

MONTAJE DE CIRCU¡TO AMPLIFICADOR CON TRAN$I$TOR

MECANICO DE

MANTENIMIEIIITO

zs

) i

I I

¡ Generador de funciones

12V

)

100

¡ I

229

4,7 K 100

n

MATERIALES / INSTRUMENTO$

OPERACIONES

NO

01

I

1,2 K

nstalar Transísior Amplifi cador

[ f

05 resistencias

f

100 r 03 condensadores : 100 ¡r F {CIz}, 22A pF

I [ I f

0l transistorBCS4SB

I k,

1,2 k, 4.7 k, 47 k,

/IGV 01 osciloscopiodedoblelrazo 01 generadorde ft¡nciones 01 tuentedealimentación DC 01 Protoboard

01

01

PZA, CANT.

ñ

SEfU¡trt PERÚ

OENOiJIINACIÓN NORMA MONTAJE DE CIRCUITO

OBSERVACIONES

OIMENSIONES

' CON TRANSISTOR AMPLIFICADOR

MECANICO DE MANTEÍII IÍvTIENTO

HT

O€

TIEMPO: ESCAI-A;

REF.

HOJA:

111

2005

30

30

JAI

trNAN

OP

E

ELEoTRÓNIcA

RAC IÓN : I NSTA I-A R AM PLI

Paso I : Armar el circuito mostrado

F

gAslcn INDU$TRIAL

PARTE II

ICADOR TRA}IS ISTO R.

, *on**r

el generador de funcione$ y el osciloscopio.

10 mV 1 khz

Paso 2: Ajustar el generador de funciones a 10 m v y 1k H? y medir en el osciloscopio el voltaje de entrada con elcanal 1(V,) y elvoltaje de salida con el canal A(V,) . Paso 3: Calcular la ganancia de tensión del amplificador con la expresión:

l&

Av=

V,


31

31

JAI *N¡trI

eAslca

ELECTRÓNEA

INDUSTRIAL PARTE II

ELATPLIFICADOR POR BJT

Circuitos básicos del transistor

r

Un amplificador tiene siempre dos terminales para la entrada y dos terminales para la

salida. Pero, los transistores tienen solamente tres terminales. Por lo tanto, si un transistor debe ser utilizado como amplificador, entonces uno de estos electrodos debe pertenecertanto para los terminales entrada como para los terminales de salida. En consecuencia hay tres formas posibles de usar los transistores corno amplificadores.

1J

o--U-,

I o---

---o | ,.,,

I u"*

'"^{

+

\ Errgon

--ú

o--

---€

:{

o--

conú¡

o-."rl

+

---o

colEcroR coI$úN

---s

tt It

\J

o---

J___ 6AsE

I u,*

I ---€

conúr

Con respecto almodo de operación de un transistor, cada uno de los tres circuitos tiene propiedades particulares. Estas propiedades técnicas de los circuitos básicos del transietor se describen con más detalle por medio de una serie de valores caracterfsticos. Los valores caracterfsticos de amplificación más importantes son:

Resistencia dinámica de entrada Resistencia dinámica de salida Am plificación de tensión Amplificación de corriente Amplificación de potencia Desfasamiento entre lae señales de entrada y salida Frecuencias de corte delcircuito

Debido a sus altas frecuáncias de corte, *l .ir.uito de baje común se usa casi exclusivamente en circuitos HF y VHF. Se lo encuentra miiyormente como etapa de entrada para frecuencias de señal mayores a 100 Mhz. En circuitos de radio y televisión, la baja resistencia de entrada es otra ventaja más ya que permite que $e logre un fácily muy buen acoplamiento a la baja impedancia de antena de, porejemplo, Z=75 () . Acausa de estas propiedades y.de los circuitos de uso práctico especiales asociados con ellas, aquí no Ee tratará con mayordetalle alcircuito de base común. MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

32

=tElür*l I

ELECTRóNIcA BÁsrcA TNDUSTRTAL pARTE

u

Circuito de emisor común Un transistor se opera en circuito de emisor común cuando el emisor es el punto de referencia tanto para la señal de entrada como para la señal de salida. La figura A muestra un transistor en circuito de emisor común. En la figura se muestra una etapa de amplificación completa con un generador de tensión interna para la señat de entrada, con generación de tensiÓn de polarización de base, con resistencia de carga RL, estabilización del punto de trabajo, y con condensadores de entrada y de salida. Aquí el transistor e$ operado en circuito de emisor común. Por esto, a esta etapa de amplificación completa se la denomina generalmente como << circuito de emisor común >>. En el circuito de la figura B, la tensión de polarización de base se genera por medio del divisor de tensiÓn formado por R, y Rr. La estabilización del punto de trabajo se logra por medio de É resístencia de emisor Ru. En relación a la corriente alterna, esta se puentea

por el condensador de emisor C.. El condensador de entrada C, evita un posible cortocircuito de la tensión de polarización de base a causa del generador de señal. En

relación a la tensiÓn continua, el condensador de salid? C, aísla la resistencia de carga de la tensión de colector.

I

l,-

c.

I

l

+

A: Principio del Circuito de Emisor Común

B: Etapa de amplificación con circuito de Em¡sor Comun

Los dos condensadores deben tener una capacitancia lo suficientemente grande como para que no aparezca una caída de tensión notable en s.u resistencia capacitiva. Para obtener los valores característicos de un circuito de emisor común partiendo del circuito de la figura B, solo se necesita eldiagrama delcircuito equivalente de corriente alterna.

como la fuente de tensiÓn de la tensión de operaciótr U. representa un corto circuito para la tensiÓn alterna de la señal de entrada en el circuito eguivalente, entonces la resistencia R, del divisor de tensión de base y la resistencia de colector R. pueden ser conectadas directamente a masa MECANICO DE

MANTEN|M|E|{TO

33

33

*

stuAn

ELEcTRóNrcA eÁsrcn TNDUSTRTAL pARTE

u

La resistencia de emisor puede ser eliminada en el circuito equivalente, ya que, en términos de corriente alterna, ésta se encuentra puenteada por medio delcondensador de emisor. También los dos condensadores C1 y C2 pueden ser omitidos, puesto que ellos representan un corto circuito para la señal de tensión alterna. La resistencia interna R I del generador y una resistencia de carga RL están dibujadas adicionalmente en el diagrama delcircuito equivalente de corriente alterna. Los diferentes valores característicos del circuito de emisor común pueden ser determ inados del diag ra ma de I circu ito eq uivale nte

r*

fi

I

I

i

i I I

I

Diagrama del circuito equivalente de corriente altema para el circuito de emisor común.

$in tomar en cuenta la resistencia de carga RL, se aplica lo siguiente:

Resistencia de entrada de corriente alterna runr;R,

Fonr

IIRrlIr",

Puesto que Rl y R2 son generalmente mucho mayores a rBE, entonces se aplica la sig u iente aproxima ción : f.n,

= fge

Resistencia de salida de corrientq alterna

r.",

Íuat=R"llr* Puesto qub sig

r* generalmente

uiente aproximación

es más grande en comparación á R", entonces se aplica la

:

f*r,= Rc MECANICO DE MANTENIM}ENTO a'

34

34

JAr

trTUAN


II

Amplificación de tensión A, Para la amplificación de tensión se aplica básilamente lo siguiente:

Ai=

Corriente altérna de salida 1"", Corriente alterna de entrada /"*

A, =P A¡ =

^/,

[ct

f., *

Nc

R.

hr,.=F

Am plificación de potencia A,

La amplificación de potencia Ao es el producto de la amplificación de tensión A, por la am plificación de corriente A Ao=Au'Ai

Desfasamiento q de la señal Si el transistor es comandado por'et semiciclo positivo, la tensión de base aumenta. De este modo fluye una mayor corriente de colector, causando una mayor caída de tensión en la resistencia de colector, y en consecuencia U", disminuye. Con elsemiciclo positivo en la entrada, en la salida aparece entonces el semiciclo negativo. Para el circuito de emisorcomún eldesfasamiento entre las tensiones de entrada y de salida es:

q=1800 Propiedades caracte rísticas El circuito de emisor común tiene una alta amplificación de tensión

y una alta amplificaciÓn de corriente. En consecuencia, también se produce una alta amplificación de potencia. Por estas razones, el circuito de emisor común se utiliza como un circuito estándarpara amplificadores LF y HF, Ejemplo: Un transistor BC 237 A se opera en circuito de emisor común,

comCI se muestra en la figura 2.42 Parael punto de trabajo U., = 5 V, lC=ZmA; Ur. = 0,62.V éste tiene los siguientes datos: h..= 2,7 k Q; hr,," = 220 hrr. = 18 ¡rS B = 170. Adicionalmente se especifican los valores: Ur= 10V; U*r= 1V'Qlr=5' /u

¿Cúales son los valores deAu,

A,, Ao, r,n, y

rsar

para este circuito de emisor común ?

a) Cuando no hay resistencia de carga, y,

b) Cuando está conectada una resistencia de mrgá R. = 1k MECANICO DE MANTENIMIENTO

.'

35

35

Jt *N¡[1


¡

ur-u.*-u*,

Rc=

II

=

lc

IQY-:-9Y:I Y = 2mA

Escogido: elvalor normalizado R.

*2.2kdl

r- =!=4gS= ,s ""' B fiO fi,rrvA U*u*Urr-

Áz=

tv

=

1V+0,62V 5

11

,77 ¡tA

Escogido: elvalornormalizado

Ur+ Urr-

\,

FT

|

U*,

=27 kQ

l0 V + 0,62 V - 1V

l,

lu+

Ro

=Z7.Sktt

= 118,7 kO

6.11 ,77 pA

Etapa de amplificación con circuito de emisor común

Escogido: elvalor nonnalizado R, = 120 kO a) Sin R,

0'R.

A

ñ1,, -

'

ts

22AV .2,2R12 2,7 k{r,

rn,

3 179,3

b) Con Rr= 1kf¡

A = p R.' R,. - 220 'ru [se R"+ R. 2,7 k(l

2'2 kc¿ ' 1kf) 2,2k{, + 1ko =56

La baja resistencia de carga R.. = 1 kO ' l cerca de un tercio.

kO disminuye la amplificación de tensión a

Am plificación de corriente A,

a) $in

A= A,

R."

hrr.-

lrTb".tr- =

b) Con

1 + 18 pS

'2,2R{) = 211,6

R.* 1kf¡

tti^ffi

hrr"

1 + 18

pS

. 2,2!t0' 1kO 2,2 k{t +

= 217,3

lkfi

La influencia de la res¡stencia de carga R, sohe la amplificación de corriente A, es considerablemente rnenor que su influencia sobre la amplifióación de tensión Au. MECANICO DE MANTENIMIENTO a"

#As

EENAN

ELEcTRóNrcA

eAscn rNDusrRtAL

pARTE

n

Amplificación de potencia Ao a) Sin Ao

R,

= Au'A,

b) Con Au

= Au

R,.

* 179,3' 211,6 * 37940

= 1 ko

. A,

= 56, 217.3 = 12168.8

Resistencia de entrada de corriente alterná r,n,= Rj ll R, ll f",,,, 2.4 k{:,1

*

ruu=,

Valor aBroxim ado

120 kf) ll 27

ron,

kfi

t-,,,,,

1ll2,7

kt)

* rau = 2,7 k{t

Resistencia de salida de corriente alterna

rsa,

1

fru,= Rc ll ruo,

r*= 2,2 kQ ll lElF

= 2,1 kt>,

Valor aproxirnado r,., = R, = 2,2 k{2

Circuito de colector cornún Enuncircuitodecolectorcomún,el colectoresel puntodereferenciacomúntanto para la señal de entrada como para la señal de salida.

Principio del circuito de colector común

Etapa de amplificación con circuito rJe colector cornún

MECANIÜO DE MAI'¡TENIMIENTO a

37

37

JI STUAN


fig.2.43. anterior muestra un circuito completo de una etapa de amplificación con un

El principio básico de un circuito

de colector común está repre$entado en la

La fig. circuito de colector común, con generador , con generación de tensión de polarización de base y con resistencia de carga. En el circuito de la tig.2.44la tensión de polarización de base es producida por medio de la resistencia R1 , el punto de trabajo estabilizado por medio de la resistencia de em isor Ru. Pero, en el circuito de colector común, esta resistencia de emisor no debe ser punteada por un condensador ya que la señal de salida se torna de R, . El condensador C1 tiene la tarea de evitar que la tensión de polarizacién de base pueda ser cortocircuitada a causa del generador. En términos de corriente continua, el condensador C2 sepsra la resistencia de Garga de la tensión de ernisor. Ambos condensadores deben tener una capacitancia lo suficientemente alta como para que no se produzca una caída de tensión apreciable en ellos. los valor?s característicos de un circuito de colector común pueden ser derivados del diagrama delcircuito equivalente de corriente alterna delcircuito de colectorcomún.

W

r,*

r"n,

{ile

,*t:::i-l---

Generador

I

Circuito emisor común

Carga

Diagrama delcircuito equivalente de corriente del circuito de colector común.

$in tomar e n cuenta la resistencia de carga Rr, se plica lo siguiente:

Resistencie de entrada de corriente atterna r"* La resistencia de entrada de corriente alterna r.n,de un circuito de colector común está compuestp de ro, y de la amplificación de corriente I multiplicada por la resistencia de emisor Ru,todo junto conectado en paralelo con la resistencia serie de base R I . r,n,= lrua

+ p. (RE ll r..]f ll R,


38

38

JI trruAn

ELECTRÓNICA BÁSICA INPUSTRIAL PARTE

Puesto que t"n = (frr. +

F.

rcE

II

¡ Re ,se apl¡ca lo siguiente:

RE)

ll R,

Resistencia de salida de corrient"

"tt*rná

r"o,

La resistencia de satida de corriente alterna r*., de un circuito de colector comrin está compuesta del circuito en paralelo de la resistencia de emisor con la conexión serie de ruuy la resistencia interna R' del generador, disminuida por la ganancia de corriente p . fr.r

=

REll

"p

Amplificación de tensión

Au

{,,=.au,",= --$!ou 'r' -au.n, auû + auar La tensiÓn de salida de un circuito de colector común, reducida por el valor de la tensión de base-emisor, es menor que la tensiÓn de entrada. Por está razón, la amplificación de tensiÓn de un circuito de colector común debe ser siempre menor que 1 . Con los valores deltransistory los valores delcircuito, la ecuación se lee:

'

^-

/1u

F'R,

T:Rr%,

Amplificación de corriente A,

A,=

Hq*.ats B+1 4!-= a/un, t{t d/B = a/8 = r

A,= F Valor más preciso:

+F) A,= rti(1 Ru * f"o

Amplificación de potencia A,

"

La amplificaciÓn de potencia se obtiene del producto'de Au V A, Por esto se aplica lo siguiente: Ao

=A,'A,

Ya que en el circuito de colector comúfl A, = 1 y A, = fJ , se aplica la aproximación:

Ao=A,=F MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

39

39

JAI

SETUAN

ELECTRÓNICA BASGA INDUSTRIAL PARTE II

Desfasamiento g dc la señal $i la base del transistor de un circuito de colector común se comanda con el semiciclo positivo, no solamente se aumenta la tensión de polarización de base, sino también la corriente de base, y por esto también la coniente de colector. Con una corriente de colector mayor, la corriente de emisor también asciende y produce una mayor caída de tensión en R* . Por este motivo, en la señal de salida aparece también el semiciclo positivo. Consecuentemente, en un circuito de colector común no aparece un desfasamiento entre la señalde entrada y la señalde salida. Por lo tanto lo siguiente es aplicable: Q=00 Puesto gue en un circuito de colector común la señal del emisor sigue a la señal de entrada sin desfasamiento, el circuito de colector común es conocido generalmente tomo << seguidorde emisor >>.

Propiedades caracte rfetlcas Elcircuito de colectorcomún tiene una alta resistencia de entrada y una baja resistencia de salida. Por esta razón, es particularmente apropiado como un circuito de entrada para circuitos amplificadores de varias etapas, porgue solo carga levemente al generador de señal. En consecuencia, el circuito de colector común e$ usado frecuentemente en el rango LF para el acoplamiento de la entrada de un amplificador con la resistencia interna de una fuente de sefial, inclusive cuando su amplificación de tensión es menor gue 1" Por está raz6n a este circuito también se le conoce como << convertidorde impedancias >> Ejemplo: En la fig, se muestra al transistor BC 237 Aoperado en un circuito de colector común. Este transistortiene un punto de trabajo Ur, = 5 Vi lc=2 mA; Urr= 0,62 V y tiene los ' sig uientes datos: lrr, = 2,7 k{t,$ = 22Ai tce * 55,6 kf,¿ , B = ¿Cuáles son los valores [6¡¡, r¡¡r Au, A,y A, gue tiene este circuito con y sin resistencia de

17A.

U'- U"' t? | \E = I lE

=

lfr - u", _ lc

10v-5v * 2,5 kO 2mA

Escogido : el valor normalizadg R,

IrBB =t rf =

Ifi1.

=

* 2,7 k{l

2 rnA 1'l ,77 pA 170 =

,,9* ;. p,,qr;JJ-eL

lB

;l,QP,Y,:-lv = to.v 11'77 pA

Escogido : el valor normalizado R, = 390 MECANICO DE MANTEHIMIENTO

= 322 ko

kll 40

40

-=F

dt ffifuAn

ELECTRONICA BÁ$ICA INDUSTRIAL PARTE

Resistencia de entrada de corriente alternE

II

rnn,

a) $in resistencia de carga funr

F {rr, + fJ' R, )

rn,"

= 235

ll

R

,= (2,7

k{l

+ 220 - 2,7 .k{¿} ll 390

kf)

k()

b) Con resistencia de carga R, = 1 kf )

p.(R* llRL) ll R,= {2,7k{¿ +22a (2,7 kn ll 1kr)) lt3g0 kr) fu,,,r i 15 kl) funr= {ro* +

Amplificación de tensión A a) $in resistencia de carga

AAL'= 4,.,

*

F'Ro

[l'4+u=

=

224 . 2,7 k{2 220 ' 2,7 kd:z + 2,7 k{2

0.995

b) Con resistencia de carga

AAi)4,,

=

fl .(R*ll

ftml

RL)

FJ+ rpo

= 1ko 22A (2,7 k{2il 1 kf)) 22A (2,7 ko-ll 1 kf¿) + 2,7 kl", R,

0.983

Amplificación de corriente

,4,

A, = {) x 220 (valor aproxim arlol U*

Valor más preciso:

= 'r'19 Y

rro. (1* fl) 55,6 k() {t + 22A} A*-Elr,''.¿*-ffi

^'

4,, = 210,8

Amplificación de potencia A,

carga

a) Sin resistencia de ' Ao = Au" A,= 0,995 ' 210,8

100 s) R'

f-*^..___o*__**

I

U.,,t

R,

f,,

Ao= 2A9 '7

b) Con resistencia de carga R. = 1kf) Ar, = Au ' A, * 0,983 ' 21A,8

1k

Elapa cle amplificaCión con circuito de colector connún

Ar,= 2A7,2 MECANICO DE MANTENIMIEN.TO

41

41

ñ

ffiN¡M

ELEcTRÓNIcA gASEn INDUSTRIAL PARTE

comparación

$umario y En la figura están listadas

II

¡

y

cornparadas las fórmulas de cálculo circuitos básicos del transistor. tres característicos típicos de los

y los valores

Circt. de colec{or

Circt. de emisor

Circuito

Resistencia Ecuación de entrada de corriente_ Valores tfpicos

f.n,= fsr 'ml

0,4

alterna

Resistencia de salida de coniente alterna Arnplificación de tensión

f*,* Valores

1

... 5

ka

200

fc

ko ... 10 ko

100

r"u' R" nu-rBE ^ - fl ffi

Au'

^" - F'R" fe.

Au=

Valores típicos

100.,.1000 -

<1

Ecuación

,"\* Â,=

Valores

,.. 500

F'f".

}]+

Rt

p

,1., *

Amplificación de coniente

kn

r,,,= f"tl

tipicos Ecuación

R.

.f- ll R*

,'",,,=

'ÉE

ko

r*,= R"ll r.,

Ecuación

p. Rrlll

r"nt= (r¡E +

ll R, ll R,

ko

ll

r"",= R"

RE

s00

ko

R*

F:ffi

... 200

ll

ko

rro

(c

50 kr),.. 200 kr)

t"r'R" ttu-G ^- P m

n.= Ud

P..-& lue

100... 1000

a=

rc*(1 +B)

R"*

rcE

A,=

[t

50

l*,*

..^

S'

kn

ka

f"u

P

¡=

fi

1+p

A,=

1

20 ... 500

20... 500

<1

A"= Au'A, Ao= CI' .Es

A"s Au'A,

Ao= A, 'A, Ao= Au

2000...50 000

20...500

100.. 1000

q;180fI

q=

q=

Gircuito eslándar para circuitos LF y HF

Convertirjorde

Amplitcador HF

impedancias de etapas de entrada LF

apropiado para f > 100 MHz

tlpicos

Amplificación de potencia

Ecuación

ft"=

f"t

Valores típicos Desfasamiento (frecuencias bajas)

Aplicacién


p

00

00

42

42

JAI

SENAN

ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAI- PARTE

II

WffiWffiW TI,IONTAJE DE FUENTE DE ALIÍVIENTACION

CON E$TABILIZADOR DE TEru$l0ru

MECANICCI DE MANTENIMIENTO a'

43

43

220t12V

l I

)

220

;

t

12V

I

)

)

MATERIALES / INSTRUMENTOS

OPERACIONES

N" 01

lnstalar estabilizador'de tension con

[

diodozener

[04diodos1N4007

[ I [ [ [ [ [

01

01

transformador220/RV

01 condensador1000 pF/25v

O?resistencia 330r, 1K

0l diodoZenerdeE,2v 0l transistor D401 01 fuentedealimentación DC 01 protoboard 01 multlmetro digÍtal

01

PZA, CANT.

*

trfu¡ül PERU

DENOMINACÉN NORMA HOlffaE

OBSERVACIONES

DIMENSIONES

' D€ REilTE DEAIJHFITICNoII OOt{ ESTABI.¡ZADOR

0E TFtlSlOll

HT TIEMPO:

MECANFO DE MANTENIMIENTO

ESCALA

07

REF.

HOJA:

'll1

2005

44

44

I

dAs ffifuAn

ELECTRÓNICA BA$ICA INDUSTRIAL PARTE

II

Operación; INSTALE ESTABILIZhDOR DE TENSTON CCIN DTODOZENER Paso 1: Armar el circuito mostrado y variar los voltajes de la fuente según indica la tabla y anotar los valores que indica elvoltímetro en la carga"

v,

E

4V 6V BV 10

v

12V 14V 16V

Paso 2: Armarelcircuito mostrads y medirelvoltaje de salida 220 t 12V

o**__--_-_r

J

*1

4

x

11,14004

e{

*{ ó/, -r¿

*J

*

J

MECANICO DE MANTüfi¡IMIENTO

45

45

,At trN¡M

ELEcTRÓNIcA EASICN INDUSTRIAL PARTE

II

Operación: IUIONTAJE DE CIRCUITO REGULADOR SERIE CON TRANSISTOR BJT Paso 1: Armar el circuito mostrado y variar los voltajes de la fuente según indica la tabla anotar los valores gue indica elvoltímetro en la carga.

E

v,

4V 6V 8V

10v 12V 14V 16V

Paso 2: Armarelcircuito mostrado y medirelvoltaje de salida.

O'.-.

22A

I

12V

*1 -( al

€¿

*

*{ á

46

MECANTCo DE MANTENTMIEIITO

46

DIOOOZENER

Definición Los diodos rectíficadores nunca deben Operar en la región de ruptura por que esto puede dañarlos. Un diodo Zener es diferente, es un diodo de $ilicio que el fabricante optimiza para trabajar en la regiÓn de ruptura, el diodo Zener es el elennento más importa de los

reguladores de tensión, circuitos que mantiene la tensión de carga prácticamente

constante a pesar de las grandes variaciones en la tensión de linea y de la resistencia de carga

Efecto Tener y Avalancha La tensión inversa aplicada origina un campo eléctrico que ejerce un fuerza sobre los electrones deldiodo. A partir de una determinada tensión y hasta 6V aproximadamente, algunos electrones de valencía son arrancadores de sus enlaces, con lo que se originan portadores de carga que

pueden mover$e libremente hecho

al cual se denomina denomina efecto Zener,

conseguido con los materiales fuertemente dopados. 5 voltios

Efecto de Avalancha

Efec{o

Zener

MECANICCI DE MANTENIMIENTO a

4V

47

JI tritu¡m

ELEcTRÓNICA EASrcR INDUSTRIAL PARTE

II

Como consecuencia de la eleva d,d.p. (arn¡ba de 5V) los electrones libres son además acelerados en el interior del cristal, tanto que al chocar con los átomos anancan nuevos electrones de valencia dÉ sus enlances dando origen con ellos a nuevos portadores libres hecho a loe gue se le denornina efecto de valencia.

$fmbolo

Curva de Garacterlsticas

lr* 20

Garacterlsücas de un diodo Zener

Es

pecificac iones Téc n lcas o Ca racterlsticas eléctricas Tensión Zener (Ur) . Corriente inversa máxima (l* O lr) . Corriente directa máxima (lru) .

Temperatura máxima de la unión ¡ , Potencia . Resistencia o impedancia dinámica . Coeficiente de temperatura . Ruido deldiodo . Capácidad deldiodo .

total


4B

48

ELECTRóNICA sÁstcn tNDUSTRIAL pARrE

Aplicaciones

n

,

Este tipo de diodo tiene una gran aplicación en circuitos reguladores de tensión como diodos de referencia de tensión, limitadores de crestas de tensión y como protección de circuitos o elementos de picos de tensiones peligrosas.

AU.

60

un* ,oo

l*

*. KV

en mA

Estabilización con diodo Zener

Rangos

rJe

tensión

La tensiénZener indicada para un diodo Zener usualmente se aplic a parauna corriente l,=5¡rA. Hoy en día $e suministran diodos Zener con tensioneg Zener entre Ur= 2.4V y U r= 47V. De todas formas, también se producen cliodo s Zener

de potencia para tensíones Zener de hasta LJ, T 200V.Los valores cJe las diferentes tensiones Zener de' los diodos de ilna serie corresponden

frecuentemente a la serie F.24, es decir, existen solamente diodos Zener eon Zener de 2,4V;2,7V; 3,0V;3,3V;3,6V;etc. La tensión Zener indicada no obstante tiene todavía una cierta tolerancia,la cual depende del grado de calidad del'diod oZener, y puecle estar entre 1 olo y 1A a/o

"tensiones

MEGANITO DE MANTENIMIEMIO a'

49

49

#r trfil¡sl

ELEcTRÓNIcA eAsIcR INoUSTRIAL PARTE

II

Designaclones

Para poder distinguir los diferentes grupps de tensiones con las tolerancias asociadas de diodos Zener de un tipo básico, se añaden letras adicionales a las designaciones de tipo deltipo básico (ej. BZX 83). De acurdo alsistema , las diferentes letras tienen el siguiente significado:

A

*, 1oloi

B

*.To/oi

C

t5o/o;

D

*.1}a/o.

A esta indicación de tolerancia se le añade una indicación del valor medio de la tensíón Tener en voltios. Si se tratan de valores entre dos números enteros, ej. 6,8 V, se inserta en lugar de la coma una <, es decir 6V8. Si por ejemplo, un diodo Zener tiene un designación de tipo BZX 83 C 6V8, de esto se obtiene la siguiente información;

c

BZX 83

6V8

Tolerancia

Tipo básico

$ilicio Z Diodo Zener X Tipo industrial 83 Numero de registro

C *.5o/o

B

Tensión Zener

6,8 V valor nominal

En base a este sistema de designación, es muy fácil reconocer las 'ropiedades más importantes de un diodo Zener en particular. El extremo del cátodo siempre está marcado por un anillo de color.

Donde:

V, = Tensón de entrada V; * Tensión de salida l, = Corriente en el zéner l. = Corriente de salida

9 a 12V 7v

5mA 24a50 mA

MECANICO DE MANTENIMIEHTO a"

50

50

J'rt trfuAn


II

Fuentes de alimentación reguladas

Es una fuente no regulada que incluye un reguladorde voltaje"

Regulador de Voltaje: Circuito que mantiene elvoltaje en la carga constante aunque varíe elvoltaje de entrada o varía la corriente de carga. Los reguladores pueden ser: Reguladores con diodo zener. R eg uladores integ rados R eg uladoces co n tran sistores

Regulador por diodo Zener

Donde:

V* = Tensón de entrada V, = Tensión de salida l. = Corriente en el zéner l* =

Corriente de salida

I

a12Y

7v

5mA 2Aa50mA

Con el uso de este circuito podemos asegurar una tensión máxima a la salida del circuito independientemente de las fluctuaciones originada en la entrada del mismo. Este circuito es muy sencillo de implementar, solamente tendremos que ver cual es el valor

de la resistencia Rlim que será la resistencia limitadora que absorberá la diferencia de tensión que quereüla$:'recortar en la entrada Para elcálculo de la misma hacemos: V,{minJ - Vl.{min} + l,{móx)


51

51

,Ar ffiTUAN


Donde:

.

Ve(min) sTénsiÓn de entrada mlnima V$ = Tensión de salida lz(min) = Coniente mlnima que circula por el diodo (Dato obtenido de la hora de datos del fabricante)' ts(máx)= Corriente máxima que atraviesa la carga

$i por ejemplo, nuestra fuente de entrada varla entre 9 y 1 2V y queremos a la salida una tensión de 7 V entonces Rlim será. RlimW (9-7){0,005+0,050} * 2/0,055 = 36,36 O El

valoriz(minll o obtuvimo$ de la hoja de datos delzéner.

Vemos que Rlim tiene gue $er menor o igual a 36,36 ohms, ¿prer exiete en el mercado dicho valor de resistencia? Como ya vimo$ en el capftulo 1, cuando hablamos de las resistencia$, que ng,tqdgp lgq,,y3,lpr$9,,d,g fegiplgnSins,e,$tán, #sp"pnihlq$* sólo podrerno$ encontrar ciertos valores para las resistencias. Pero en este caso no habremos de preocuparnos dado que para Rlim tenemos una cota de menor o igual a 36,36 fl , entonces bastará con elegir un valor próximo a éste pero sin pasarlo. De la tabla de valores vemo$ que el que más se aproxima ee 33 A , por lo tanto elegimos éste Ya tenemos el valor ohmico de la resistrencia, ahora nos falta ver qué potencia va a disipar

la resistencia, para ello multiplicamos la corriente que la atraviesa por en ella (Ve-Vs) La corriente es: l=2133=

la

tensiÓn que cae

60,60 mA

Entonces P =2V x 60,60 mA =0, 12W Elegimos una Rlim cuta disipación de potencia sea 1/2 W

Precauciones con la polaridad ¿el OiodoZener La potencia deldiodo Zener determina la rnáxima corriente permisible para eldiodo y hay que tener muy en cuenta de gue en el circuito no sobrepase esta corriente lo que producirá la destrucción del dispositivo, una regla general hay que hacerlo trabajar como máximo

MECANICO DE

MANTENIMIENTO at

52

52

JAT

SENAN

ELEcTRóNrcA gÁsrcn TNDUSTRTAL pARTE n

EL REGULADOR SERIE POR BJT La regulación en este caso la realiza un reguládor a transistores, en $u versíón más simple, es sencillamente un seguidor de emisor regulado por una señal de referSncia, que generalmente lo proporciona un diddo Zener.

T,

'u

R,

u.,

Ejemplo. $e requiere una fuente regulada con g voltios de tensión de salida 0,S Amperios de corriente de salida máxima, especificar cada uno de sus componentes a partirde una fuente no regulada de 15 voltios de tensión de salida.

1' Se. desig n a un tra ns istor que ten ga las ca racte rísticas sigu ientes. - La lCmáx debe ser mayor a 0,5 A - La potencia máxima de disipación debe ser superior a 3,s vatios En el stock encontraremos el BD1 35.

2" Se designa eldiodo Taner:

U|=UO

+ UBE = I V + A,T V = 10V

PD* UZxIZ*10V x0,01 V= 0.1 V Luego, el Zener tendrá la característica IJZ= 1 0 V ; PD = 1l2W

3" Se calcula la R*

lo = ggA B 200

lB

l*=1,

Rs=

*

= 2,b mA

l, = 2,5 mA+ 10 mA= 12,5 mA

U,-U, = 15V-9V -lffin-=

4Bo-

MECANICO DE MAhITENIM IENTO a'

R.'= 470 (Valor comercial)

-

53

53

JAT

trilffil

ELEcTRÓHICA gASEN INDUSTRIAL PARTE

II

Circuito Reguladorde tensión con componentes discretos Este tipo de fuente está constituida por un regulador serie simple al cual se la ha agregado un divisor de tensión para derivar una muestra de la tensién de salida, asl misrno se le ha agregado un transistor que opera c,omo una amplificador lineal y gue toma la muestra del divisor de tensión como realmentación con el cuál se coRtrola corriente de su colector. Además sólo se necesita un diodo Zener de una tensión próximo de 6 V como referencia para asl rnantener el coeficiente de temperatura próxirno de cero conservando una gran estabilidad que es amplificada con el amplificado de realimentación de tensión.

EJemplo: $e requiere una fuente regulada de tensión con realimentación de Uo = 10 V ; lo = 0,5 A ¿gue especificación tendrá cada uno de su$ cornponentes si se alimenta con l una Ui = 15

voltios?

1

o

$e seleccionan los transistores

a) T, se selecciona tomando en cuenta su lC que debe ser mayor de 0,5 A y su potencia

debe ser ,rnayor de 7,5 vatios. En nuestro "stock" encontramos el 8D135 que tiene las' s ig u ientes ca racterísticas:

lr* 1,5A;

Po=

20W ; hrr=200

b) T1 se selecciona para una pequeña lC y PD en este caso seleccionamos el BC 108C que tiene lae siguientes características:

l.=0, 1 A ;Po *0,36W ; hrrc400

2'

El diodo Zener como se ha rnanifestado anteriormente se selecciona de un voltaje alrededor de 6 voltios, en este ca$o se toma un diodo zaner de 6,2 V ; 1 lzW.

3'

$e calcula los valores de R,,

R2,

R,


54

54

JAI

ffiruAn

ELEcTRÓNIcA

gAslca

INDUSTRIAL PARTE

II

Hay que teneren cuenta que r = R 1 + R2+ R3

yquer=

UO

Tp

lP = 100 a 200

r

=

lO

si lO = 500 rnO

.=1=Q,Y.-

3,3 mA

*

==r

lP = B,B mA

g030 O

a) Calculando R2

R2 ==> R2 =

1

=

,vfiJ

uo

I k()

500o

6,2 V¡-3030,

10v

Q = 1878,6 '!v'u'r.'¡É

{valor comercial}

c) Se estima R1 = 680 R3 =

I= ()

(potenciómetro)

4'Se calcula R4

lrr=lO=0,5A

lC1

*5mA

lu'= #=+f;tA*=2'5mA R4 E

- (U0.+ UBE2)

Vl W R4E lfyÉ**Yü*fl0=##"a586,62r) ==> R4 = 560 f) (valor comercial)

R5*ffi=ffi= ==> RS

* 910 e

*fu3seoe

(valor comerciat)

Circuito regulador de tensión cqn lirnitador de intensidad de corriente

' -

Los reguladores en serie en los capítulos anteriores no cuentan con alguna protección contra circuitos. Si accidentalmente se realiza un cortocircuito en los terminales de la carga, se tendrá como respuesta una corriente de salida (lO) muy e.levada que destruirá al transistor o a los diodos de la fuente no regulada porsobrepasar sus valores límites de FD.


55

,rr trN¡[l

ELEcTRóNrcA gAstcn TNDUSTRTAL pARTE u

Para evitar esta posibilidad se coloca un limitador de corriente como parte del circuito de estas fuentes reguladas.

La R6 se calcula para gue produzca una caída detensión de0,6 aA,7 V al valorde límite de coniente (lOmáx) para así poder polarizar al transistor T3, ponerlo en eaturación y derive una cantidad importante de corriente para gue no siga aumentando l82 y como consecuencia no aumente lO. Ejemplo: La coriente de salida de una fuente regulada lO se necesita limitar a 0,5 A ¿cuáles serán los componentes a seleccionar? a) Se selecciona un transistor de pequeña potencia, en este caso se ha seleccionado un NPN más especlficamente al BC 108C este transistor trabajará en conrnutación o sea que cada vez gue existÍa un cortocircuito o un consumo mayor a 0,5 A entonces el transistor estará conduciendo y mientras la corriente sea mayor a 0,5 A el transistor permanecerá en estado de bloqueo

b) La R5 se selecciona en función a la lO que se reguiere limitar, para este caso tenemos lO máx* 0,54.

*=>RS

= UglL = to

Y- E 1,4t¿

0,5 A

Luego, R5 será de 1,5 O (valor comercial)

57


56

JAT

SENAN

ELECTRÓNICA BÁSICA INDU$TRIAL PARTE

II

Circuitos osciladores y conformadores de onda Conceptos Un oscilador e$ un circuito o componente que proOuce una señal de salida permanente y que varía de amplitud con el tiempo, por esto comúnmente se le llama Generador de señal, y su salida puede ser: sinusoidal, cuadrada, de impulso, trÍangular o en diente de sierra. Cuando la señal producida e$ una onda sinusoidal de amplitud y frecuencia constante, el circuito oscilador recibe el nombre de "Generadorde onda sinusoidal".

(a) Onda sinusoidal

(d) Diente de síerra

h (e) CInda triangular

(b) Onda cuadrada

(c) Tren de impulsos

;'ff]::|1:r

Periodo

+

Estos circuitos se emplean en todo tipo de equipos electrénicos desde radios, trasmisores y receptores de televisiÓn, computadora$, osciladores, generadores de señal a medidores

de frecuencias

d ig

itales

Partes de un oscilador En osciladores sinusoidales a reacción se encuentran bien definidas las siguiente* partes: El amplificadol la r*alimentación y los componentes quddeterminan la frecuencia. IvIECANICO DE

MANTEN|M|ENIO

58

ST

trru¡trI

ELECTRÓNICA BASEA INDUSTRIAL PARTE II

^

Reguladore$ de tensión

integrados

r

Todas las fuentes de tensión constante q¡le emplean técnicas de circuitos integrados son ofrecidas por diferentes fabricantes bajo las descripciones regulador de tensión frja y regulador de tensión variable, estas contienen alrededor de 20 funciones de transistor, varios diodos zener y aproximadamente 20 resistencias. integrada$, y trabajan baio el principio de las fuentes de tensión constante con amplificador diferencial. El practicante no necesita estar familiarizada con la técnica del circuito interno, ni con el trabajo de los tra nsistores ind ividua les.

lI

i F

Estos reguladores de tensión integrados generalmente tienen tres terminales, para la tensién de entrada Uent, para la tensión de salida Usal y para masa o tensión de referencia. Consecuentemenle a estos se les denomind reguladores de tres pines. Debido a la limitación de corriente y protección térmica integradas, estos reguladores son muy inseniibles a cortocircuitos o sobrecargas. Dichos reguladores permiten una construcción simple de las fuentes de alimentación de potencia. Mediante la circuitería apropiada con componentes adicionales, se'pueden construir rápida mente ,para propósitos especiales, fuentes de alimentación de potencia con buenas características a bajo costo. Reguladore$ de tensión fiia de las series 78xx y 79xx Aparte de un gran número de tipos individuales de regutadores de tensión fija, dos series de reguladores de tensión son hoy en día de uso generalizado. Estos los producen varios fabricantes con los mismos datos y se ofrecen como la serie 78xx y la serie 79xx. La serie T$xxesta diseñada para tensiones de salida positivas con valores fijos entre + 5 V y 24V, mientras que la serie 79xx es para tensiones de salida negativas con valores fijos entre - 5 V y 24Y. El número que aparece en el lugar representado por xx en el número de serie indica la tensión de salida. Por ejemplo, el número de serie 7805 indica una tensión de salida de + 5 V, y el número de serie 7915 una tensión de salida de - 15 V. Los reguladores de tensión fija se aplican para corrientes de carga desde 0,1 A hasta 5 A. $e producen diferentes diseños de capsulas, de acuerdo a la carga. La resistencia interna dinámica de los reguladores de tensión fija, en las series 78xx y 79xxes del orden de n = 20 m Valores.de G = 500 a G = 5000 se pueden determinarcomo factores de alimento (G = Uent / Usal), dependiendo del modelo de la serie. Existen circuito básicos y sencillo$ para la instalación de los reguladore's, sin importar sus

lr-,

l"

I

{'0v

l-

MECANICO DE MANTENIMIENTO at

58

l"-

{r0V

*

SENAN

ELECTRÓNICA BASrcA ¡NDUSTRIAL PARTE II

En todos los reguladores, la tensión de entrada U,", debe $er por lo rnenos 2 V rnás alta gue la tensión de salida Uu,,. Los dos condensadores Cu", v C,ur también necesitan ser

conectados externamente. Para el condensador C.", son nonnales valores entre 47A pF y 22AA pF. Si la distancia física de los reguladores hasta elcondensadorCentes grande.

Reguladore$ de tensión ajustable La necesidad detenerfuentes detensión ajustable resulta inevitable. Los reguladores de tensión fija no ofrecen la mejor manera de conseguir esto. Por lo tanto, se utilizan reguladores de tensión ajustable, tales como, los tipos LM 31 7, LM 337 o aún el L200. El módulo LM 317 suministra una tensión de salida positiva, el módulo LM 337 una tensión de salida negativa. Con una tensión de entrada Uent = 40 V, ajustando el divisor de tensión, la tensión de salida se puede regular a algún valor entre Usal = 't ,ZS V y Usal = JT V."Para que el regulador de tensión trabaje satisfactoriamente, la tensión de entrada debe ser al menos 3 V mayor que la tensión de salida. La figura 4.16 muestra el circuito básico de los dos reguladores de tensión.

+40V

LM 317

-40v

+ 1.25 ... + 37 V

,1,?5...

MECANICO DE MANTENITUIENTO at

- 37 V

59

59

fr trN¡M

ELECTRÓNICA BASlcA INDUSTRIAL PARTE II

La tensión de salida se ajusta utilizando el potenciómetro R2. Para la resistencia R1 los fabricantes especifican un valor de R 1 > 120f,l . Con elobjeto de minimizar la corriente que pasa a través deldivisorde tensión, ugualmente se selecciona un valormayor. La tensión de salida se obtiene a partir de la relación de R, y R, como:

Usal

E 1,ZS

1*#

V

Para el trabajo óptimo del regulador es conveniente ordenar las resistencias R1 y R2 a la

distancia más cort¡a posible del médulo regulador" para el condensador de entrada adicional, colocado directamente en el módulo, se requiere un valor C, = 0,1 ¡rF. La coniente nominal de ambos módulos €$ l*0, = 1,5 A. La limitación de corriente

integrada limita la corriente de carga I l, = 2,2 A. La potencia de pérdida perrnisible es P*n" = 20 W, Debido a esta potencia de pérdida permisible, la coniente de carga permisible l*0, $e especifica como una función de U"n,y U*"r. Porlotanto, la tanto, la limitación integrada de coniente para 1.",n, = 2,2 A no brinda, en todos los CaSos, protección del módulo en la eventualidad de un circuito de la salida, debido a que no existe una protección de sobreca rga té rm ica presente.

Otro regulador ajustable es el tipo L200 (fabricado por SG$ -ATES). Este tiene cinco terrninales. Consecuentemente existe la posibilidad de programación de tensión y corriente. Para el L200 son ceracterfsticos los siguientes datos: Tensión de entrada máxim a Máxima diferencia de tensión entrada/salida Tensión de salida ajustable Corriente de salida ajustable

40v 32V 3... 37 V

0....24

La desconexión térmica a 150'C y el control de potencia del transistor de salida internoi son medidas adicionales de protección contra cortocircuitos. La figura muestra la circuiterla estándar, cuando se utiliza el módulo como un regulador de tensión, junto con la identificación de terminales.

MECANICO DE MANTENIMIENTO :

60

60

ñ

ffitUAn

ELEcTRóNrcA BÁsrcA rNDU,srRrAL pARrE

n

I

La tensión de salida se calcula utilizando la fórmula:

Para que el transistor de salida interno conmute adecuadamente la resistencia R1 debería se RT1 < 1 k . La corr¡ente de salida se limita por medio de la ¡esistencia R3. Su dimensionam iento se realiza de acuerdo a la fórmula:

para R3 = 0 , la corriente de salida máxima lsalmáx = 2,s A. Los reguladores de tensión tienen inclinación a oscila¡ debido a que su método de trabajo se basa en el proceso de la técn ica de regulación,. Por lo tanto, para prevenir las oscilaciones, se conectan condensadores adicionales entre la entrada y masa y entre la salida y masa.

se puede requerir de mayor compensación dependiendo de la aplicación y de la

naturaleza de la construcción del c¡rcuito. se debe hacer referencia a los cuáles del fabricante.

MECANICO DE MANTENIMIENÍO

.,

61

61

Jt *NAN

ELEcTRÓNICA AASrcA INDUSTRIAL PARTE

II

wffiffiffiffiw MONTAJE DE TIRISTORES YTRIAC

MECANICO DE MANTENIM}ENTO a"

62

62

Osciloscopio

0,1 1rF/600V

224 {)

OPERACIONES

NO

lnstalar circuito de tiristor

01

01

y

MATERIALES / I NSTRU

[ [ [ I [ [ [ [ I

triac

01 TRTAC

ME

NTOS

600V/10A

01 D/AC

02condensadores0,l pF/600V O2resistencias 22Ar,1 K 01 potenciómetro 01 lampara 22AV

0l osciloecopio 01 protoboard Puntas de osciloscopio 10:l

01

PZA. CANT.

Jt sNrm PERÚ

DENOMINACIÓN NORMA I DIMENSIONES MONTAJE DE TIRISTORES Y TRIAC MECANICO DE MANTENIMIENTO

OBSERVACIONES HT

08

TIEMPO: ESCALA:

REF.

HOJA:

111

?o5

63

63

ñ

trlu¡fil

ELECTRÓNIcA gASICe INDU$TRIAL PARTE

II

OPERACIÓN: INSTALAR CIRCUITO CON NRÉTOR Paso I : Verificar componentes, equipos y accesorios a utilizar. Paso 2: Armar el circuito mostrado y conectar el osciloscopio,

0,1 pFl600V

0,1 t¡F/600V

Paso 3: Graficar la onda que apare@ en elosciloscopio.


64

64

ñ

SEfUAn

ELECTRóNIcA BÁsrcA TNDUsTRTAL pARrE

'

OPERACIÓN: INSTALAR CIRCUITO CON TRIAC Paso I : Verificar componentes, equipos y accesorios, Paso 2: Armar el circuito mostrado y conectar el osciloscopio.

Lámpara 0,1 nF/600V

220

#

0.1¡tF/600V

Paso 3: Graficarlaonda que aparece en elosciloscopio,

IL'IECANICO

DE MANTENIMIENTO a

65

65

*

trTUAN


TIRISTORES

lntroducción

A diferencia de los transistores

bipolares

y de los FETS, que operar como

amplificadores lineales o como interruptores. Los tiristores sólo pueden trabajar como interruptores. Estos son dispositivos semiconductores de cuatro capas gue mediente retroalimentación interna produce un enclavamiento o enganche.

$us principales aplicacione$ son de controlar grandes conientes de carga en motores, calefactores, sistemas de iluminación, etc. y asl mismo como elementos auxiliares de disparo de otros tiristores.

Glasificación Existen diferentes tipos de tiristores como se indica a continuación: Diodo de cuatro capa$ (SHOCKLEY) Tiristo r d iodo bidireccional

TIRISTOR DIODO DIAC TIRISTOR SCR TRIAC El

Tiristortriodo Tiristor triodo bidirecciona

I

tiristor Diodo o Diodo Shockley

También recibe el nombre de diodo de cuatro capas, se le clasifica como diodo porque sólo tiene dos terminales de salida, por tener cuatro regiones dopadas a veces se le llama también: diodo PNPN. Este elemento puede ser visualizado separando en dos mitades como en elgráfico siguiente; una mitad es un transistor PNP y la otra mitad un NPN. Por lo tanto el diodo de cuatro capas es equivalente a dos transistores en una

AT

A

.* P

P

N

N

N

p

P

P

N

N

K

K

MECANICA DE MANTENnIIENTO

.,

66

66

*

SETUAN


Funcionamiento del diodo

$hockley

II

r

Cuando se aplica una tensión inverga a este diodo, las dos uniones PN exteriores quedarán al norte, osea, polarizando en sentido inverso y por el diodo solo circulara una débil corriente inversa. Cuando se le aplica una tensión en sentido directo sólo quedará alcorte la unión PN central. Mientras la tensión aplicada sea menor que la tensión de encendido circulará también una corriente de poca intensidad de igual valor que la inversa" Cuando se sobrepasa la tensión de encendido (UE) el efecto de avalancha provocará la aparición de un gran número de portadores de carga libres en la unión PN polarizada inversamente, con lo que eldiodo se cuatro capas se pondrá a conducir. Una vez que un diodo de cuatro capas comienza a conducir (tensión de ruptura) la tensiÓn a través de él cae a un valor pequeño, dependiendo de que tanta corriente este circulando por é1.

bloquea

bloquea

----,>

bloguea

---{'

--->

Polarización directa

Palarización inversa

Los diodos SHOCKLEY seguirán conduciendo mierrtras circula una corriente mayor a la corriente de corte o corriente mínima de mantenimiento, no siendo necesario llegar a (0A) para que deje de conducir. (1.)

Símbolo

AN-l

K


ot 67

f¡

fr

I :

JAT trNAN

ELEcTRÓNICA EASICN INDU$TRIAL PARTE

II

¡

: I

Curva de caracterfsticas A O ANODO

lF

l*/ mNSA

ZONA DE BLCIOUEO EN SENTIDO DIRECTO

0,05 / 0,2 ps

t5/35

ZONA DE BLOOUEO EN

¡uA

U *nn. 0,51 1,2 v

Uoo***

uo

2OI2AAv

En la curva de caracterfsticas se nota une zona de bloqueo en sentido inverso y una zona de bloqueo y conducción en sentido directo notándose también el punto de tensión de encendido o conmutación y la corriente de mantenimiento.

EL DIAC El DIAC es un elemento simétrico que no posee por tanto polaridad. Su estructura es prácticamente la unión de dos diodos SHCKLEY en antiparalelo. I

_m*' -=-

L,

LI P N

P

-l

2

Los DIAC son muy utilizados para realizar circuitos de disparo del $CR y TRIAC permitiendo obtener, con condensadores de poia capacidad y volumen corrientes elevadas de disparo, Estos elementos tienen el mismo principio de funcionarniento que el diodo se cuatro capas con la única diferencia que el DIAC puede disparar y conducir hacia ambos sentidos Las tensiones de disparo $uelen darlo los fabricantes entre 20V MECAN tCO DE MANTET.IIMIENTo

y

32 V. 68

68

dAs

SE¡UAN


II

Símbolo

',-ffi-', Curva de características

Zana de conducción deldiodo de cuatro capa$ izquierdo

Zana de conducción del diodo de cuatro capa derecho

ELSCR Estos elementos pueden considerarse como una evolución de los diodos de cuatro capas, a los que se les ha añadido un electrodo de mando, también denominado puerta. Cuando el electrodo de mando o puerta no está conectado el SCR se comporta como un diodo de cuatro capas Este elemento actúa comCI interruptor de alta velocidad y se utiliza generalmente en circuitos que funcionan con potenciales de varios cientos de voltios y por que puedan pa$ar hasta varios cientos de amperios. Siendo su mayor uso en regulación de velocidad de motores de corriente continua. "Principio

de funcionamiento del $CR

A un transistor $CR puede hacérsele trabajar como circuito abierto

(dejándolo blogueado en sentído directo) o puede hacérsele disparar a un estado de conducción 'en sentido directo, aplicando un impulso corto de potencia relativamente bajo el

J:::'-1::::11;

MECAN ICO DE'VIANTEFIIMIENÍCI

7A

69

*

trN¡trI

ELECTRÓNICA BASrcA INDUSTRIAL PARTE II

Una de las ayudas para entender mejor su'funcionamiento es utilizado el circuito equivalente de dos transistores. Dividiendo el tiristor en dos transistores uno PNP y el otro NPN como se muestra en elsiguiénte gráfico. Terminal de Ánodo

Terminal

de Fuerta

Elfuncionamiento puede dividirse de la siguiente manera: Polarización inversa.- La polarización negativa del ánodo respecto del cátodo, el tiristor se encuentra en estado de bloqueo inverso y solamente pasa una corriente de fuga de valor bajo. en estas condiciones las uniones J1 y J3 están polarizadas en seritido inverso. Polarización directa.- La polarización positiva del ánodo respecto del cátodo, pero sin señal de puerta. En este caso se dice que el SCR está bloqueado en sentido directo, puesto que se comporta como una resistencia elevada. Solamente pasa una pequeña corriente de fuga. Puede verse también que aunque J1 y J3 estén polarizadas en sentido directo la unión central J2 está invertida. Por lo que respecta alcircuito equivalente, se puede explicarel bloqueo en sentido directo porque al no tener la puerta señal aplicada , TrZ se bloguea. Solamente puede pasar una corriente de fuga pequeña. Palarización en sentido directo con señal aplicada a la puerta,- Si se aplica un impulso de polarización directa entre la puerta y cátodo mientras el ánodo sea polarizando en forma positiva respecto delcátodo, eISCR estará obligado a conducir.

y

El tiempo de conmutación es

r"¿p¡Ao (microsegundos) puede pasar por el componente una corriente grande, limitada solamente por la resistencia externa. La tensión de ánodo a cátodo cae a un valor bajo, normalmente 1 V.

Esta acción puede explicarse empleando el circuito equivalente, señalando que un impulso de polarización en sentido directo hace que Tr2 conduzca.


70

,Al

trfuAn

ELEcTRÓNIcA eAsIcR INDUSTRIAL PARTE

II

El circuito de los dos transistores tiene un taio de realimentación positiva, puesto que cada uno tiene su colector cableado a la base del otro. Por este motivo los dos

transistores conducen rápidamente y permanecerán así aún cuando se retire la señal, el conjunto solamente puede dejar de conducir por reducción de la corriente de ánodo

por debajo de un valor conocido como "corriente de retención" o corriente de mantenimiento,

En los circuitos de corriente alterna los SCR dejan de conducir todos los semiciclos, cuando la tensión de la fuente de alimentación pasa por cero y se hace negativa; esto automáticamente hace gue deje de conducir. En los circuitos de corriente continua se emplean técnicas especiales para reducir la corriente de ánodo a cero, para hacer que no cond uzca ese componente. Existen otras dos condiciones, aparte de la señal de la puerta, que harán que el $CR bloqueado en sentido directo entre en conducción. Sobrepasando la tensión directa máxima de ruptura en sentido directo. Aplicando una onda de tensiÓn de subida rápida entre ánodo y cátodo, normalmente mayor de 50 V por microsegundo. Este "efecto de rapidez" se explica porque la capacidad interna (uniÓn J2) puede alimentar una parte de una tensión de ánodo de subida brusca a través de la puerta. Esto hace que el SCR conduzca. Siendo estos dos efectos indeseables. Símbolo delSCR El símbolo del SCR es lo rnismo que el de un diodo rectificador al que se le añade un terminal llamado puerta {G).

I

.

Curvas de características del SCR En el siguiente gráfico se tiene representado la curva característica de la l, en función

de (U') donde podemos observar que conduce en el primer cuadrante conducción directa y bloquea en eltercercuadrante.

MECANICO DE

MANTENIMIENTO

71

71

,rt EEIUAN


II

directa

Tensión directa máxima de ruptura en sentido directo

Coniente de

,l Tensión lnversa

i

Tenslón Directa Region de descarga inversa

Bloque en sentido directo

Reverse current

Especificaciones técnicas del SCR Las especificaciones técnicas más importantes delSCR son:

Corriente media en directo (IFAV).- Es la máxima corr¡ente media que puede circular

porelSCR. Tensión de pico invrerso (URWM).- Es la máxima tensión de pico gue puede soportar el SCR en polarización inversa.

Así mismo, existen otros parámetros que los fabricante$ proporcionan para un mejor uso de cada tipo de SCR; entre ellos podemos citar:

rf Carriente máxima de puerta {lGT) á Tensión máxima de cebado de la puerta (UGT)

f f f

,?

/ f f

,/

/

Corriente de mantenirniento (lM) Tensión de mantenimiento (UH) Qorriente de enganche (lL) Tensión deenganche {UL} Tensión de disparo (UD). Tensión de cresta alestado bloqueado (UDWM) Tensión dlrecta de pico repetitivo (UFRM) Tensión inversa de pico no repetitivo (URSM) Carriente máxima de pico no repstitivo (IFSM)

Así mismo en la curva de caracterlsticas del SCR podemos notar regiones en

la

ausencia de corriente de comando. MECANICO DE MANTENIMIENTO a'

72

72

,As

ffiNAN

ELECTRÓNICA BÁ$ICA INDUSTRIAL PARTE

II

Región de gran impedan ciay condición de bloqueo de la estructura PNPN, siendo la unión central polarizada en inversa. ' 1

.

2. Aumentando la tensión directa $e presenta la tensión de avalancha de la unión central, esto es la tensión de disparo o ruptura con U" = 0 3. Región de resistencia negativa no observable con elosciloscopio.

4. RegiÓn de pequeiia impedancia, es la región de conducción directa Si se aplica una corriente de comando sobre la puerta, se desp laza hacía la izquierda la

tensión de ruptura (U,.).

CCRRIENTE

uE

Áruono (l')

Uorr,

1E¡.¿stóru

Áruono - cÁrcr:r:

Hoja de datos técnicos del $CR Estos datos son proporcionados por el fabricante, agrupándolos y formando catálogos con las características de cada cCImponente asi como también su forma, dimensiones ubicación de terminales.

.y

Mf;CANICO DE

MANTENIMIENÍO

T3

73

,Ar trtu¡m

ELEcTRÓNICA gASNN INDUSTRIAL PARTE

Hoja de datos de $CRs de

potencia.

II

.

THOMSOT.I $ETilICO I{ DU CTE U R$

thyristors ¿ {00Arms thyristors ¿ 100 Aeff o:'" l,?

Typ¿s (A)

1400 Arms/T,,* TN 931 Ol TN s31 02 Tr.¡ 931 04 TN 931 06 TN 931 08 TN931 10

oC = 80

T,

(A)

T, = 125 oC

ln

= 125oC máx (mA)

t=

I

máx

(v)

vr" I

dvlüo lru

e

60%

lo, máx (mA)

rnáx

m

1,S

2m0

38

2m

1.35

2m0

3(n

V''to"

Case

min

M

(mA)

{V/ps)

125 000 A? s

lm 2ú0

80r

4m 6m 8m 10m

1m

TN931 14

14m

15ffi)

3

1A

16ü

TNS3l 16 Tt't 931 'r8

18m

2ffi

TN 931 20

900 Arme/T,^* = 8O

TN 933 01 fN 93S 02 TN 933 0{ TN 933 06 TN S33 08 TN93A 10 TN 9T' 12 TN S33 1,/i

@Voo,n, v,,o

Vr**

(v)

To*= 25oQ

€}Vo"ot

10 ms

TN93t r?

1

l* l*

lr,*.o

oC Ti = 12S oC

t?

| = 3 I 25

OOO

Ar

s

fm 2ú 4m 1210

6rD

8ff)

25 000

40

3

r0m 12m

14&

o@T'*1?5{C

cB -265 (MU 169)

Oele l€ad ; rirhlto C,athocla leacl : rcd Approx. Lengfi: 300 rn¡n

Hole 4.13,6 deÉh - 2.1 (anode and cathode sídes)

Los tiristores de potencia o de gran corriente, tienen que trabajar necesariamente acoplados (a) disipadores, también de grandes tamaños, para así evitar su destrucción por efecto de la temperatura.

MECANICA DE MANTENIMIENTO a"

74

74

? *

SETUAN


II

EL TRIAC

Es un elemento semiconductor de tres electrodos, perteneciente a la familia de los tiristores, urJo de sus electrodos es su terminal de control llamado puerta (G) y los otros dos son los electrodos principales de conducción. Este dispositivo puede pasar de un estado de bloqueo a un régimen de conducción, en los dos sentidos de polarización (lery 3er cuadrantes) y volver al estado de bloqueo por inversión de la tensión o por disminución de la corriente por debajo del valor de mantenimiento lH"

EITRIAC es pues la versión bidireccional del SCR, en su repre$entación eléctrica se le puede comparar con la asociación en antiparalelo de dos SCR como se indica en el gráfico

siguiente

r

r,

N

GO-

, f l.al

p

I-

lN

-

T,

El funcionamiento es similar

alde los $CR. Así el TRIAC dejará pa$ar la corriente o la bloqueará en ambas.direcciones y puede serdisparado para gue produzca, en una u otra dirección, las señales de puerta positivas o negativas. El TRIAC conduci rá carrectamente si:

a)T2 (+¡ 11 (-)

G

Primer cuadránte

(+)

blr2

(-) T1 (+¡ G (-)

Tercer cuadrante

MECANICA DE MANTENIMIENTO a"

75

75

Jrr

*N¡[1

ELEcTRÓNICA gASICR INDUSTRIAL PARTE

Slmbolo

T2

Curva de características

#

II

G

Tr

Ejemplo de aplicación del DIAC y TRIAC mando de potencia (corte por fase)


76

76

,At trfuAn

ELECTRÓI.IICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Prueba del SCR y TRIAC

Un SCR es un diodo conmutable que en la conrJucción no activada, bloquea la corriente en ambos sentidos de circulación. Aplicando un pulso positivo de tensión al electrodo de control, elsCR pasa alestado de conducción. un circuito de prueba se basa en estas propiedades der scR. Prueba con el ohrnímetro.- El polo positivo del instrumento se conecta ánodo y el polo negativo alcátodo del $CR, Uniendo ahora momentáneamente elelectrodo de control (puerta) al ánodo (que corresponde alpolo positivo del ohmímetro), el$CR debe pa$ar al estado de conducciÓn. Este estado debe mantenerse aún interrumpiendo la conexión entre el electrodo de control y el ánodo. El SCR sólo vuelve al estado de bloqueo interrumpiendo {aunque sea momentáneamente) la conexión con el ohmímetrc.

Prueba con probador de continuidad.- En lugar del ohrnímetro, puede emplearse un probador de continuidad formado por una lámpara en serie con una batería. El procedimiento de prueba es el mismo.

Para probar'un TRIAC se pueden emplear los mismos procedimientos que para el $CR con la única diferencia de que se puede hacer con ambas polaridades de la batería, es .decir primero positiva y después negativa.

MECANICO DE

MANTENIMIEN.TO

77

77

trlNAn

rlecrnÓN¡CA NASrcR

^

INDUSTRIAL PARTE II

f-, t*n*Ln e intensidad de mando necesitarla para elencendido depende deltamaño y tipo del SCR valores que son especificados por el fabricante para cada tipo de dispositivo.


78

78

fr trluAn


WWW

II

ffi"trffiW,#,W ui';y,iflffi Wlft,,ffi

MONTAJE NE COMPONENTHS SEMICON DUCTORES ESPECIALE$

MECANICO DE MANTENIN/HENTO a'

7g

79

\i€NTILAI}üR -lJJ-¿*r

'+'i j.rl

22rN

MOr]3820


OPERACIONES

NO

I

lnstalar circuito son dispositivos sensores

01

a ? ? e ?

01

Termistor NTC cr 1M324 MOC 3020 TRIAC 8T136 Ventilador Resistencia

0l

P7A. CANT,

oENOiIINAclÓil - ]{ORMA' OIMEIiISIONES

MATERIAL HT

*ñt¡ilt

09

TIÉMPO;


ESCALA:

OB$ERVACIONES REF.

HOJA: lll 2005

80 80

ELECTRONICA BASICA INDUSTRI.AL PARTE II

OPERACION

T

INSTALAR CIRCUITO CON DISPOSITIVO$ SENSORES

PAS0 1 ldentificar y verificar cornponentes 01 Resistencia de47dl 01 Resistencia de220Q 0 1 Optoacloplador MOC3020 01 Triac 8t136 01 Bocina de 22AV 01 lnterruptor (ON / OFF) 0l Fuente de alimentación de bV PASO 2 ARMAR ELCIRCUITO MOSTRADCI -

ÍNTERRIJPÍOR DE PUERTÉ ( SETJSOR DÉ ALftMA l --'-'

tlti It ¡i

il

SIRENA

r-.1-J-0

* ---1

I

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I t

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47.;¡

MOC

L-*'v1Á-

3020

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i

rf{rAc 220v

; I

t; ltIt

+ñ T-i ti

J

lt lr

_--*o r

....,

+ PAso2Armar el circuito mostrado y verificar el optoacoplador

3

una baja resistencia.

.PASO

pAS0

4

Cerrar el inerruptor S1 y verificarque $e active la sirena

PASO 5 Abrir el interruptor $ 1 y venficar que se desactiva la sirena

MACANIC.A DE MANTENIMIET{TO

."

?"

81

81

ffiifuAn

PASO

ELECTROHICA BASICA I}IDUSTRIAL PARTE II

6 ARMAR CIRCUITO SENSOR YACTUADOR DE CCINTROL

DE TEMPERATURA

En el circuito mostrado el sensor de temperatura es un termistor NTC el cual ingresa a

r

un comparador de voltaje, según la comparación de voltaje amplificador operacional la salida esta en 0 voltios o 5 vottios.

t

en la entrada del

En el terminal? hay un voltaje fijo de 2,5 voltios y en el terminal 3 hay un voltaje gue depende del valor instantáneo del NTC.

Cuando la ternperatura sube la resistencia del NTC baja y el voltaje en el terminal 3 supera a los 2,5 voltios del tenninal 2 y en la salida del amplificador operacional aparecen 5 voltios el cual por medio del optoacoplador MOC3020 dispara al Triac y enciende el ventilador.

.

Cuando la temperatura baja el NTC sube su resistencia disminuyendo elvolkje en el terminal 3 por debajo del valor de voltaje en el terminal 2 y la salida del amplificador operacional se vuelve cero , el triac se bloquea y el ventilador se apaga, permitiendo un controlde la temperatura ambiente PASO 1.- Armar el circuito de la figura

330 t*

t

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yql¡l"{¿.afif?

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I

_l

PASO 2 .- verificar funcionamiento OBSERVACIÓN Con el pcitenciómetro de 500 ohmios se puede ajustar la sensibilidad del control.

T$ECAN ICA DE ÍUIAHTENMIEiITO

82

82

*t sET{AN

ELECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

o PTOACOPLA DORES(OPTOA

tS LA DO

RES)

INTRODUCCiÓN:

Con el paso de los años la tecnología de estado sólido en la optoelectrónica ha avanzado considerablemente. lndagando en nuevos y mejorados materiales y técnicas de proceso que han permitido a los dispositivos tener mayor eficiencia, confiabilidad y disminuir su costo.

ELOPTOACOPLADOR Un optó acoplador es un componente formado por la unión de al menos un emisor (diodo LED) y un fotodetector (fototransistor u otro) acoplados a través de un medio conductor de luz, pueden ser encapsulados o de tipo discreto.

ABC

f

;"|{l

KE

Esquema de un optó acoplador

Cuanta mayor intensidad atraviesa el fotodiodo, mayor será la cantidad de fotones emitidos y, por tanto, mayor será la corriente que recorra el fototransistor. Se trata de una manera de transmitir una señal de un circuito eléctrico a otro. Obsérvese que no existe comunicación eléctrica entre los dos circuitos, es decir existe un lrasiego de información pero no existe una conexión eléctrica: la conexión es óptica. Las implementacionesde un optó acoplador son variadas y dependen de la casa que los fabrique. Una de las más populares se ve en la Figura 2. Se puede observar como el LED, en la parte superior, emite fotones que, tras atravesar el vidrio, inciden sobre el

fototransistor

MECANICA DE

MANTENIUIE]'¡TO

'83 a

83

,t sEf{¡m

ELECTROTTIICA BASICA IT'IDUSTRIAL PARTE II

Esquema constructivo de un optó acoplador

Obsérvesetambién elaislamiento eléctricoentre fototransistory LED ya mencionado.

'-¡

úú rrrr

I ¡¡¡ ¡r.r I r¡-rnr ¡ | ¡r"¡rr¡'r-¡ar¡ú¡.rar'¡,rrr'.r'r...¡.rúr¡Í¡i¡-r¡rrrr¡r¡r.¡r....r.'¡¡-¡

iJIECAI{ICO DE

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MAilTEIIIilIENTO

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84

ELECTROT.IICA BA$ICA INDU$TRIAL PARTE II

ESTRUCTURA INTERNA GENERAL DE LOS OPTOACOPLADORES Estructúra La figura siguiente muestra la perspectiva interha de un optó acoplador, Una resina aloja al elemento sensitivo alaluz(fototransistor o fototransistor de salida Darlington ) que esta rodeado por otra resina que permite la transmisión de la luz.

Una señal luminosa es transmitida por un diodo emisor de luz hacia el transistor fotosensitivo a través de la resina transmisora de luz interna. La resina albergue y la resina interior tienen el mismo coeficiente de la expansión.

Él alto aíslamiento voltaje se obtiene gracias al gran área existente entre la resina externa y la interna que no es modificada por los cambios de temperatura pues los coeficientes de expansiÓn son iguales, además, si la temperatura aumenta las resinas se expanden obteniéndose como resultado una mayor área entre los e lementos cond uctores. PERSPECTIVA INTERNA DE UN OPTOACOPLADOR

RESINA

INTÉRNA

RESINAALBERGUE

"

,."

'

estructura interna de un optó acoplador Diferentes tipos de Optó acopladores

Fototransistor:se compone de un opió acoplador con una etapa de salida formada por un transistor BJT. $e trata de un transistor bipolar sensible alaluz.

METANICO OH MAftTENIMIÉñ¡TO

85 85

b I

I

l

ELECTRO}IICA BA$ICA IHDUSTRIAL PARTE II

ii¡[l* Símbolo del fototransistor

éste opera en la RAN. En esta unión se generan los pare$ eledrón - hueco, que provocan la corriente La radiación luminosa se hace incidir sobre la unión colec'tor base cuando

eléctrica. Elfuncionamiento de un fototransistor viene caracterizado por los siguientes puntos: Un fototransiitor opera, generalmente sin terminal de base (lo=O) aunque en algunos casos

hay fototransistores tienen disponible un terminal de base para trabajar como un transistor norrnal.

La sensibilidad de un fototransistor es superior a la de un fotodiodo, ya que la pequeña corriente fotogenerada es multiplicada por la ganancia deltransistor, Las curvas de funcionamiento de un fototransistor son las que aparecen en la siguiente Figura. Como se puede apreciar, son eurvas análogas a las deltransistor BJL sustituyendo la intensidad de base por la potencia luminosa por unidad de área que incide en el fototransistor.

l0mWlcm' TmWlcm'

3mWlcm' 0mW/crnt

Curvas caracterlsticas de un fototransistor tipico

irlECAtllCO DE ItAt{TEltllftilENTO at

86 86

1

,rt trf{An

ÉLECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Fototriac: se compone de un optÓ acoplador con una etapa de salida formada por un

triac

¡

triac

driver

Fototriac de paso porcero: Optó acopladoren cuya etapa de salida se encuentra

un triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta

sólo enlos cruce por cero de la coniente alterna,

altriac

Zeiro cross

5a:, DEScRlPclÓN DE uN oPToAcopl,ADoR TíptcCI DE TEXAs IN$TRUMENTS Básicamente un optó acoplador consiste en un diodo infrarrojo de arsenuro de galio (GaAS), como la etapa de entrada y un fototransistor npn dá sificio corno etapá Oe salida (esta es.la descripción de un optó acoplador típico de Texas lnstrumenis). El medio de acople entre el diodo y el sensor es un transmisor infrarrojo (lR) de cristal. Los fotones emitidod desde el diodo (emisor) tienen ciertas tongituOes de onda establecidas . El transistor sensor responde más eficientemente d fotones cuando estos tienen la misma longitud de onda establecida, es decir el diodo emisor y el fototransistor están acoplados en el espectro para lograr un funcionamiento óptimó Ue optó acoplador. Se puede utilizar una fuente de corriente entre el colecto r y la base del sensor para representar la corriente virtual generada en la base por loé fotones incidentes,'esta corriente de base es proporcionala la cantidad de radiación desde el diodo, ái*¡i*o ljempo las capacitancias de unión entre el colector y la base son las que generan los tiempos de levantamiento (rise time) y de caída (falliime) que se obtiene ál aplicar un escalÓn de corriente a la entrada del fotodiodo. A continuación se muestran los circuitos equivalentes para el TlL1Ozffll 1 03 Y para el TlLlZ0rrll 121 se muestran tas capacitancias antes mencionadas. MECANICO DE MANTENIIIIENTO a

."-

87 87

,At trN¡M

ELECTROITIICA

BA$IGA IiIDUSTRIAL PARTE II

Fig.l Ternúnal conection* and aquiptrnerrt Circuit for th* TlLltlz /TlL103

Fig.

2

T

ermin¿l conections aad equivalent

ctueuít for tha

TlL1zCI/TlLl2l

CARACTERÍSTICA ELECTRICAS Existen muchas situaciones en las cuales se necesita transmitir información entre circuitos conmutadores aislados eléctricarnente uno del otro. Este aislamiento(aislamiento galvánico) ha sido comúnmente provisto por relés o transformadores de aislamiento..' Existen sin embargo en el mercado otros dispositivos capaces de proporcionar el aislamiento requerido, los cuales son rnuy efectivos para solucionar este tipo de situaciones Estoe dispositivos se llaman optoacopladores, los optoacopladores son más necesarios en situaciones donde se desea protección contra altos voltajes y aislamiento de ruidos, así como cuando el tarnaño de dispositivo es un factor a considerar. Al realizar un acople entre dos sistemas mediante la trasmisión de energla radiante (fotones), se elirnina la necesidad de una tierra cornún , es decir que am.bas partes acopladas pueden tener diferente voltajes de referencia, lo cualconstituye la principalventaja de los optoacopladores. La señal de entrada es aplicada al fotrernisor y la salida es tomada del fotorreceptor. Los optoacopladores son capaces de convertir una señal eléctrica en una señal luminosa modulada y volver a convertirla en una señaleléctrica.

UECAT{ICO DE MANTEilITIE}ITO

88

ELECTRONICA BASICA IHDU$TRIAL PARTE II

La gran ventaja de un optó acoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede establecer$e entre los circuitos de entrada y salida"

Los fotoemisores gue se emp_le_af en los optoacopladores de potencia son diodos que

emiten rayos infrarrojos {IRED) transistores.

y los fotorreceptores pueden ser tiristores o

Cuando una tensión sobre los terninales del diodo IRED, este emite un hae dg rayos"[at*t* 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 podrian ser pulsos de tensión.

Para utilizar completamente las características ofrecidas por un optó acoplador es necesário que ei diseñador tenga conocimiento de las mismas. Las diferentes características entre las familias son atribuidas principalmente a la diferencia en la construcción.

Las caracteristicas más usadas por los diseñadore$ son las siguientes:

LAislamiento de alto voltaje. El aislamiento de alto voltaje entre las entradas y las salidas $on obtenidos por el separador físico entre el emisor y el sensoi. Este aislamiento es posiblemente el más importante avance de los optoacopladores.

.

Estos dispositivos pueden resistir grandes diferencias de potencial, dgRen{endo del tipo de acople medio y la construcción del empaquetado. El vidrio lR sepa a el emisor y el sensor en el TlL1027TtL103y filtZATT\L1Z1 tienen una capacidad de aislamiento de 1000 voltios, la resistencia de aislamiento es rnayor que 1 OE 1 2 omhios,

[.

'

2' Aislarnientode ruido: El ruido eléctrico en señales digitales recibidas en la entrada de el optó acoplador es aislado desde la salida por el acople medio, desde el diodo de entrada el ruido de modo común es recha zada.

MECAI{ICO DE MAI¡TEN|M|Ef,|TO

ao \J 4.,

B9

,.t trNAN

ELECTRO¡IIGA ÉASICA I}IDU$TRIAL FARTE II

3. Gananciade corriente:La ganancia de corriente de un optó acoplador es en gran medida determinada por la eficienbia de los sensores npn y por el tipo de transmisión media usado . Parael TlL103 ganancia de corriente es rnayor que uno, el cual en algunos ca$os elimina la necesidad de amplificadores de corriente en la salida. Sin embargo ambos el TlL102lTlL103 Y el TlL1201TlL1 21 , tienen niveles de salida de coniente que son compatibles con las entradas de circuitos integrados como 54n 4TTL. Las gráficas 3 y 4 muestran la relación entre la corriente de entrada y de salida típica proporcionado por el fabricante.

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3 Typícal lnpuh¡Futput currrr¡l rei¡tiorrxi{tr íor ihe f iLi?üii7\

Fig.

0.1 4,4 1

4 10

4ü 100 lF=input üiode Farv+ard Cr.rnent{n$,J

Fig.4 Tipi ;¡l lnpulluurtpr;t f,urrent ¡eletionshin f¡r the Tll l nllTll 1n3

4. Tamaño: Las dimensiones de estos dispositivos permiten ser u$ados en tarjetas impresas estándares. Los empaquetados de los optoacopladores es por lo general deltamaño delque tienen los transistores.

Caracteristicae principeles de loe Optoacopladore$ La razón de transferencia de corriente (CTR)

La raz6n de transferencia de corriente (CTR) de un.optó acoplador es la proporción delvalorde la coniente desalida a la corrientedeentrada. EICTR es un parámetro equivalente al hFE, factorde amplificación de un transistor. El CTR es uno de las características más importantes üe islamie nto de voltaje.

bs optoacoples, así como el

a

IIIECAT{ICO DE ñilANTE}IIUIEHTO a'

90 90

trluAn


^

En el diseño el CTR debe ser considerado en grimer lugar pues el CTR. 1 Es

dependiente de la corriente directa lf que fluye en el LED.

ZLo afecta los cambios en la temperatura ambiente, y conforme eltiempo pasa.

3 varía

Garacterísticas CTR vs. lF { lF: corrienüe directa que fluye

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La razÓn de transferencia de corriente (CTR) depende de la magnitud de la corriente directa (l$. Cuando lf es baja o es más alta que una cierta ñragnitud, el

CTR se hace más pequeño.

Note que el CTR muy diferente conforme varia la magnitud de lf.

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ELECTROT¡ICA BASICA IT{DUSTRIAL FARTE II

Característlcaa CTR vs Ta

La caracterfstica CTR-Temperatura es muy afectada por las caracterfsücas de eficiencia en la transmisión del LED y del hFE del fototransistor, debido a que la eficiencia en la transmisión de luz tiene un coeficiente negativo de temperatura y el HFE un coeficiente positivo lo que da como resultiado la curva que se muestra

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ELEcrRoNrcA BAsrcA TNDUsTRTAL pARrE *

Degradación de largo plazo del CTR La razon de transferencia de corriente (CTR)esta determinacla por la eficiencia del LED como emisor de luz, la eficiencia en la transmisión de luz entre el LEDy el fototransistor, la sensibilidad a la luz del fototransistor, y el HFE del transistoi El cambio del CTR debido al tiempo es principalmente causado por la reducción en la eficiencia en la transmÍsión de luz del LED" Tambien ta degradaciÓn e$ mayor conforme (CTRse reduce) la corriente directa del LED aumenta y cuando la temperatura de operación aumenta. La siguiente figura muestra la degradación del CTR a través deltiempo

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ELECTROHICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

AlcorurÁs soaRE oPToAcoPLADoRES También llamados optoaisladores, estos dispositivos están disponibles en cualquier combinación que involucra fuentes de luz y fotodetectores.

Como ya se ha mencionado, el acoplo en todos los optoacopladores es por vía fotones, en vez de partículas cargadas, y gracias a esto, podemos mencionar algunas otras ventajas

1. la emisión eléctrica puede ser superior que aquella separación de

un

transformador o RF" Esto es porque los fotones menos cargado$ no están influenciados por campos electrostáticos o magnéticos. 2. En aplicaciones de encendido o selección, el inherente problema mecánico tal como lo son saltos de contacto, ruido, intermitencia, mantenimiento, csnfiabilidad, transitorios, y tiempos de vida son eliminados porque no hay unión directa en los optoacopladores.

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3. La transferencia de señal en los optoacopladores es unilateral. Así gue cambiar las condiciones de la carga a alimentaren la salida no afecta la entrada.

4. Los optoacopladores son mucho más rápidos que los relés y . transformadores.

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La figura . muestra las características clave de un optoacoplador, dos de las cuales son nuevas y se definen enseguida:

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ELECTROI.IICA BASICA I}IDUSTRIAL PARTE II

La razón de transferencia de corriente (CTR) es definido como la razón de la coniente de salida del optoacoplador con re$pecto a súconiente de entrada en tanto porciento, [(l*r /lhX100N, Esta relación varía con la operación de temperatura y ta corriente de adelanto, como lo muestra la figura ,'y es por eso que en el diseño debe tomarse en cuenta estos factores.

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ELEGTROI{ICA BASICA IHOUSTRIAL PARTE II

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ELECTRO}TIGA SASICA INDU$TRIAL PARTE II

La segunda nueva característica es elvoltaje de aislamiento, el cuales elvoltaje entre

la entrada {fuente) y la salida, (detector) por debajo del cuál el optoacoplador no interrurnpirá su señal.

Fste valor queda determinado por ta capacitancia de acoplo y la resistencla entre la fuente y el fotodetector del optoacoplador. La mayoría de los optoacopladore$ está diseñado$ con la fuente y el detector lo más cercana posible, separados sólo por una pequeña capa de dióxido de silicio, con un voltaje de separación mínimo de 1 aZkV, La figura muestra que el rango máximo de datos de los optoaisladores varía desde unos cuanto hertz para unidades de fotoresistor hasta de 10MHz para las versisnes lC (lntegrated Circuits). También note de la figura que un valor generalmente se sacrifica para el CTR en el LEDlFototransistor discreto y en los optoaisladortes Darlington, clonde las separaciones entre ambos circuitos ofrecen un alto CTR y una excefente velocidad. También hay que mencionar que las técnicas de protección son también apOcables para el caso de los optoacopladore$. Esto es que el LED de entrada debe ser generalrnente limitado en corriente por una resistencia o series de resistencias y protegido de voltajes inversos que exceden el rango permitido.

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Una gran cantidad de optoacopladores están disponibles, pero

a continuación

mostraremos algunos de los más comune$. O

PTOAI$LADOR FOTOCON DUCTCI R.BU LK

La primer columna de la figura rnuestra las caracterÍsticas de una típic a lámpara I Cd$e fotoconductora, a optoacoplador fotoresistor" El valor más bajo es representativo de un lámpara incandecente, donde la máxirna velocidacl la podemos obtener con una lámpara de neón de descargade gas. DESVENTAJA:

La velocidad de estos optoaisladores e$ limitada por las caldas de tiempo de milisegundos de los detectores fotoresistivos y la constante de tiempo térmico de las lámparas que se usan como fuente. PRINCIPALES VENTAJA$: Los fotoresistores optoacopladores tienen una elevada sensibilidad (r.iR auy riVin), la

limplicidad de un resistor cuya magniturJ es controlada'por luzy sus características bilaterales sin encontrar un voltaje de compensación como los encqntrados en los fotodetectores sem icond u ctores

MECAI{ICO DE MA¡{TENIMIENTO a

97 97

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APLICACIONES'

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lncluyen circuitos análogos tales como receptores de audio donde sus características bilaterales le permiten usarse para ajuetarAcC, y monitoreo de circuitos de disparo de altovoltraje. OPTOACOPLADO RES LED /FOTOTRANSISTOR

:

Uno de los más populares. La fig. Anterior ^ nos muestra las características principales de un LEO fototransistor. Vea los detalles de empacado y los valores máximos del .figura anterior da las caracterfsticas más importantes de los LED. optoacopladores y unas de ellas es como varía la corriente de salida del fototransistor con la corriente de entrada del LED y la temperatura.

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APLICACIONES:

La mayoría de los optoacopladores estás en sistemas digitales donde se hacen interfaces entre optoailsadores y familias lógicas digitales. La séptima columna de la figura muestra la variación del LED fototransistor que ofrece

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una considerable mejora en los valores de datos que mantienen un equivalente CTR. En este caso un LED ilumina un fotodiodo y su corriente de salida fluye a la base con una elevada velocidad en el transistor (no fototransistor). Tal arreglo elimina la gran capacitancia inherente entre la base y el colector en la extensa área de base del fototransistor, y es por eso que ofrece mayor-velocidad. La figura muestra dos aplicaciones de optoacopldores.

El circuito de la figura a) provee de una gran velocidad en el indicador de status de Unea de voltaje. El aislador tipo darñngton es usado para reducir los requerimientos de encendido de LED y he ahl el bajo consumo del monitor. Para un monitoreo en la Uneade AC el diodo es nec€sario para mantener el rango de voltaje inverso sin excedente y el resistor limit¡ante debe ser lo suficientemente grande para lirnitara lFal valor deseado . Paradc el diodo no se requiere Lafigura b muestra uri optoaislador en una aplicación típica de transmisión de señal periférícade una computadora.

i,IECA NICO DE MANTENIIT,IE NTO

98

98

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ELECTRONICA EASICA IIIDUSTRIAL PARTE II

Circuitos y recomendaciones para la medicion de las caracteristicas de los Optoacoples

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ELECTRONICA BASICA IIiIDUSTRIAL PARTE II

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ELEGTROHICA BASICA IiIDUSTRIAL PARTE II

^

FOTOSENSORES Los detectores de luz, dispositivos basados en la tecnologla de semiconductores de silicio, producidos en gran escala, gue convierten las señales de luz en señales eléctricas, son otra parte importante de la moderna imagen de la optoelectrónica del semiconductor.

Elfotodiodo. Elfotodiodo de unión pn polarizada en sentido inverso es un elemento básico para comprender los dispositivos fotosensibles de silicio. Cuando la luz de longitud de onda apropiada es dirigida hacia la unión, se crean pares hueco-electrón que se desplazan a través de la unión debido al campo generado en la región deprimida. El resultado es un flujo de coniente, denominado fotoconiente, en el circuito externo, que es proporcional a la irradiancia efectiva en eldispositivo" Elfotodiodo se comporta básicamente como un generador de coniente constante hasta que se alcanza la tensión de avalancha.

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ELECTROHICA BASICA IHDU$TRIAL PARTE II

El fotodiodo exhibe un pico de respuesta en una longitud de onda radiante deterrninada. Paraesta longitud de onda,se produce la máxima cantidad de pares huecos-electrén en la proximidad de la unión. El máximo de la curua de respuesta espectral de un fototransistor típico se halla en

850 nm, aproximadamente. La totalidad de los detectores de luz comunes consisten en una unión a fotodiodo y

un amplificador. En la mayoría de dispositivos comerciales, la coniente del fotodiodo se halla en el margen corrprendido entre el submicroamperio y las decenas de microamperios, pudiendo añadirse a la pastilla un amplificador por un coste mínimo. Fotodiodo de avalancha.

Es posible incorporar un tipo de sistema amplificador de empleo común formando parte del propio fotodiodo. Fl fotodiodo de avalancha utilíza la multiplicación por avalancha para conseguir amplificar la fotocorriente creada por los pare$ hueco* electrón. Esto proporciona una elevada sensibilidad y gran rapidez. $in embargo, el eguilibrio entre ruido y ganancia es difícil de conseguir y como con$ecuencia, el coste es alto. Asimismo la estabilidad de temperatura es deficiente y $e requiere una tensión de alimentación de valor elevado (100-300 v.), estrechamente controlada. Por estas razones, el fotodiodo de avalancha tiene limitadas aplicaciones.

Fototransistor. El transistor sensible alaluzes una de las combinaciones fotodiodo amplíficador más simples. Dirigiendo una fuente de luz hacia la unión pn polarizadaen sentido inverso (colector-base), se genera una corriente de base, que es amplificada por la ganancia de corriente deltransistor,

MECANTCO DE

MAHTENnTIEHTO

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ELECTROIIICA BASICA IT{DUSTRIAL PARTE II

Se requiere un cuidadoso proceso de elaboración de la pastilla deltransistor para hacer compatible la máxima reduccibn de la corriente €n la oscuridad del fototransistq con la obtención de una alta sensibilidad alaluz. Las corrientes de este tipo, tlpicas del futotransis'tor para una tensión inversa de 10v, son del orden oC de de 1 nAa temperatura ambiente y aurnerrtran en un factor de? para cada 10 aumento de temperatura. Las especificaciones del fototransistor garantizan normalmente unos límites de coniente en la oscuridad mucho más altos, por ejemplo 50 a 100 nA, debido a las limitaciones delequipo automático de prueba.

Fotodarlington.

Básicamente, este dispositivo es el mismo gue el transistor sensible a la luz, excepto que tiene una ganancia mucho mayor debido a las dos etapas de amplificación, conectadas en cascada, incorporadas en una sola pastilla.

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Amplificador fotodarlington.

Foto SCR.

El circuito equivalente con dos transistores del rectificador controlado de silicio mostrado en la figura ilustra el mecanismo de conmutación de este dispositivo. La coniente debida d los fotones, generada en la unión pn polarizada en sentido inverso, alcanza la región de puerta y polariza en sentido directo el transistor npn, iniciando la conmutación.

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ELECTROT{ICA BASICA INDU$TRIAL PARTE II

{Jixvw.tn ar¡ui'ralcnta de üx ñ tu StlH-

Resistencía dependiente de la luz {Light Dependent Resistor } LDR 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 itumin ada y cuandoestá totafmente a oscuras varía, puede medirde 50 ohmios a 1000 ohmioá (1Kt en iluminación tolal y puede ser de 50K (50,000 Ohrns) a varios rnegaohmios cuando está a CIscuras. +

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i Símbolo de la fotorresistencia o LDR El valor de la fotorresistencia (en Ohmios) no varía de forma instan láneacuando se pasa de luz a oscuridad o al contrario, y el tiempCI que se dura en este proceso no siempre es igual si se pa$a de oscuro a iluminado o si se pasa de iluminadoa oscuro, Esto hace que el LDR no se pueda utilizar en muchas aplicaciones, especialmente

aquellas que necesitan de mucha exactitud en cuantp a tiempo para cannbiar de estado (oscuridad a iluminación o ilurhinacion aoscuridad) y a exactiiud cle los valores de la fotorresistencia al estar en los mismos estados anteriores..$u tiempo de re$puesta típico es de aproximadamente 0.1 segundos. Pero hay rnuchas aplicaciones en las que una fotorresistencia es muy útil. En ca$os en que la exactitud de los carnbios no es importante como en los circuitos:

MECAf.¡|CO DE

MAf{TEN|M|EF¡TO a'

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105

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ELECTRCIiIICA BASICA IIIDUSTRIAL PARTE II

-Luz noctuma de encendido automático, que utiliza una fotonesistencia para activar una o mas luces alllegar 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 El LDR o forresistencia es un elemento muy útil para aplicaciones en circuitos donde se necesita detectar la ausencia de luz de dla

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ENiISlÓf{ Y RECEPCIÓN DE INFRARROJOS lntroducción Las comunicaciones inalámbricas son interesantes desde todos lo puntos de vista y en todos los ámbitos tecnológicos. El fin principal que persigue la Robótica Móvil es la creación de sistemas completamente autónomos y un grado de autónoma puede ser la comunicación entendida en un sentido amplio, es decir, entre varios robots, entre los robots y un ordenador base, entre los robots y otros elementos del entorno o entre los robots y los propios humanos.

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el establecimiento de pero comunicaciones inalámbricas del tipo de las mencionadas en este documento nos vamos a centrar en las comunicaciones mediante infanojos que, por ejemplo, van a servir para enviar señales al robot, establecer y detectar balizas en el entorno, comunicar varios elernentos o enviar ordenes al robot utilizando mandos a distancia convencionales. Existen varias tecnologías que no$ van

.

permitir

Las ideas que aqul se comentan también pueden utilizarse para la construcción de sensores de detección de obstáculos sin mas gue cambiar la disposición y colocación de los elementos emisor y reeptor. De hecho, el mayor uso de este tipo de montajes suele $er precisamente el de servir de base a $en$ores utilizados durante la

navegación. Sin embargo,

la

aparición de dispositivos como por

ejemplo los GP2tl02 o los GP2D12 de Sharp que también utilizan infranojos aunque de una forman ligeramente diferente lo que permite conocer incluso la distancia a la que se encuentran los. objetos dentro de un determinado rango, hacen gue el uso de infrarroios para la simple detección de la presencia de obsiáculos este perdiendo interés. Recepción

.

Vamos a comenzar por definir y comentar la parte de la. recepción de la señal infrarroja ya que, por un lado, es sumamentd sencilla de conec{ar a un microcontrolador y, por otro, es la gue nos va a obligar a diseñar y ajustar los circuitos que necesitamos en la parte de la emisión.

Fara la iecepción vamos

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a

utilizar un dispositivo que incluye en

el mismo encapsulado el receptor de luz infrarroja, una lente y toda la lógica necesaria para distinguir señales moduladas a una determinada frgcuencia, Concretamente, en este

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montaje utilizaremo$ los receptores lS1U60 de $harp (figura 1) que se activan cuando reciben una luz infrarroja modulada a una frecuencia de 38 Khz. (el haz infrarrojo se apaga y enciende 38000 veces por segundo). Esto los hace compatibles con un gran numero de mandos a distancia de electrodomésticos.

Figura 1: lS1U60 de Sharp

En el mercado existen otras alternativas tanto de la misma compañia como otros fabricantes. Sharp también proporciona otros receptores de infrarrojos comCI por ejemplo los 1S1U621, similares a los aquí utilizado$ pero con mas rango de recepción (8 rnetros frente a los 5 de los lS1U60). De otros fabricantes se destacan los PNA4602 o PNA4612 de Panasonic, los LTM-97DS-38 de Liteon o los SFH51 1 0 de $iemens. En esta comparativa puede encontrarse información adicional sobre las prestaciones de unos y otros.

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MECAHICO DE MAHTE!ÚIruEilTO at

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ELECTROI'IICA BASICA IiIDUSTRIAL PARTE II

CARACTERISTICAS DELSENSOR DE EFECTO HALL

Los sensores de efecto Hall, basados en un fenómeno clásico del electromagnetismo descubierto por Edwin Herbert Hall en 1879, son actualmente empleados en una gran variedad de aplicaciones prácticas, incluyendo lectores de tarjetas magnéticas, detectores de proximidad, sensores de velocidad, medidores de potencia eléctrica, brujulas electrónicas, sistemas de ignición, etc. Con la variación de la coniente podemos producir la variación del campo magnético que es quien influye sobre el sensor de efecto hall. Los otros rnétodos de medición de mniente como shunts y transformadores de corriente también entregan una buena respuesta antediferentes situaciones, limitados por los niveles de coniente a medir.

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108 108

ELECTRONICA BASICA I¡IDUSTRIAL PARTE II

l-#* ser-i ri*r*fr ü,* e{*':t;rs l"lall s* '^.;ti.lizt¡t1 #n l*s a3;trtwi:,viir:,2 {inr'$ m*ntr tt*lrsci'Jarj*:ri 4.r* r*r.ar,i*rt * ri*t*r"t*r la prs*i*irsn *r: z,tts rj*telrnil\r\rs ,*l¡*tn*n),,,s {-},t.i ;sr:inr:;ir;:til vr*t:tn1n r,:n QLI{t p,t:*d*rt *{rn**r *nt#g fial:.rle,r, # mmli.1i.tinr vr*tr:r:inerl rlrr rr.tlr**isr1. Y t_ilfit

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MECANTCO DE

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MAh¡TÉNtfi,ilE¡{TO

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10g 109

sEfuAn

ELECTROIIICA BASICA lf,lDUSTRnL PARTE il

MEDICIÓT'¡ OE TEMPERATURA La Medida de la temperaturqconstituye una de las rnediciones más cornunes e importantes efectuadas en los procesos industriales, estableciéndose sus limitaciones según el tipo de aplicaciÓn, la precisión, velocidad de captación, distiancia entre el elemento dé medid'a y el aparato receptor y por el tipo de instrumentcí indicador, registradoro controlador necesarío.

Las escalas de temperatura se dividen en absolutas y relativas; a su vez las unidades mas utilizadas son:

Relativos: Grado Celsius Grado Fahrenheit Absolutos: Grado Kelvin Grado.Rankine Se utiliza una gran variedad de transductores para medir temperatura, algunos de ellos la convierten directamente en una señal eléctrica, y otros empiean la combinación con un transductor. Los medidores de temperatura más rornunes son:

Termómetros de vidrio Termocuplas Termoresistencia (RTD) Termistores. Sen$ore$ de semiconductor. Pirómetros de radíación.

-

MEDIDORES DE TEMPERATU RA 1

.TERMÓUTTNOS DE VIDRIO

Este instrumento posee un depósito de vidrio el cual contiene un lujo cuyo cuerpo se dilata por acción de calor expandiéndose a través deltubo capilar graduado para med[r la temperatura En las unidades señaladas por eltermómetro.

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Figura .- Termómetro de Vidrio {Cortesía deAnvi}

MECAHICO DE

lillAl{TEHttuilE}tTo at

110

110

JAT

sÉIuAn

ELECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE

II

Los márgenes de trabajo de los fluidos empleados son:

Mercurio Pentano Alcohol Tolueno

35 hasta + 2B0oC 200 hasta + 20oC 110 hasta + 50oC 70 hasta + 100oC

2.TERMOCUPt.AS

Las termocuplas, también llamados comúnmente Termopares, $e utilizan extensamente, ofreciendo un rango de temperaturas más amplio y una construcción robusta. Además, no precisan alimentación de ningún tipo y su reducido precio los convierte en una opciÓn muy atractiva para grandes sistemas de adquisición de datos. Sin embargo, para superar algunos de los inconvenientes inherentes a los termopares y obtener resultados de calidad, es importante entender la naturaleza de estos dispositivos.

A.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO El comportarniento de un terrnopar se basa en la teoría del gradiente, según la cual los propios hilos constituyen el -sen$or. Cuando se calienta uno de los extremos de un hilo, le produce una tensión en función del gradiente de temperatura desde uno de los extremCIs del hilo al otro, y el coeficiente de Seebeck, una constante de propCIrcionalidad, varía de un metala otro.

El sensor es un circuito formado por dos cables distintos, unidos en ambos extremos, de$arrollando un voltaje proporcional a la diferencia de temperaturas en las dos uniones a las cuales se les conoce como juntura de medición y juntura de referencía. Esto se puede observaren la figura siguiente.

Metal A

*-+--.-+'l'É

.

;,

Juntura de Referencia

Juntura de Medición

l.

Metal B

q*-, Fig

Representación delas uniones

o

juntura de una Termocupla

MECAT{ICO DE MAÍ.ITÉ¡¡IñdIIEHTO at

111

111

PIRTE II

ELECTROIITCA BASTCA IIIUUSTRIÁ,L

Figura .- Tipos de Termopare$ y accesorioc {Cortesfa de Omega)

CmgflCACÓf*t La claeiftcación de las tennocuplas ha sido esteHecida por laAN$|, tornando en cr¡enta la respuesta de voltafe ven¡us ternpenatura, el deeempeño en el rnedis ambiente y la vida ritil. Cuadro 3.1 Tipo de Termocuplas Tipoe

de

ilombr¿de

Termoupla

B

Usos Aplicaciones Rango {oF}

los Matertales

Platho 3ü% Rodio {+}

Plaffis6% Rodio {-}

C

Tungnteno S%Renio (+)

100- 3270

mV

NOTAS

O.67 - 13.499

-

30{p -42W

Conüaminado lácilmente Requiare gotemir5n No resista la axidadón

Tungsteno 26% Renb {-)

E

Cromel (Cr -Nf)

1+¡

32

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CongHrtan (Cu - Nl} (+

J

g ?8.12

K

-300 f6{x}

:1.52

Cromel(+)

-3CI0 2300

-1,51-5f.05

Alumel {-}

N

Ñhroeil (+) Ni$il (-l

R S T

'

50,05

Acero {+¡

Conetantan (-)

:*-23m

Plat¡no 13% Rodio f+) Plannc {-}

32 - 29000

Platlno f096 Rodio {+} Flatino {-}

32- 28ú0

Cobre {*¡ Constafitan t-)

-3{A 750

Atrnósfera reductora. Hieno se oxida a altas temperaturar

Atmüshres oxidantee Uso general. [fefor resistencie a o¡(idacjón

Atmósfera CIxidante Contaminado fácilmente'

frEcAilrco oE mAilTEl$tlEilTo a'

-' 18.636

Eldernayürvottaje/at

0 15.979 -5.28

20,60 ,

Contaminado fácilmente Atmósfera Oxidante E¡trable a temp" Cryogénicas Atrn. Oxidanteey reductoas

112

112

f¡t ffiruAn

ELECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE

100

II

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Temperatura ('C

)

Figura 37,- Características de salida de termopares

3.TERMORESTSTENCTAS (RTD) El cambio en la resistencia de un metal hace posible m ,otf rE temperatura a través del paso de corriente eléctrica. La construcción clásica de un RTD consiste en una bobina de alambre delgado de crrbre, níquelo platino fijado a un bastidorde soporte, .'f# i:',):,',,í También se fabiican depositando una película delgada platino Sobre rJe plailno fJe cerámica. h,st0s sobre un SubstrAto substrato de cerafTllca. trfiltl;ww .tllit:i;,W T#fiW RTbs, requieren menos platino y son más Los RTDs se cara cterizan por tener una linealidad en elrango de

Estos baratos. excelente operación.

tffi

resistencias

Para trabajos abalatemperatura se emplean de carbón. Cuando se necesita bajo costo se emplean cobre y níguel, pero con la desventaja de una linealidad

,:;fi,:,;

W 'W

reducida. Los rangcrs de los RTDs varían entre 10 ohnls para los modelos deia$a y varios miles de ohms para los RTDs de película

metálica.

¡

Para defectar cambios de resistencia presentes en Los RTDs se emplean puentes deWheatstone.

Fig. Termoresistencia PT100 Cortesía de Endress + Hausser

MECANTCO DE MAHTEN|MTENT0 a

113

113

trTUAN

ELECTROT{ICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

La aplicación de este sensor, se realiza en cualquier actividad industrial y los rangos de temperaturas; según el material utilizado sofr:

Platino

-200 a S50 oC oC : -100 a 260 oC Nfquel : -100 a 205 Pelfcula de platino -50 a 550 oC

Cobre

:

:

A. VENTAJAS

* -

B.

Comportamiento linealen amplio rangode operación. Amplio rango de temperatura, aplicación para altas temperaturas.

Fácildeintercambiar(estándar). Mejor estabilidad a altas temperatura.

Alta relación señal a ruido: rnejora la exactitud y permite distancias mayores entre el sensor y el eguipo de medición.

DESVENTAJAS

-

La magnitud de la fuente de corriente debe ser menor a 5mA para no causar un aumento de temperatura (1oC ) en el RTD.

-

Baja sensibilidad.

Altocosto. No sensa la temperatura en un punto,

Afectado por choques y vibraciones.

4. TERMISTORES

' -

¡

Los Termistores son $emiconductores electrónicos con un coeficiente detemperatura de resistencia negativo de valor elevado y presentando una curva característica lineal cua ndo la. temperatu ra es constante.

Para obtener una buena estabilidad en los termistores es necesario envejecerlos adecuadamente.

MECANICO DE i/IANTE}¡IIilIEI{TO a'

114

114

,t trTUAT

ELECTRONICA BASICA INDU$TRIAL PARTE

II

Los termistores se conectan a puentes de Wheatstone convencionale$ o a otros circuitos db medida de resistencia. En intervalos amplios de temperatura, los termistores tienen carqclerísticas no lineales. Ssn de pequeño tamaño y su tiempo de respuesta depende de la capacidad térmica y de la masa del termistor variando de fracciones de segundo a minutos.

Figura

.- Montaje de Termistores

Comerciales(Cortesia de gmelectronica)

Los termistores encuentran su principal aplicación en la compensac¡ón de

temperatura, como temporizadores y como elementos sensibles en vacuómetros.

Los termistores, son detectores resistivos fabricados normalmente de serniconductores cerámicos, ofrecen una impedancia mas alta con respecto a los RTD, la reducción de los errores provocados por los hilos conductores hacen bastante factible el uso de la técnica de dos hilos. Su alto rendimiento (un gran cambío de resistencia con un pegueño cambio de temperatura) permite obtener medidas de alta resolución y reduce aún más el impacto de la resistencia de los hilos conductores. Por otra parte, la bajÍsima masa térmica del termistor minimiza la carga térmica en el dispositivo sometido a prueba. Como inconveniente deltermistor es su falta de linealidad. Exigiendo un algoritmo de I i ne a iza ción para obtener mayores resu ltad os. I

5.

TRAN SD UCTO RES DE TEM

P

ERATU RA BASADOS EN

S EfuI I CCIN D U

CTOR ES

Existen muchos dispositivos basados en la sensibilidad térmica de los semiconductores para funcionar como transductores. Los tres tipos más cCImunes son: las resistencias semiconductoras volumétricas, los diodos y los circuitos integrados.

A.

RESISTENCIAS SEMICONDUCTORASVOLUMÉTRICNS I

' "

Son los dispositivos semiconductores más sencillos. Varían su t:esistencia con un coeficiente positivo de temperatura de 0,7Yo por oC. Trabajan en un rango de temperaturas desde los -65oC hasta los 200oC siend a razonablemente lineales (t0.5%). Tienen el aspecto de resistencias de % W y su resistencia nominal va desde 10 hasta 1 0k con tolerancias de 1a/o a2Aa/o. $on dispositivos de bajo costo.

$u principaldesventaja, se debe a los efectos del propio calentamiento.

MECANICO DE MAHTET'll$tlEtlTCI a'

115

115

,t trNAN

ELECTRO}IICA BA$ICA I¡IDUSTRIAL PARTE II

B, DIODOSSEMICONDUCTORES

¡

Su principio de funcionamiento se basa en la proporcionalidad del voltaje de juntura eldiodo a la temperatuia del mismo, para los diodos de Sllice el factor de proporcionalidad es de -Z.2nVFC. Los rojoe de temperaturas de este sen$or es de *40oC hasta 15oC. Son muy utilizados por su bajo costo, lineales, bastante lineales y de respuesta rápida. Desventaja: dos diodos del mismo tipo pueden tener diferentes valores iniciales de voltaje de juntura, por lo tanto se deben incluir circuitos de calibración.

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c.

I | I I I I

ctRcutrostNTEGRADos Esb tipo de transduc'tor e altamente lineal y el porcentaje de enor es rnenor al 0.05%en cierlorangodeternperature.

I

Como traba¡a con conientee el ruido no lo afecta, y corno estas son pequeñas el cabniamiento propio es despreeiable. Además puede ser uülizado como un sensor remob de temperatlra pues las cafdas en la llnea serán muy pequeñas.

I

6.

P|RóMETRoSDERADTACóN

Los pirórnetro$ de radiación se basan en la ley de Stefan-Boltzman (K), donde la intensidad de energfa radiante(w) emitida por la superficie de un cuerpo aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta(T) del mismo, es decir, W=KT4. Desde el punto de vista de medición de temperaturas industriales, las longitudes de onda térmicas abarcan desde 0,1 micras pa'a las radiaciones ultravioleüas, hasta 12 micras para las radiaciones infrarrojas. La radiación visible ocupa un intervalo entre la longitud de onda 0,45 micras para el valor violeta hasta 0,70 micras para el rojo.

Los pirómetros de radiación tortal miden la temperatura captando toda o parte de la' eneryla emitida por un cuerpo. Los pirómetros ópticos miden la temperatura de un cuerpo en función de la radiación luminosa emitida.

A.

,

PIRÓMETROSÓPICOS Los pirómetros ópticos manüabs se basan en la desaparición delfilamento de una lámpara al compararlo visualmente mn la imagen del objeto enfocado. Pueden ser de dos tipos de corriente variable ó constante en la lárnpara, con variación del brillo de la imagen de la fuente; ver figura

MECAT{ICO DE ilAl{TEillfrllENTO ao

116

116

ELECTROI-IICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Lampara de c0rnpSracion

Fersiena

persiana

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Ternperatura den¡asiaCo baja

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Crrnasiado alla

Figura .- Pírómetro$ Ópticos a).Corriente Variable b). Variación de brillo de la fuente Los pirÓmetros ópticos automáticos consisten en un disco rotativo pararnodular la radiaci¡én del objeto y la de una lámpara estándar incidiendo en un fototubo multiplicador. Este envía una señal de salida en forma de onda cuadrada de impr-rlsos de corr¡ente cont¡nua convenientemente acondicionada para modificar la corriente de alimentaciórr de la lámpara estándar hasta coincidir con el brillo de la radiación del objeto y de lalámpara.

En algunos modelos, el acondicionamiento de señal se realiza con

microprocesador permitiendo alca nzar una precisión de t0,5% en la lectura.

un

El pirómetro dirigido sobre una superficie incandescente no proporciona una

temperatura verdadera sila superficie no es perfectamente negra. {iuperficie det objeto que se esta examinanclo ./

Figura .- Principio del Pirómetro Optico de desaparición rle filamento

f'íECANICO

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117

117

ELECTROHICA

BASICA IHOUSTRIAL PARTE II

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B.

HRÓMETROSDE RADIACÉNTOTAL I El pirómetro de radiación total, figura 42 está formado por una lente de pyrex, sllice o fluoruro de calcio concentrando la radiación del objeto caliente en una termopila formada porvarios termopares de Pt-PURh, de pequeñas dimensiones y montado$ en serie. La radiación está enfocada incidiendo directamente en las uniones calientes de los termopares. Su reducida masa los hace muy sensible a pequeñas vibraciones de la energla radiante, y, además muy resistentes a vibraciones o choques, La parte de los termopares expuesta a la radiación está ennegrecida, para aumentar sus propiedades de absorción y proporcionar la fuerza electromotriz máxi ma

(f . e. rn. ).

Obieto

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Figura ,- Pirómetrode Radiación total La f.e.m" proporcionada por la termopila depende de Ia diferencia de temperaturas entre la unión caliente (radiación procedente del objeto enfocado) y la unión fria. Esta última coincide con la de la caja del pirómetro, es decir, con la temperatura arnbiente. La compensación de ésta se lleva a cabo mediante una resistencia de níquelconectada en paralelo con los bornes de conexión delpirómetro y colocado en su interior para igualar la temperatura de este cuerpo. Al aumentar la temperatura ambiente aumenta el valor de la resistencia de la bobina de níquel, compensado la pérdida de la f.e.m. de la termopila para calentar el cuerpo del instrumento. En los bornes de la termopila va conectado un cable de cobre llegando haeta el instrumento.

La compensación descrita se utiliza para temperaturas ambientes máximas de lzCPlC.Arnayores temperaturas se emplean dispositivos de refrigeración por aire o por agua, disminuyendo la temperatura de la caja en unos 10 a 40oC por debajo de la temperatura ambiente.

En la medición de bajas temperatura$, la compensación se efectúa utilizando además una resistencia termostáüca adicional manteniendo constante la temperatura de la caja en unod 50oC, valor mayor a la temperatura ambiente y lo suficientemente baia como para no reducir apreciablemente la diferencia de temperatura útil.

MECANICO DE

ÍTIAT.ITENIñTIENTO a'

118

118

Jrt SETUAN

ELECTRONICA EASICA INDU$TRIAL PARTE II

La relaciÓn entre la f.e.m. generada y la ternperatura del cuerpo es independiente de la distancia entre el cuerpo y la lente éi siempre la imagen de la sup'erficie del cuerpo emisor de la radiación cubre totalmente la unión caliente de la termopila. El fabricante normaliza la relación entre las dimensiones del objeto y su distancia al lente, para garantizar buenas condiciones de lectura.

Las lentes de pyrex se utilizan en el campo de temperaturas de 850 a 1T5A"C, la lente de sílice fundida en el intervalo de 450 a 125AoC y la lente de fluoruro de calcio, con un ángulo de enfoque ancho para captar la mayor cantidad posible cle energia, de 50 a 200oC.a

MECANICO DE MANTENIMIEHTO a

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119

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¿cÓno opERAlt Los st$TEltAs ForovonAtcos? DISTRIBUC¡Óru DEL SI$TEMA

Un sistema fotovoltaico convierG la radiación solar en energía eléctrica. Los

componentes de los sistemas solares FV pueden ser muy distintos pero en general la disposición delsistema y los principios de funcionamiento son siempre los mismos.

Un s:stema fotovoltaico consiste de un panel o módulo, una unidad de control, una baterla de alma.:enamiento (opcional) y la carga eléctrica. El panel fotovoltaico convierte la radiación solaren corriente continua con un nivelde voltaje fijo. Muchos de los paneles surten potencia a un voltaje de 12V" La corriente depende de la intensidad de la radiación solar, La unidad de control está en el centro del sistema y dirige a la corriente desde el panel fotovoltaico ya sea directamente a la carga eléctrica (uso final) o a la batería de almacenamiento. $i hay una carga eléctrica cuando no hay sol. la unidad de control dirigFá energfa desde las baterlas a la carga. Las baterlas se necesitan para almacenar la energfa gue se utilizará después, por ejemplo durante la noche o días nublados. El uso final de la electricidad puede ser cualquier aplicacién eléctrica, desde una simple

bombilla de luz hasta pegueñas máquinas o bombas. Los sistema$ fotovoltaicos grandes pueden también utilizarse para generación eléctrica a gran escala y en esos ca$o$ los sistemas fototoltaicos serán conectados a la red. Como se mencionó, los módulos fotovoltaicos generarán potencia a un voltaje CC de 12V (o a veces 24V). $i se utilizan artefactos eléctricos estándar, es necesario cambiar este bajo voltaje CC a. un voltaje mayor CA (110 o nOV) con 50 Hertz de potencia. Para esta conversión de tC a CA. se utiliza un inversor. Esto se hace antes del uso final y después de las baterfas porque no puede almacenarse electricidad CA.

Los::ablcs que se ,utilizan en el transporte de electricidad desde los paneles a los controles. baterfas y uso f¡nal deben diseñarse para corriente CC de bajo voltaje. Esto significa gue, si la misma cantidad de energla debe transportiarse, deberán ser más gruesos que los cables gue generalmente se usan para 224V. Ejercicio ¿Por qué los cables para distribuir energla solar son más gruesos que los utilizados para los sistemas de220V de uso común en los hogares? CELDAS FOTOVOLTAICAS, PROCÉSO DE PRODUCiIÓ¡¡ El proceso de producción de las celdas fotovoltaicas es una actividad compiicada de alta tecnologia gue requiere de inversiones gigantesca$. Desde el punto de vista económico no ea interesante arnlar una pequeña planta defabricación en países en

desarrollo porque el precio las celdas que se fabrican es proporcionalmente inverso


128

120

SEfUAn


II

al tamaño de la planta manufacturera fotovoltgica. Por lo tanto una planta pequeña nunca podrá competir con las grandes y existentes plantas en los EE"UU., Europa y Japón. Aún en un país corno lndia, con bajos costde mano de obra y bajos precios de energía, pocas plantas están produciendo celdas fotovoltaicas aproximadamenre por 5 US$/Wp, mientras gue los precios internacionales hoy en dia están el orden de los U$$

PANEL FOTOVOLTAICO

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LUZ DE EMERGENCIA

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121

JI SETUAN

ELECTRÓNICA gASICN INDUSTRIAL PARTÉ

II

Básicamente el proceso de producción de celdas cristalinas consiste en producción de obleas y fabricación de celdas a partir de éstas Las obleas (láminas muy delgadas de s¡lic¡o cristalino) se cortan de un blque sólido de silicio. Se produce un silicio policristalino enfriando un contenedor de silicio derretido. El cristalino puro se produm sacando un lingote del silicioderretido. También es posible hacer crecer cristal directamente sobre una placa de metal, eliminando así el proceso decorte (que es elcostoso).

Es más barato producir policristalino que ei monocristalino y también puede utilizarse materia prima menos costosa. Sin embargo la eficiencia es un poco rnenor. Los costos del silicio crudo son algo más caros y con la demanda creciente de celdas fotovolkicas y otros semiconductores los precios tienden más a subir que a bajar. Para bajar el precio de las eldas fotovoltaicas se están utilizando nuevas técnicas de corte que producen menos desperdicio al serrucho y que pueden cortar láminas más delgadas. Otra posibilidad es, por $upuesto, crear los cristales directamente sobre una superficie; las capai pueden hacerse muy delgadas y no hay pérdidas en el corte. I

PAN ELES FOTOVOL TAICOS, MÓDU LOS

.

Generalmente las celdas hechas en forma redonda o cuadrada son del orden de los 100 cm'? . El voltaje de una dlula es aproximadamente de 0.5\1 w. Paratener un voltaje mayor. como de 12a24V un número de celdas se conecta en serie. Para el cargado de bateiías elvoltaje de salida de un módulo debería siernpre ser un pCIquito más alto que el voltaje de la batería. Esto significa que un niódulo FY diseñado para cargar batería de 12V debería producir alrededor de 17-1 3V, dicho módulo puede hacerse, por ejemplo, de 36 celdasde silicio en serie (36 x 0.5 = 18 V).

Todas las características básicas de un panel fotovoltaico están señaladas bajo condiciones estándar (radiación = 1 ,000 Wm', T = 25'C): Potencia Pico [WpJ= Máxima salida de potenciaen Watts pico (porejm. 36Wp] Corriente de cortocircuito [Al * Corriente entre los polos conectados de un módulo (por ejm. 2.31Apara un módulo de 36 Wp) Voltaje abierto M- Voltaje entre los polos de un módulo sin carga (por eim. 20.5 V para un médulo de 36 Wp)

Generalmente, el voltaje de un panel fotovoltaico es constante, sin irnportar la radiación. Sin embargo, la comente es directamente proporcionala la radiación, Por lo . tanto, la salida de potencia de un panel es. también, directamente'proporcional a la radiación,

MECANICO DE r1/IANTENIMIENTO a'

122

122

JAT

SETUAN

ELEcTRóNtcA eAslcn INDUSTRIAL pARTE l

Ejemplo: Salida de un paneltípico de 60 Wp: ,

Radiación Condiciones Voltaje

[W/m2J climáticas

circuito

100 Nublado 500 Pocas nubes 1,000 Despajado

en

Coniente

de

abierto cortocircuito

tvl

tAl

15 19 2A

0.5 2,5 560

$alida de Potencia

twl 6 30

A altas temperaturas, la salida de un panel disminuye. En promedio, dibminuirá un A.ía/o porcada grado Celsius porencima de la temperatura estándar. Ejemplo: A 50 grados Celsius, la salida de un panel de 60 Wp disminuirá: (50-25I= TWatt

O0

x 0.S% x

El tamaño usual de los módulos es alrededor de 0,5 m2 que es el tamaño más pequeño para un panel de 12V cuando se utilizan celdas de 100 cm1. Un factor importante que detemlina la salida de un panel solar es el factor de empaque. Algunos módulos se hacen de tal manera que relativarnente gran parte del panel permanece vacío, mientras que en otros módulos las celdas se empacan de manera bastante densa. Esto aumenta la salida neta por metro cuadrado de un módulo, aun si las mismas celdas fotovoltaicas se usan. La salida usual de los rnódulos fotovoltaicos es alrededor de 100 Wp por metro cuadrado.

Como $e mencionara anteriormente, no tiene sentido comenzar a producir celdas fotovoltaicas a pequeña escala. Es posible sin embargo importar las celdas fotovoltaicas para ensamblar los paneles, más que importar los paneles completos.

Esto puede hacerse con herramientas relativamente sencillas y se practica a pequeña escala en los países en desarrollo. Ejercicio : ¿Cuales son los voltajes de operación típicos de los sistemas solares de energía?

Ejercicio:

)

A continuación incluimos un ejemplo de las especificaciones técnicas para un módulo solar:

Wp

Potencia: 53 Bajocondicíones de prueba estándarde 1000 \V/mZ, Voltaje en circuito abierto: 1 1 .8 Ve5"c de temperatura de cetda y 1 .sde masa de aire Corriente de cortocircuito: 3:27 A Voltaje en carga: 17 ,4V Coriente en carga: 3.05 A Número de celdas en serie: 36 Tamaño de celda: 4.05 pulgada cuadrad a 9A2.9 mm') Tipico de celda: silicio rnonocristalino

MECANICO DE MANTEN¡MIENTO at

123

123

,t trTUAN


¿Que parámetro es el más apropiado para calcular el tiempo que demorará el módulo en cargar una baterla?

¿Cuárrto üempo tornará cargar una bbtería vacia, cuya capacidad nominal es de 90 Ah,

en una localidad con seis horas diarias de radiación solara 1,000

Wlm'?

COM PONE NTES ELÉCTRICOS

Unldad de control

Como puede deducilse de la disposición del sistema la unidad de control es un d

ispos itivo localizado en el centro del sistema fotovoltaico. wiwiwá-¿N¡i¡i¡r&ti¡!íf:.?.!1,;nr

:w

$us funciones son las siguientes: L Dirigir la electricidad generada en los paneles fotovoltaicos hacia el uso final si el tiempo de demanda de electricidad coincide con las horas de sol.

ll. Dirigir la electricidad generada en los paneles fotovoltaicos hacia' la bateria en caso que haya un exceso de potencia solar (la potencia generada> demanda de potencia).

lll. Dirigir la electricidad de la batería al punto de usd final cuando la demanda exceda la generación de potencia del panelfotovoltaico. lv. lmpedirque la baterla se sobrecargue y descargue.

v. lmpedirdaños en los cables para evitar cortocircuitos. vl. lndicar elfuncionamiento del sisterna fotovotfaico y el estado de cargá. MECANICO DE MANTEN1MIENTO a'

124

124

dAb ffiruAn

ELECTRóNIcA gAstcn TNDUSTRIAL pARTE

n

Para elegir una unidad de control, deberá estar al tanto de varios aspectos. Las características princípales de la unidad $on: ' Máxima corriente aceptada, prCIveniente de los módulos fotovoltaicos (por ejm.

S

A)

' Máxima comente de suministro a la batería (por ejm^ 5A)

' lndicador de bajo voltaje de Ja batería (por ejm. LED) ' lndicador de carga solar (por ejm, LED) ' Voltaje de entrada de carga de batería (Depende deltipo de batería. Para uná batería sellada, será de 13^3 - 14.0 V) ' Voltaje de '

entrada de descarga (para una batería sellada, entre

11

.4y 11.9 Volt)

Tipo de rEgulación (estado sólido y con un relay)

' Dispositivo de reseteo (autonnático o manual)

.

' Protección eléctrica (fusibles paracortocircuito o iluminación) ' Protección contra polaridad inversa (fusible o diodo bloqueacJor) ' Voltajes de entrada regulables

Las unidades de control pueden venderse como un todo o pueden ensamblarse

localmente. Unidades de control confiables y probadas están disponibles pero en los países en desarrollo, puede resultar difícil o muy costoso compradas.

Una unidad de control puede fabricarse localmente pero uno debe tener mucho cuidado al diseñár su propio controlador. Como el controlador es el corazón de un sistema fotovoltaico su funcionamiento determina el comportamiento y tiempo rle vida del sistema coÍnpleto. Una unidad de control que extrae demasiada electricídad de la batería causará latalla temprana de ésta y tal vez incluso pueda dañar log cables y dispositivos. Un controlador que apaga los paneles antes de tiempo influye en la eficiencia del sistema, Por lo tanto es aconsejable usar sólo diseños probados. Aún con diseños ya probado$ uno debe tener.cuidado al construir sr.¡s propios diseños. Errores con la tolerancia correcta y la calidad de las partes electrónicas se cometen fácilmente. Debe haber suficiente enfriamiento y ventilación del circuito electrónico para evitar el recalentamiento de los componentes pero la caja que alberga esto, debe también ser a prueba de agua. Las conexiones a la unidad control cjeben hacerse de tal manera que los usuarios menos capacitados no puedan cometer errores fatales, etc.

MECANTCO tlE

FíAI{TENIMIENTO

Q5 125

JAr

trÍ\lAn

ELECTRÓNIcA gAsICe INDUSTRIAL PARTE II

Estas son algunas observaciones y hay rnuchos otros temas prácticos que el fabricante de unidades de control ha tenido gue solucionar, a través de años de dificultades, experiencias prácticas dq I + D. Las unidades de control pueden diseñarse para realizar más tareas y no simplemente

la de controlar las corrientes y la carga/descarga de la batería. También puede controlar diferentes usos finales (como darle prioridad a grupos de aplicaciones en caso de falta de fluido) y puede monitorear el comportamiento de todo el sistema (aungue la mayoría de los controladores sólo dan un indicador de estado). Otro aspecto de las unidades de control moderna$ es el MPPT o máxima potencia de punto tracción. Esto significa que el controlador deterrnina el punto óptimo de trabajo de la curva FV: ¿qué voltaje operativo da la mayor eficien cia?

Ejercicig: ¿Por qué es necesario contarcon unidades de controlen los sistemas fotovoltaicos?

Ejercicio: ¿Qué significa 'polaridad inversa' y por qué es un problema?

Cables )

L

)

I

Los cables utilizados en un sistema fotovoltaico están cuidadosamente diseñados. Como el voltaje en un sistema fotovoltaico es voltaje CC bajo,12oz4V,las corrientes gue fluirán a través de los cables son mucho más altas que las de los sistemas con voltaje CAde 110 o 220V. La cantidad de potencia en Wattproducida por la batería o panelfotovoltaico está dada por la siguiente fórmula: P=Uxl Donde U es la tensión en Voltios e I es la corriente: en Amperios. Para suministrar una potencia a 12V significa que la corriente será casi20 veces más alta que en un sistema de 220 V. Esto quiere decir que cables mucho más gruesos deben usarse para impedir el recalentamiento e incluso la guema de los cables,


126

126

SENAil

ELEcTRóNrcA sAstce TNDUSTRTAL pARrE

u

El tamaño de los cables lo mostramos en la siguiente tabla, la corriente máxima que puede fluir sin recalentar el cable y la cantidad de potencia gue puede producirse a diferentes ,

voltajes.

Tabla : Tamaño de los cables. corriente máxima y potencia

Tarnaño del cable, co¡te de

Lloniente Máxima

tirea secciclnal

IA]

Ilotencia genera
IWl

24V

22AV

n'nn?

_

t.0

r0

170

24t|

22AA

1.5

t5

180

3300

2.5 4.0

2A

240

3ó0 480

30

'l2a

66A()

{J40

77(J$

1

200

I

I

680

I

5400

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I

9800

6.0

35

tfi.O

50

360 424 600

6,0

7{)

840

25.0

q0

r

44$$

I

00{)

De esta tabla se deduce claramente que a voltajes bajos, sólo bajas demandas de potencia pueden abastecerse o cables muy gruesos deben utilizarse . Para alcanzar una potencia de 1 kW a 12V un cable de 25.0 mm'debe utilizar$e para suministrar tanto como 20 kWa 22AV. Esto aumenta el precio delsistema drásticamente debido a que los cables más gruesos son más costosos. Tome en cuenta que estos tamaños sólo se aplican para cables cortos. $e utiliza otro enfoque en lo que se refiere a un módulo de energía eólica donde el punto de partida es la máxima caída pernisible de voltaje sobre el cable, dado el largo, voltaje y corriente.

Cuando se utilizan fusibles, para proteger la unidad de controlo dispositivos contra corrientes altas, el tamaño de los fusibles no deberia ser mayor a la proporción de corriente máxima del 'cable. Los fusibles son útiles sólo en el extremo de uso de la batería pue$ en el lado FVde la batería la corriente de cortocircuito es sólo 10% mayor gue la comente máxima durante brillo solarcompleto,

Cuando se diseñan sistemas más grandes, uno debe realizar un análisis de

.

costoleficiencia para elegir el voltaje operativo más adecuado. Más aún sería mejor reunir pequeños grupos de paneles y de ser posible hacer el voltaje de operación más altoque 12a24V. Ejercicio: Los sistemas FV pequeños operan trabajan a 24V?

a 12V. ¿Por qué los sistemas mediano$ y grandes

MECANICO OE MANTENIMIENTO a'

127

127

ELEGTRÓNICA BASlcA INDUSTRIAL PARTE

Ejercicio

r

II

r

¿Qué tipo de cables usarfa paraloq siguientes sistemas?

l. S0Watt, 12Voltios 2. 1 0000 Watt, 220 Voltios

3.2000Watt, l2Voltios A da

ptadores, convertldores

Los adaptadores pueden utilizarse para graduar el voltaje de un sistema solar. Por ejemplo cuando la salida es 24 v y la aplicación de 12v o 6 v, el voltaje debe disminuir. Esto puede hacerse con un adaptador cualquiera que se fabrican y venden en cantidad y sqn muy comunes. Usualmente sólo los contactos y enchufes deben ajustarse. ¡Tenga cuidado de que el adaptador sea suficientemente grande para la aplicación !

Los adaptadores puede hacerlos usted mismo. La eficiencia de los adaptadore$ sencillos no es muy alta por lo que en lo posible, deberÍa evitarse su uso.

Un conversar es un aparato que también puede graduar el voltaje. Es un diseño un poco más complicado y no está siempre disponible en todos los lugares. La eficiencia es mucho más alta que la de un adaptado.r.

lnvergor En muchos casos el cliente desea usar aplicaciones convencionales, generadas por sistemas fotovoltaicos. Aunque ésta no es siempre la mejor opción desde el punto de vista de la eficiencia energética. implica que la salida de un sistema fotovoltaico sea cambiada de bajo voltaje CC a 22A, 11CIV CA. 55 o 50 Hertz.

W:"m:ffiffiffi MECANICO DE MANTENIMIENTO a"

1?8

128

ffi ffiNffil'\

ELECTRÓNICA BÁ$ICA INDUSTRIAL PARTE

II

Un inversor puede parecer una solución tácil par:a convertirtoda la ealida rJel sistema solar a una potencia CA estándar pero tiene varias desventajas. La primera e$ que aumenta el costo y cornplejidad de sistem a.Para muchas aplicaciones no es nece*ario en lo absoluto utilizar un inversor. Por ejenrplo para el alunrbrado es mejor invertir en luces de bajo voltaje de eficiencia en lugar de invertir en un inversor. ¡Más aún. en algunas aplicaciones. por ejemplo para radios. la primera coea que se hace con la potencia gue ingresa es convertirlaen bajo voltaje CC! Un inversor también consume energia y portanto disminuye la eficiencia general del sistema La ventaja del inversor es que el voltaje de operación es mucho más alta y por tanto puede evitarse el uso de cables grue$os, especialmente cuanclo deben usarse cables largos podria ser etonómicamente viable utilizar un inversor. Ejercicio

:

Éxamine el esquema de distribuciÓn de un sistema fotovoltaico y explique los flujos de energia en elsistema.

Ejercicio: Observe eldiagrama cle una unidad de controly determine su funclonamiento Ejercicio ¿Porqué se recomienda el uso de artefactos gue CIperan con corriente continua debaia voltaje, en lugar de aquellos que le hacen con corriente alterna y quÉ requieren de un inversor de voltaje?

ACU

MU

LADOR ES ( BATER inS)

INTRODUCCIÓN Los acumuladore$ $on parte esencial de las instalaciones FV y deben di¡nensionar$e, instalarse y rnantenerse adecuadamente si se desea que la instalación funcione de forma óptima Un acumuladorse distingue de una simple pila eléctrica en r¡ue áste es $u$ceptible de ser recargado muchas veces. En el estado actual de desarrollo de la técnica de los acumuladores electricos estos resultan aún demasiada voluminCI$o$, pesados, y más pesados, y más earssde lo que seria deseable, teniendo en cuentalatimita¿acañtrctad de energía eléctrica que pueden acumular, es riecir, el trabajo útil que se puede obtener.

MECANICO tlE

PdAF¡TÉNIMIENTO

es 129

JÉI trNtrI

ELEcTRÓNIcA eASrcn INoUSTRIAL PARTE

II

Los acumuladore$, al igual que las pilas, son sistema$ electroqulmicos que se basan en reacciones química$ reversibles gue ocurren en $u interior y en las que entran en juego electrones procedentes de los átomos que interaccionan.

Dos electrodos inmersos en una disolución electrolítica (electrolito + agua) y compuestos por sustuscias conductoras adquieren, como resultado de las mencionadas reacciones, un potencial diferente, e$ decil se establece entre ellos una diferencia de potencial capaz de generar una corriente eléctrica que puede fluir a través de un circuito externo que una ambos electrodos.

I

I

F' I

I

Gapacidad estimada de almacenam iento

$e denomina capacidad a la cantidad de energfa que una batería puede almacenar. Por ejemplo. un tanque de agua con una capacidad de 8,000 litros puede almacenar como máximo 8,000 litros. Del rnismo rnodo, una baterla sólo puede almacenar una cantidad fija de energía eléctrica que por lo general figura en la parte exterior de la batería. La capacidad de lina batería se mide en amperios horas (Ah). Esto indica la cantidad de energía que puede generar una batería antes de descargarse completamente (obser;e que la unidad ampl-rios horas no es realmente una medida de energia; para convertir amperios horas a energía en watts-hora, multipllquelos por el voltaje de la bateria). Teóricamente, una batería de 100Ah deberá generar una coffiente de 2Apara 50 horas {es decir,2 arnperios por 50 horas es igual él 100.imperio-horas}. Sin embargo, la capacidad de almacenamiento estirnada es un parámetro generat, y no una medida exacta, del tamaño de la bateria', ya que la capacidad cambia segÚn la antiÉ:iiedad y estado de ta batería, así como según la velocidad a la que se sustrae la potencia. $i la corriente se extrae rápidamente de la baterla, su capacidad se reduce


130

130


Carga, descarga y estado de

carga

II

r

La corriente de carga es la corriente eléctrica de la que está provista una batería, y que está almacenada en ella. Así como toma más o menos tiempo llenar un tanque de agua, Dependiendo de la velocidad con que ingrese el agua; eltiempo reguerido para cargar completamente una batería depende de la magnitud de la corriente con la cual

se carga. Las baterías se cargan utilizando módulos solares, energía de la recl conectada a un cargador de batería, diesel" petróleo o un motor de auto conectado a un alternadordeltamaño adecuado o a un generador. Se puede determinar aproximadamente la cantidad de energía recibida por una

batería (Q. en amperios horas), multiplicando la corriente de carga(1, amperios) por el tiempo de carga (T, en horas): Q (cantidad de carga en horas)

en amp-horas) = 1 (corriente de carga en amperios)

xT

(tiempo

Si se multiplica esta fÓrmula (Q) por el voltaje de batería, se obtendrá la cantidad de energía suministrada a la batería, expresada en watt horas. No se debe cargar baterías a una corriente mayor de un décimo de su capacidad estimada. Por lo tanto, una batería de 70Ah no deberá ser cargada a una corriente de más de7 amperios. D.escarga es etestado de la batería cuando su energía está usada por una carga (por ejemplo, luces, radio, televisión, o bombas de agua). La corriente de descarga representa la velocidad a la que se sustrae corriente de la batería. $i desea, pueáe calcular la cantidad de energía extraída de la batería durante un periodo de tiempo (como en el caso delcargado de energía), mulplicando la corriente de descarga por el tiempo de uso de la carga. Por ejemplo, una lámpara que consume 1"2 anperios utiliza, para cuatro horas, 4.8 amp-horas de energía de una bate ría (1.2 amperios x ¿ horas = 4.8 amperios-horas).

El estado de cargarepresenta la cantidad de energía restante en la bateria. Éste indica si una bateria está completamente cargada, cargada a medias o

completamente descargada. En el caso de una batería de plomo*ácido, es posible medir su estado de carga utilizando un higrómetro o un voltímetro. Ejercício

¿Porqué se produce una baja en el nivel de electrolítade las baterias selladas y qué líquido se emplea para llenarlas nuevamente?

tu


,"

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131


Ciclo, Ciclo de vida y Profundidad de descarga

En un sistema solar de iluminación eléctrica, una batería se carga diariamente mediante un módulo de celda solar y luego, se descarga debido al uso durante la noche periodo de descarga conforman lo que llamamo$ un ciclo. Por ejemplo, en un ciclo, una baterla de 100 Ah podria cargarse hasta un g5% de su capacidad durante el día, y luego descargarse a un 75oh de su estado de carga durante la noche, debido al uso de las luces y de la televisión.

y la madrugada. Un periodo de carga junto con su correspondiente

El ciclo de vida de una batería es el número estimado de ciclos de duración de una bateria. La mayorla de baterlas tienen un ciclo de vida de varios miles de ciclos; lae baterlas de niquel-cadrnio tienen un ciclo de vida más largo que el de las baterías de plomo-ácido. El ciclo de vida promedio de una baterfa (el cual debe ser especificado por el fabricante o el distribuidor) es el número estimado de ciclos de duración de una baterfa antes de que su capacidad disminuya a un 80o/o de su capacidad original estirñada. El ciclo de vida real se acorta debido a descargas profundas, alta temperatura, falta de mantenimiento, y demasiadas descargas a alta velocidad. Esto es tfpico durante largos periodos nublados, o cuando la carga es mucho mayor gue la entrada de sol.

Autodescarga

Si permanemn

constiantemente descargadas, las baterías perderán $u carga lentamente mediante un proceso llarnado autodescarga. La autodescarga es el resultado de una reacción quimica ocurrida dentro de las celdas de la batería. El porcentaje de descarga de una baterla depende de la temperatura del ambiente y del tipo de baterla (es decir, aquellas baterlas con gran acumulación de ácido en la superficie tienden a tener un Porcentaje de autodescarga más alto). El clima cálido aumenta el porcentaje de autodescarga, Por lo general, las baterías nuevas no se descargan másde un íalo al mes. $in embargo, en climascálidos, lag baterías de plomo-ácido ueadas pueden perder hasta un 40olo de su capacidad al me$,. si no se les carga regularmente. Por lo tanto, para evitar altos porcentajes de descarga, Ud. deberá: Guardar la baterla en una caja de madera, o en una bandeja no metálica Mantenga limpia la parte superior de la balería Mantenga los terminales limplos y engrasados


132

132

ffi ffiNATI

ELECTRÓNICA

aÁ$cn

Tipos de baterías

INDU$TRIAL pARTE

II

,

Existen varios tipos de acumuladores, ppdiéndose establecerdiversas clasificacianes de acuerdo a su morfología y a su construcción interna, o a razan del uso a que van destinados. De esta manera se habla frecuentemente de acurnuladores estacion artos, de tracción o de otros tipos específicos. Los dos tipos de baterías más cornune$ en el actual mercado mundial son las baterías de plomo-ácido y baterías de níquel-cadmio. En Perú, las más comercializadas son las baterías de plomo* ácido Ambos tipos de baterías contienen diferentes electrr:dos y d iferentes soluciones de electrolito. figq_q_de

b.ateria,$jp

pla'fnp_:

:

Baterías paraautos

Las baierías para autos son de plomo-ácido cle descarga ligera, utilizadas rnayormente para pCIner en marcha los motores de autos. Su porcentaje de autodescarga es bajo (1Aala al mes cuando son nuevae), con un sicla cle vida larga,, cCImpuesto de ciclos cortos. No son la mejor opción para almarnnar energía destinada a generar electricidad FV. Sin embargo. muchos hogares peruanos ias usan para encender radios. televisore$ y luces" puesto que $e fabrican local. son b 1 ratas y están al alcance de todos. Baterías de plomo antirnonio {M otriz)

Las baterías de ptorno antimonio son de ciclo profundo, originalmente diseñadas para poner en marcha vehículos eláctricos. Añadir antimonio al electrodo permite a la batería resistir ciclos profundos de entre 50%-B0ola de dee carga. $in embargo. sus porcentajes de autodescarga son más altos, por lo que requieren adicionarles con más frecuencia de aguadestilada. Baterias $elladas (Gel)

Las baterías selladas cuentan con un electrolito no líquido, gue termina con los problemas de pérdida de agua a través de gasificación, Las baterías son selladas en la fábrica, por lo que no gotean niderraman líquido, y a su vez-, *on de fác,tltransporte y requieren menor mantenimiento. Además, soportan ciclos profundos y tiene nlarga vida. $in embargo, su rendimiento e$ muy deficiente a alta*temperaturbs, por lo qüe no deben ser utilizada$ en lugares calientes. Hste tipo de baterías e$ uno de los más caros.

IIIECAT.IICO DE MATüTENINÍIEI'{TCI

133

133

,t

SETUAN

ELEcTRÓNICA EA$CA NDUSTRIAL PARTE

II

Baterías solares Las baterías solares han sido especialmente diseñadas para usos eléctricos solares, con el fin de superar los problemas del uso de baterías conlencionales. Entre sus ca ra cterísticas pode mos m enciona r:

Un buen ciclo de vida, es decir, entre 1,000 Y 2,000 ciclos (entre 3 y 6 años), en ca$o de que las baterías no pasen por ciclos profundos muy a menudo Un porcentde de autodescarga bajo, entre Zalay

4o/a

almes

Un gran depósito de electrolito para evitar daños por causa de exceso de gasi ficación, y para disminuir la necesidad de agregar agua ionizada.

Mucho mayor tolerancia a los ciclos profundos que las baterías para autos. $ometida a una descarga diaria de 40Yo, la baterfa solar durará mucho tiempo. lnciuso, una descarga diária del 10% le otorga un periodo más largo de vida.

Lae baterías contienen ácido sulfririco. Asimismo, generan mezclas explosivas de gases de hidrógeno y oxígeno en cada celda. Un cortocircuito en los terminales de '

la baterfa puede generar corrientes muy altas. Para estar en capacidad de manipular baterías con un riesgo mínimo, deberán tomarse algunas medidas de seguridad muy simples.

No deje que objetos de metal conecten ambos terminales, posltivo y negativo, de la baterÍa. Hacer cortocircuito en los terminales de la bateria provocará chispas. Si el cortocircuito dura cierto tiempo. tanto el cableado como la batería se calentarán considerablemente. Esto puede producir fuego. o puede hacer que la batería explote. $ea muy cuidadoeo al echar agua a una batería Las baterías contienen ácido. Si eete ácido cae al os ojos. puede ser muy peligroso. Hsto se evita utilizando lentee de protección. En caso de que caiga ácido en los ojos, mantengalos abiertos y enjuáguelos inmediatamente con mucha agua. Luego. congulte a un médico. '

la ropa. En caso de que caiga piel o la ropa. enjuáguese inmediatamente con mucha agua. ácido en la Finalmente, lávese siempre las manos después de haber manipulado la batería. El ácido también es dañino para la piel y para


134

134

ELEcTRóNtcA gAslcn TNDUSTRTAL pARTE n

-$-s-a-e-u-ldadsss-al-aargaruna-bateua

Al cargar una batería. cologue sus manos debajo de ella para evitar que se resbale o se caiga. Uña caída puede provocai ¿anos en los electrodos y ocasionar cortocircuitos internos, Esto puede provocar que la batería explote. Al cargar una batería, levántela firmemente. Ns*hsgas-hispag-c"er-qa_deura.batgua Les baterías producen una mezcla de gases de oxígeno e hidrógeno que explota cuando se enciende. Evite hacer chispas y no fume o haga soldaduras cerca de una batería

Riesgos para el medio ambiente

Las baterias usadas, al igual que las lámparas fluorescentes, constituyen un rieigo para el medio ambiente. Sea cuidadoso al desecharlas; no las coloque junto con la basura norrnal. Por lo general, pueden ser devueltas al fabricante o distribuidor para ser recicladas,

.

Ejercicio

:

¿Qué tipo de batería usaría en una instalación donde ésta será sometida a ciclos piofundos frecuentes y donde estará vacía por largos periodos? Ejercicio

:

¿Porqué resulta imposible hablar en términos generales del tiempo de vida de una batería: Ejercicio

:

¿La autodescarga de una batería aumenta o disminuye a lo largo delverano?

Estructuras de soporte

como los paneles solares deben mirar al sol sin interferencia de obstáculos en los

alrededores, los paneles generalmente egtán colocados en una posición alta, sobre un teche o un poste

cuando los panales se colocan sobre un techo hay varias soluciones. primeramente el panel puede, ser montado sobre una estructura inclinada ya existente, Ei la orientación de la caída del techo es cercana a la óptima. El techo debeier lo e uficientemente fuerte para soponar el peso extra de los paneles, o más importante, el peso extra del viento. Las penetraciones para cables deben sér ¡mperneables.

MECANICO DE

MANTENIMIENTO

'

135

¡

135

ñ

trfu¡m

ELEcTRÓNIcA gASIcn INDUSTRIAL PARTE

II

En segundo lugar existe la posibilidad de ir¡tegrar paneles al techo. Esto significa que los paneles actuarán como parte del tejado y que los materiales del techo como las tejas se ahorraran" Los paneles ya son bastante fuertes a prueba de agua, entonces para qué desperdiciar materiales üe construcción. Otra ventaja es que la carga del viento se disminuye cuando los paneles están colocados en eltecho más que sobre el techo. En tercer lugar, los paneles puede colocarse en un techo plano sobre un marco que lo soporte. El marco está hecho de metal y fijado al techo (con permos grandes) o ee hacen lo suficientemente pesados utilizando concreto. La ventaja es gue se puede escoger cualquier dirección e inclinación pero, claro, el marco aumenta los costos del sistema. Estos marcos también se utilizan en instalaciones en áreas planas sobre el piso.

$i no. hay un techo adecuado disponible, será necesario elevar el panel a cierto nivel a fin de evitar las sornbras; pudiéndose hacer con postes. Esto sólo se logra con paneles pequénos utilizando construcciones parecidas a la de los postes de alurnbrado público. También se utilizan los postes para evitar daños potenciales en los paneles causados, por ejemplo, porganado o niños que iuegan en los alrededores. Los módulos fotovoltaicos sobre marcos o postes pueden equiparse con mecanismos de tracción que ,ajustran los panelee de tal manera gue estén siempre mirando al sol, Estos sistemas son muy costosos y complicados, generando nurnerosos desperfecto$, y por lo tanto no se utilizan comtlnmente. Para sistemas más grandes podrla ser atractivo utilizar los mecanismos de tracción, pero para sistemas pequeños las inversiones no pueden justificarse por un mayor rendimiento. Bajo todas circunstancias los paneles deben colocarse de tal manera que estén a la mano para realizar trabajos de limpiezaY mantenimiento.


136

136

rf*t FE$üAN

EIñCTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE

II

WffiW%-W,ffi MOh¡TAJE CON CIRCUITO$ IruTHGRANOS

MECANICO DE

MANTENIMIENT0

rcT

137

12V

f@l''

12V

I

NEsssl

3

T=1.1 .R.C


OPERACIONE$

NO

I I

01

a2

lnstalarcircuitocon integrado 555

I

lnstalarcircuito con multivibradorastable

I

I I

t

01 circuito integrado NE555 03 resistencias 10 K 02 resistencias 1 K,330 r

02condensadores0,l pF 06 condensadores 0,'l pF, 1 pF, 100 pF,220¡tF,1000 pF

10 pF,

0l Pulsador 01 Led

0l Osciloscopio 01Cronómetro 01

01

PZA.

CANT,

,Al

#NAN PERU

DENOMINACIÓN NORMA MONTAJE

OBSERVACICINES

DIMENSIONES

' DE CIRCUITOS INTEGRADOS

MECA''IICO DE MANTENIMIENTO

HT TIEMPO: ESCALA:

10

REF.

HOJA:

111

2005

138

138

,rt 5ENAN

ELECTRÓN'CA BASICA PARTE II

OPERACÉN: INSTALAR CIRCUITO CON MULTIBRADOR A$TABLE Paso

l:

Armarelcircuito mostrado.

12V

nF-{E

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3

r

Paso 2: Carnbiar el condensador C según los valores indicados en la tabla y gráfica la forma e onda y anota los valores de la frecuencia y el periodo.

c

F

0,01

F

0,1

F

T

1F 10F 100

F

Observacién; Si la frecuencia de salida es baja se usará un LED y si la frecuencia de salida es alta se usará un osciloscopio.


139

139

,Al

ffN¡trI

ELEcTRÓNICA gASICn INDUSTRIAL PARTE

II

OPERACION ; INSTAISR CIRCUITO COH INTEGRADO 5SS Paso I : Armar el circuito mostrado. 12V

f'yj_558 Pulsador

g

F

Paso 2: Variar el condensador "C" según los valores que indica la tabla y rnedir el tiempo de . duración del pulso y anotarlos. C

Tiempo

1pF 100 ¡r F 100 ¡r F

2A pF 1000 p F

MA


140


II

Circuito lntegrado 555 lnstrucciones y car¡cterísticas 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. Sus ca¡acterísticas más destacables son: Temporización desde microsegundos hasta horas Modos de funcionam¡ento ,:/ Estable .,/ Aplicaciones Temporizador ,.-/ Oscilador Düisorde frecuencia / .., Modulador de frecuencia ¡,r' Generado¡ de señales triangulares

I

Pasemos ahora a mostrarlas especificaciones generales del55b (V,, = disparo)

ESPECIFITACIONHS SENER,ALE$ BEL 555

510svOLTt0$ volTto$ volTto$ ,t

Frecuencia máxinra Nivel de tensÍón

(Astable)

(medio)

Error de frecuencia

Error de temporizacian (monostable)

Rb

V -5 o/a -1 ú/a

3.4 -

Valor rninima de Rb

(pin-3) Corriente de salida (pin-3) Reset VHA/L

-5

ah

V -g ola

-1

%

-1

6.2:

.

10.CI -

Meg

%

Nr:nrinat

,

Temperat ura ZboC 'lbmperat

ura ZS'C

10 - Meg

5-K 3-K

5-K 3-K

I < as a.4 t< .03 -Z0A ma -200 ma -200 ma

a.4

t<

0.30.4

;_,___TrE

MANTENIMIENTO :a

Varia con el fulfg y el diseño

6.6 - V

Meg

5-K 3-K

Valar mínimo de Ra

MECANICO DE

a Z -MHz

S.3 -

(Astable)

Máxirno valor de Ra +

Kfrz

500 -

t'IorAs

.,,

,

.,

141

141

*

I

s¡{An


I

t,

I

t A continuación se mostraran los modos de,funcionamiento que posee este circuito integrado. En los e$quemas se hace referenqia al pastillaje del elemento, al igual que a las entradas y salidas en cada montaje. Fu ncion

amiento rnonoestable

27 36

Cuando la señal de disparo esta a nivel alto (ej. 5V con Vcc 5V) la salida se mantiene a nivel bajo (0V) que e$ elestado de reposo, Una vez se produce el flanco descendente de la señal de disparo y se pasa por elvalor 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 , parano tener problemas de sincronizaciónque el franco de bajada de la señal de disparo sea una pendiente elevada, pasando lo más rápido posible a un n ivel bajo (idealmente 0V).

NOTA: En el modo monoestable,.el disparo debería'sér puesto a nivel alto antes que term ine la temporización.

MECANICO DE fuIANTENIMIENTO

:.

142

142

tt ffisüAn


II

Circuitos integrados tem porizadores

Las aplicaciones como osciladores, gen*r"lor*s de pulso, generadores cle rampa u onda cuadrada, multivibradores de una disparo, alarmas contra robo y monitores de tensiÓn, requieren un circuito capazcie producir intervalos de tiempo medido. El circuito integrado temporizadar más popular es el 555, fue introducido primero por Signetics Corporation, similar a los amplificadores operacionales de propósito general, el 555 es confiable, fácil de usar en gran variedad de aplicaciones y de bajo costo. El g55 también puede CIperár con tensiones de alimentación de + 5 v a + 18 v., por tanto es compatible tanto con los circuitos TTL como los amplificadores operacionaleg, El temporizador 555 (Timer)

El temporizador 555 puede considerarse como un conjunto funcional que tiene dos comparadores, dos transistores, tre$ resistencias iguales un flip - flop y una etapa de salida según se muestra en la figura.

El operacional superior tienen una entrada umbral {patita 6} y una entrada de control (patita 5); en la mayofía de las aplicaciones no re usa la tensión de control, de manera que esta es igual a 213 UCC (obtenida del divisor resistivo); siempre que la tensión de umbral excede a la de control, la salida del operacional pondrá a uno (nivel de tensión alto) al flip flop. El colectordel transistorde descarga va al pin (patitaT),cuando dicho pin se conecta a un condensador de temporizaciÓn externo, el uno de la salida Q del flip flop es cero, el transistor se abre yel condensador púede cargarse como se describió previamente. La salida de la señal complementaria delflip flop {q}va a la patita l, la salida Cuando la entrada de puesta a cero externo (pina) $e pone a tierra, inhibe al dispositivo impidiendo su funcionamiento; algunas veces e$ muy útil esta caracteristicas de prendido - apagado; sin embargo en la mayoria de aplicacione$ no se usa la puesta a

fVI

ECANICO DE MANTENIMIENTO

:.

143

143

Jrt #NAN

ELECTRÓNIcA

EA$cn

INDUSTRIAL pARTE II

cero externa y la paüta 4 se conecta directamente a la fuente de alirnentación (UCC). Observe el amplificador inferior su entradb se denomina disparador (pin2); debido al divisor de tensión, la entrada no inversora tiene una tensión fijado a + UCC/3; cuando la tensión de entrada en el disipadot es ligeramente menor que + UCC/3, la salida del operacional va e un nivel alto tensión (entrada r del flip flop) y pone a cero al flip flop. Finalmente la patita o pin 1 es la tiena del integrado, mientras que la patita I es la de alimentación. El timer 555 funcionará con cualquier tensión de alimentación comprendida entre los 4,5 V y 16 V. M

ultivibrador ilonoesta ble

La siguiente figura muestra ala timer 555 conectado para un funcionamiento en modo monoestable (descarga única). R

.tt

.'*

Dieparo

Urnbral 0

o

--r

u.',,

[-]f I

Salida

(b)

Funciona como sigue; la entrada al disipador es ligeramente menor que +UCC/3 el operacional inferior se va a un nivel de tensión alto y pone a cero el flip flop; esto hace que el transistor se corte permitiendo cargarse al condensador. Cuando la tensión de urnbra.l es ligeramente mayor Que + 2UCC|{ el operacional superior tiene por salida un nivel alto de tensión, lo cual pone a uno flip flop; tan pronto como la salida Q llega a uno, el transistor conduce y el condensador se descarga rápidamente.


144

144

#As

ffiNAN

ELEcTRóNtcA eÁsrcn INDUSTRIAL pARTE u

La figura anterior muestra las formas de ondd típica, la entrada al disparador es un pulso angosto con un valorde resposo de + UCC;el pulso debercaer pordebajo de las + UCC/3 para poner a cero al flip flop i permitirle cargarse al condensador, cuando la tensión de umbral excede ligeramente los + 2 UCC1{ el flip flop se pCIne a uno, esto satura al transistor y descarga al capacitor, como resultado, obtenemo$ un pulsa de salida rectangular. El condensador c tiene que cargarse a través de la resistencia R; a mayor valor de la constante de tiempo; mayor es el tiempo que toma el condensador para alcanzar los 'r 2 UCCI3; en otras palabras, la constante de tiempo RC controla el ancho del pulso de salida. Resolviendo la ecuación exponencial para la tensión de condensador, se obtiene la siguiente formula para el ancho del pulso Por ejemplo, $i R = 22 KN y C = 0"06BMF , entonces la salida clel temp orizador monoestable 555 es: W = 1 ,'l x22 x 10'x 0,068 x 10'a = 1 ,65 min Normalmente el diagrama esquemático no muestra los operacianales, ni al flip flop u

al temporizador 555, se muestra un diagrama esquemático como el de la, para el circuito temporizador 555 funcionando en modo ffionoe$table, sólo $e muestran las patitas o pines y cornponentes externos incidentalmente, otros componentes internos

DISPARO

El pin 5 {de control) es polarizado'a tierra a través de un pequeño

condensadCIr,

típicamente de 0.01 ¡r f, esto proporciona un filtrado para el ruido que se introduce pCIr la tensiÓn de control cuando se conecta a tierra el pin 4 inhibe al temporízadar 55S, para evitar puestas a cero accidentales, ordinariarnente se sonecta el pin 4a la fuente de alimentación como se rnuestra en la anterior.

MECANICO DE

MANTEN|MIÉNTO

14s

145

JAI

trN¡TN


MULTIVIBRADORASTABLE La siguiente figura muestra al timer 555 conectado para este modo de funcionamiento.

(a)

(b)

*U.t 0

l.*w¡l

k-r -tl

I

Cuando Q está en un nivel bajo de tensión el transistor se corta y el condensador se carga a través de la resistencia total Ra + Rb; debidó a esto, la constante de tiempo de carga$ es (Ra + Rb) c; conforme se carga el condensador, la tensión umbral aumenta; finalmente la tensión umbral $upera a +2 UCC/3, entonces el operacional superior tiene un nivel alto en su salida y esto pone a uno alflip flop. Con Q puesto a uno, se satura el transistor y pone a tierra al pin 7 , ahora el condensador se descarga a través se Rb con una constante de tiembo de descarga de Rb c.

Cuando la tensión del condensador cae por debajo ligeramente de + UCC/3, el operacionalinferiortiene un nivelalto en su salida y esto pone a cero alflip flop. La figura anterior (b) ilustra las formas de onda, comb se observa el condensador de temporización tiene un voltaje creciente y decreciente exponencialmente; la salida es una onda rectangular. Como la constante de tiempo de carga e$ mayor que la de descarga, la salida no es simétrica el estado de puesta en uno dura más tiempo que el de puesta a cero. Para especificar cuan asimétrica es la salida, se utiliza el ciclo de servicio (dutycycle) definido como:


:.

146

146

JñI trTUAN

ELECTRÓNICA BÁSICA INDU$TRIAL PARTE

R-W D= -i-

II

x 100%

Como ejemplo: Si W = 2M$ y T = 2,5MS, entonces el cíclo de servicio es:

i'

'

P= #

x\l}a/s*

80%

Dependiendo de los valores de las resistencias ra y rb, el ciclo de servicios se encuentran entre el 50 y el lAAa/o; las ecuaciones de carga y descarga origina las siguientes fórm ulas: La frecuencia de salida es:

s Y

elciclo de trabajo

o

1'44 = TRa +?RW

servicio es:

D = {H}

xlaao/o

$i ra es mucho menor que Rb el ciclo de servicios se aproxima al 50Yo. La figura siguiente muestra un timer 555 conectado para el funcionamiento astable tal como aparece generalmente.

0,01pF

(a)

La patita 4 (de puesta a cero) está conectada a la fuente de alimenatción y la patita 5 (de control) se polariza a tierra me{iante un condensador de 0.01 pf.

Oscilador Controlado por Tensión La figura'siguiente muestra un oscilador controlado por tensión (vco, del inglés voltaje controlled oscilador).


147

tn

147

ñ

trfu¡trr


II

(b) (a)

La patita 5 (de control) se conecta a la entrada inversora del operacional superior, normalmente la tensión de controles + 2 ucc/3 a causa del divisor de tensión interno, sin embargo en la figura anterior la tensión del potenciómetro externo contrarresta la tensión interna es decir ajustando el potenciómetro podemos variar la tensión de control, la figura anterior ilustra la tensión en bornes del condensador temporizador. Observe que dicha tensión varfa entre + Ucontral 12 V + Ucontrol. $i aumentamos Ucontrol, elcondensadortoma mayortiempo para cargarse y descargarse portanto la frecuencia disminuye. Como resultado, podemos cambiar la frecuencia del circuito variando la tensión de control. lncidentalmente la tensión de control puede provenir de un potenciómetro o de la salida de otro circuito transistorizado u operacional, etc.

MECANTCO DE MANTFNTMTENTO a'

148

148

#A*

ffiTUAN

ELECTRÓN|CA BASTCA TNDTJSTfrIAL PARTE il

W,,":e:{::ft ,,3

{,:r%, W;:ftW;#'""tr;

MECANICO DE MANTFNIMIENTO

:,

W;8.

#kr'",{:#,

{}rr,,b'{:ft

149

149

trN¡M ^


II

01, ¿Cuál es la tensión pico a pico del rizado que se obtiene de un puente rectificador si la corriente en la carga es de SmA y la capacidad del filtro vale . al 21.3pV bl 56"3nV cl 21.3rnV d) 41.7mV e) N.A,

05. Con la misma tensión delsecundario y el mismo filtro, ¿Cuál de los siguientes I factores produce la menor tensión en la carga? a) Un rectificadorde media onda bl Un rectificador de onda completa c) Un puente rectificador d) lmposible saberlo e) N.A,

92. Con una tensión rectificadora en media onda en la resistencia de carga, ¿Durante que parte de un ciclo fluye

06. La tinica ocasión en la que es necesario utilizar Ia tercera aproxírnación es cuando : a) La resistencia de carga es pequeña b) La tensión de la fuente es muy grande c) Se detec{an averfas dlT. A. e| N. A,

1000pF?

.

corriente en la carga? a) 00 b) 90o c) 180o d) 3600 e) N.A.

g7, Suponga que en un rectificador de media onda la tensión de red puede

03, ¿Qué tensión de pico en la carga se obtiene de un puente rectificador si la tensión en el secundario es de 15V

fluctuar

y

los

entre 105 125 V rms. Con ' un transformador reductor 5:1 , la tensién de pico en la carga es

rms? (emplee la segunda

aproximadamente de

aproximaciónI a) 9.2 V

Al 21 V Bl 25V c) 2e.6 v

bl 15v c) 19.8 V d) 24.3 V

D) 35.4 V

El

e) N.A.

N.A.

08. S¡ la tensión de red es de 115 V rms, una relación de espiras de 5:l significa que tensión en secundario es aproximadamente

04. La resistencia interna de un 1N4001 es al 0 Ohmios b) 0.23 Ohmios c) 10 Ohmios

la

el

A) 15V Bl 23V cl 30v

d) 1 Kohmios e) N.A.

D) 35V E) N.A.


150

150

Jrt trTUAN


09. Cuando la corriente por el diodo grande, la polaridad

a) Directa b) lnversa c) Escasa d) Al revés e) N.A.

es

es

13, La tensión umbral de un diodo es aproximadamente igual a a) La tensión aplicada potencial , b) La banera de c) La tensión de ruptura

d) La tensión con polarización directa

elN.A.

10, Si la resistencia es nula, la curva encima de la tensión umbral

a) Horizontal b) Vertical c) lnclinada en 45o d) T.A. e) N.A.

es

por

f4. En un transfurmador reductor, ¿Qué magnitudes mayor? a) Tensión en el primario b) Tensión en el¡ecundario c) N¡nguno de los dos d) No hay respuesta posibte e) N.A. 15. Cual es la tensión de pico en la carga en

de de pico en el secundario sise aplican '115V rms alarrollamiento primario? al40.7v ' b)64.6 V c)163 V

11. Un transformador tiene una relación espiras de 4:1 ¿Quál es la tensión

un rectificador de onda compleh si la tensión delsecundarioes de 20V rms

A) 0V B)

0.7 V

Cl

14.7V D) 28.3V E) N.A.

d) 170 v

12, ¿Cómo está polarizado un diodo que no

conduce? a) Directamente b) lnversamenta c) lnsufic¡entemente d) Alrevés

e) N.A.

MECANICO DE MANTENIMIFNTO

:,

151

151

JI SNAN

ELECTRÓNICA EA$Cn INDUSTRIAL PARTE

II

La 5S lo "s" sElRl CLASIFICAR Separar lo que es útil de lo qué no lo es. Eliminar del área de trabajo todos los elementos innecesarios y gue no se requieren para realizar nuestra labor.

20 'irs"

sElroil

ORDENAR Un lugar para cada cosa y cada cosa en su lugar. organizar los elementos que hemos clasificado como necesarios de modo que se puedan encontrar con facilidad.

30 "$rú

sElso

LIIIIPIAR Acaba con la suciedad y evita ensuciar. Limpiar el sitio de trabajo y los equipos, y prevenir la euciedad y el desorden con un pensamiento superior de limpieza.

40

*sñ SEIKETSU

CONSERVAR Todo arreglado y limpio, es bueno para nuestra salud flsica y mental. Por ello hay que preservar altos niveles de organización, orden y limpieza en nuestra vida diaria,

50

.'s'sHlTsuKE

AUTODISCIPLII{A Orden, rutina y perfeccionarhiento constantes. Convertir en hábito el empleo y utilización de los métodos establecidos para el cumplimiento de las 4'$ anteriores.


F

t

152

152

ffin¡d[n


'{f',,,,f,#*{í:xY;;::ft'ú,{,|:::;f í':k-'*u#,'ír:{#::f,fúWí:;T,r:,,,&""",#

MECANICO DE

MANTENIN¡1IENTO

fí;x

153

t"

'

II

153

ñ

stfuAn


COTiITAil'IINACÉH POR DE$PERDICIOS La acumulación de desperdicios sólidos en vertederos o basurero$ al libre o en depósitos inadecuados e$ un problema gue afecta a casi todo el planeta. Cada año en los palses desarrollados, $e convierten en chatarra millones de automóviles junto con toneladas de hierro y acero. También $e acumulan millones de toneladas de desechos minerales de las explotaciones mineras y las fundiciones,

Las centrales energéticas y la agricultura producen enormes cantidades de e$coria, cenizas y otros desechos. Los medios que $e utilizan para tratar el problema de los residuos sólidos son del todo ineficaces y muchas ciudades enfrentan con crisis la eliminación de su basura.

El problerna se agudiza por el incremento de la población que produce mas residuos y reduce los terrenos disponibles como vertederos o rellenos sanitarios, junto a la evidente necesidad de frenar el crecimiento de Ia población humana, urge liin¡tar la producción de artfculos y envases no reciclables y no biodegradables.

GONTA]UIINACIOH POR PETROLEO El petróleo se ha convertido en un fuerte contaminante del ecosistema marino. La perforación de pozos en la plataforrna continental de rnuchas partes del mundo esta sujeta a accidentes gue provocan la liberación directa de petróleo almar.

Se estima gue cerca de 3,5 millones de barriles se derraman en los océanos por los barcos transportadores y por las operacionee de perforación. Las capas oscuras de petróleo sobre el mar anulan el intercambio ga$eoso con la atmósfera produciendo verdaderos problemas en la flora y fauna marina.

CONTAMINACÉ}.I POR RUIDO El ruido es un sonido inarticulado y confuso, mas o menos fuerte gue causa una sensación desagradable y molesta. El hombre esta sometido a una amplia variedad de ruidos que van desde los apenas perceptibles hasta los que causan daño. El ruido se mide en decibeles (unidades para medir las variaciones de la potencia del sonido ), Una batidora eléctrica produce'87 decibeles, el tránsito de una calle céntrica alcanzaentre 80 y 100 decibeles y con solo 30 mas se llega al umbraldeldolor.


154

154

ñ

trtu¡trl

ELEcTRóNrcA eAstcn TNDUSTRTAL pARTE

u

BIBLIOGRAFIA Principios de

Electrónica

Electrónica

Analógica

SENATI

MECAN ICO DE IúANTENIMIENTO a'

Paul Malvino Editorial Esmeralda Mora

155

155

o

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PROPIEDAD INTELECTUAL DET, SENATI PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN YV'ENTA SIN LAAUTORIZACIÓN CORRESPONDIENTE

EDICIÓrrl ENERO 2: 07 t

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I

lmpreso'en el Centro de lmpresión de IBM del perú SAC

Electronica Industrial Basica II

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