Manual Electronica FIAT [PDF]

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CIRCUITOS ELECTROTÉCNICOS BÁSICOS

MANUAL DE ELECTRÓNICA ÍNDICE

ELECTRÓNICA BÁSICA..................................................................................01 ·CORRIENTE ELÉCTRICA ...............................................................................02 ·ELEMENTOS PASIVOS SIMPLES.....................................................................02 ·DIFERENCIA DE POTENCIAL ENTRE DOS PUNTOS......................................... 04 ·GENERADOR DE TENSIÓN CONTINUA (DC) .................................................. 05 ·ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS ................................................................. 05 ·LEMAS DE KIRCHOFF................................................................................ 08 ·TENSIÓN DE ENTRADA Y TENSIÓN DE SALIDA............................................. 09 ·ESTUDIO DE SEÑALES ELÉCTRICAS ........................................................... 10 ·ANÁLISIS DE UNA RED SIMPLE .................................................................. 14 ·COMPONENTES PASIVOS DENTRO DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO .................... 15 ·TEORÍA DE SEMICONDUCTORES ................................................................ 18 DIODOS SEMICONDUCTORES ..................................................................... 20 ·TERMINALES Y SIMBOLOGÍA ...................................................................... 20 ·FUNCIONAMIENTO ................................................................................... 21 ·CURVA CARACTERÍSTICA .......................................................................... 23 ·LÍMITES DE RUPTURA............................................................................... 24 ·ANÁLISIS EN UN CIRCUITO ....................................................................... 24 ·TIPOS DE DIODOS SEGÚN SU FUNCIÓN...................................................... 25 ·RECTIFICADORES .................................................................................... 25 ·RECORTADORES ...................................................................................... 34 ·ESTABILIZADORES DE TENSIÓN ...................................................................40 ·DIODO ZENER ......................................................................................... 40 ·MÓDULOS COMERCIALES ..........................................................................44 TRANSISTORES BIPOLARES ......................................................................... 45 ·TERMINALES Y SIMBOLOGÍA ..................................................................... 45 ·CRITERIO DE CORRIENTES Y TENSIONES ................................................... 46 ·TIPO N-P-N ............................................................................................. 46 ·TIPO P-N-P.............................................................................................. 47 ·CURVAS CARACTERÍSTICAS ...................................................................... 48 ·RECTA DE CARGA..................................................................................... 50

I

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·ZONAS DE FUNCIONAMIENTO ......................................................................54 ·FUNCIONAMIENTO EN ACTIVA ................................................................... 54 ·FUNCIONAMIENTO EN CORTE .......................................................................55 ·FUNCIONAMIENTO EN SATURACIÓN ..............................................................55 ·LÍMITES DE RUPTURA............................................................................... 56 ·MONTAJE DARLINGTON ............................................................................ 57 ·MÓDULOS COMERCIALES ..........................................................................57 TRANSISTORES UNIPOLARES ..................................................................... 58 ·TRANSISTORES JFET ................................................................................ 58 ·SIMBOLOGÍA Y TERMINALES ..................................................................... 59 ·CRITERIO DE CORRIENTES Y TENSIONES ................................................... 60 ·CURVAS CARACTERÍSTICAS ...................................................................... 61 ·ZONAS DE FUNCIONAMIENTO ......................................................................63 ·ZONA DE CORTE .........................................................................................63 ·ZONA OHMICA ...........................................................................................63 ·ZONA DE SATURACIÓN................................................................................64 ·ZONA DE RUPTURA .....................................................................................64 ·CIRCUITO AUTOPOLARIZADO .................................................................... 65 ·TRANSISTORES MOSFET ........................................................................... 66 ·SIMBOLOGÍA Y TERMINALES ..................................................................... 67 ·CRITERIO DE CORRIENTES Y TENSIONES ................................................... 68 ·CURVAS CARACTERÍSTICAS ...................................................................... 69 ·ZONAS DE FUNCIONAMIENTO.................................................................... 70 ·ZONA DE CORTE .........................................................................................70 ·ZONA OHMICA ...........................................................................................70 ·ZONA DE SATURACIÓN................................................................................70 ·ZONA DE RUPTURA .....................................................................................71 ·EJEMPLO DE CIRCUITO POLARIZADOR DE UN MOSFET.................................. 71 ·LÍMITES DE RUPTURA ...............................................................................72 TIRISTORES ............................................................................................. 73 ·TERMINALES Y SIMBOLOGÍA ..................................................................... 73

II

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ÍNDICE

CRITERIO DE CORRIENTES Y TENSIONES ....................................................74 ·CURVAS CARACTERÍSTICAS ...................................................................... 75 ·RECTA DE CARGA..................................................................................... 77 ·ZONAS DE FUNCIONAMIENTO.................................................................... 79 ·LÍMITES DE RUPTURA............................................................................... 84 ·CIRCUITO DE APLICACIÓN ........................................................................ 85 ·MÓDULOS COMERCIALES.............................................................................88 APLICACIONES DE ELECTRÓNICA ANALÓGICA ................................................ 89 ·AVISADOR ACÚSTICO DE FRENO DE MANO ................................................. 89 ·ETAPA DE ACTUACIÓN SOBRE LOS ELECTROINYECTORES ............................. 90 ·ENCENDIDO POR CARGA DE CONDENSADOR CON TRANSISTOR UNIPOLAR ..... 91 ·ENCENDIDO POR CARGA DE CONDENSADOR CON UN TIRISTOR .................... 92 PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL ......................................................... 93 ·SISTEMAS DE NUMERACIÓN...................................................................... 94 ·SISTEMA BINARIO ................................................................................... 95 ·SISTEMA HEXADECIMAL ........................................................................... 97 ·ALGEBRA DE BOOLE ................................................................................. 98 ·PUERTAS LÓGICAS ................................................................................... 99 ·PUERTA OR ..............................................................................................100 ·PUERTA AND.......................................................................................... 100 ·PUERTA NOT.......................................................................................... 101 ·PUERTA NOR ......................................................................................... 101 ·PUERTA NAND ....................................................................................... 102 ·PUERTA XOR.......................................................................................... 103 ·PUERTA XNOR........................................................................................ 103 ·FAMILIAS LÓGICAS ................................................................................ 104 ·MÓDULOS COMERCIALES ........................................................................109 CIRCUITOS COMBINACIONALES...................................................................110 ·DECODIFICADORES................................................................................. 110 ·DECODIFICADORES “2 A 4” Y “3 A 8” ..........................................................111 DECODIFICADOR “3 A 8” ........................................................................... 114

III

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·DECODIFICADOR DECIMAL ....................................................................... 115 ·DECODIFICADOR HEXADECIMAL .............................................................. 116 ·CONVERSORES DE CÓDIGO..................................................................... 118 ·CODIFICADORES.................................................................................... 122 ·MULTIPLEXORES ...................................................................................... 125 ·MULTIPLEXORES DIGITALES .................................................................... 125 ·MULTIPLEXOR DE DOS CANALES .............................................................. 126 ·MULTIPLEXOR DE CUATRO CANALES......................................................... 128 ·MULTIPLEXOR DE OCHO CANALES ............................................................ 128 ·MULTIPLEXOR DE DIECISEIS CANALES ..................................................... 129 ·MULTIPLEXORES ANALÓGICOS................................................................. 130 ·DEMULTIPLEXORES ................................................................................ 132 ·COMPARADORES .................................................................................... 134 ·SUMADORES ......................................................................................... 135 ·SEMISUMADOR ...................................................................................... 136 ·SUMADOR TOTAL ................................................................................... 137 ·CUADRUPLE SUMADOR TOTAL.................................................................. 139 ·MÓDULOS COMERCIALES ........................................................................ 141 CIRCUITOS SECUENCIALES .........................................................................142 ·BIESTABLES .......................................................................................... 143 ·BIESTABLES SÍNCRONOS ........................................................................ 145 ·BIESTABLE “D” ACTIVO POR NIVEL (LATCH) .................................................147 ·BIESTABLE SÍNCRONO J-K ACTIVO POR FLANCO (M/S) ................................. 151 ·CONTADORES ........................................................................................ 154 ·REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO ..............................................................157 ·MÓDULOS COMERCIALES ........................................................................160 MEMORIAS............................................................................................... 161 ·CLASIFICACIÓN DE LAS MEMORIAS............................................................ 162 ·LECTURA Y ESCRITURA ...........................................................................162 ·SÓLO LECTURA ...................................................................................... 163 ·CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS MEMORIAS .................................... 163

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ÍNDICE

·MEMORIAS MÁS UTILIZADAS................................................................... 164 ·RAM ESTÁTICA ...................................................................................... 164 ·PATILLAJE Y TERMINALES........................................................................ 165 ·MODOS DE FUNCIONAMIENTO ................................................................. 168 ·EPROM 168 .......................................................................................... 168 ·PATILLAJE Y TERMINALES........................................................................ 169 ·MODOS DE FUNCIONAMIENTO ................................................................. 170 ·MANEJO DE MEMORIAS EPROM ................................................................ 170 APLICACIONES DE ELECTRÓNICA DIGITAL ................................................. 171 ·CONTROL DE LUCES CON UN DECODIFICADOR 2 A 4.................................. 171 ·CONTROL DE TECLADO CON UN CODIFICADOR 8 A 3.................................. 172 ·AVISADOR LUMINOSO DE PUERTAS ABIERTAS ........................................... 173 ·TRANSMISIÓN DE DATOS ENTRE UNA CENTRALITA Y EL EXAMINER ............... 174 ·BLOQUE DECODIFICADOR Y VISUALIZADOR DE UN TECLADO ...................... 175 ·CONTROL DE TRÁFICO EN UN GARAJE ......................................................176 MICROCONTROLADORES........................................................................... 177 ·CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS.................................................................. 178 ·UNIDAD CENTRAL DE PROCESOS (CPU) .................................................... 178 ·MEMORIA INTERNA DE PROGRAMA (ROM) ................................................. 178 ·MEMORIA INTERNA (RAM)....................................................................... 178 ·MEMORIA DE REGISTROS ESPECIALES (SFR)............................................. 179 ·PUERTOS DE ENTRADA/SALIDA (PORTS) ................................................... 179 ·TEMPORIZADORES (TIMERS) ................................................................... 180 ·PUERTO SERIE (UART) ............................................................................ 180 ·INTERRUPCIONES (INT) .......................................................................... 181 ·OSCILADOR EXTERNO DE FRECUENCIA 12 MHZ (CLK) ................................ 182 ·BUS DE DATOS Y BUS DE DIRECCIONES ................................................... 183 ·PATILLAJE Y DESCRIPCIÓN DE TERMINALES .............................................. 185 ·MÓDULOS COMERCIALES ........................................................................ 188 CIRCUITOS OPERACIONALES .................................................................... 189 ·OPERACIONALES.................................................................................... 189

V

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ÍNDICE

·OPERACIONALES CON REALIMENTACIÓN NEGATIVA ................................... 192 ·AMPLIFICADOR NO INVERSOR DE TENSIÓN............................................... 192 ·AMPLIFICADOR INVERSOR DE TENSIÓN.................................................... 194 ·SUMADOR............................................................................................. 195 ·INTEGRADOR......................................................................................... 197 ·DIFERENCIADOR .................................................................................... 198 ·CONVERTIDOR CORRIENTE/TENSIÓN ....................................................... 199 ·CONVERTIDOR TENSIÓN/CORRIENTE ....................................................... 200 ·DIFERENCIAL ........................................................................................ 201 ·SEGUIDOR ............................................................................................ 203 ·OPERACIONALES CON REALIMENTACIÓN POSITIVA .................................... 204 ·COMPARADOR NO INVERSOR................................................................... 205 ·COMPARADOR INVERSOR........................................................................ 207 ·BÁSCULA NO INVERSORA........................................................................ 209 ·BÁSCULA INVERSORA............................................................................. 212 ·MÓDULOS COMERCIALES ........................................................................216 TEMPORIZADOR ANALÓGICO-DIGITAL (LM555) .............................................217 ·TERMINALES DEL TEMPORIZADOR 555 ........................................................217 ·FUNCIONAMIENTO COMO MONOESTABLE .................................................. 218 ·FUNCIONAMIENTO COMO AESTABLE......................................................... 222 PUENTE DE WHEASTSTONE ...................................................................... 224 ·TERMINALES Y CONEXIÓN....................................................................... 225 AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACIÓN .....................................................228 ·TERMINALES Y CONEXIÓN....................................................................... 228 SENSORES............................................................................................. 230 ·SENSOR INDUCTIVO............................................................................... 230 ·SENSOR PIEZOELÉCTRICO ...................................................................... 233 ·SENSOR EFECTO HALL ............................................................................ 237 ·SONDA LAMBDA..................................................................................... 241 ·SENSOR DE PRESIÓN (GALGA EXTENSIOMÉTRICA) ................................... 247 APLICACIONES DE INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA ................................. 249

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ÍNDICE

·TERMÓMETRO DIGITAL ........................................................................... ·AVISADOR LUMINOSO DE RESERVA DE COMBUSTIBLE................................ ·CONTROL DE TEMPERATURAS EN UN RECINTO (CLIMATIZADOR) .................. MOTORES PASO A PASO........................................................................... ·PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO ........................................................... ·CONTROL DE MOTORES PASO A PASO ...................................................... ·FORMAS DE ACCIONAMIENTO.................................................................. ·DRIVERS............................................................................................... ·CIRCUITOS SECUENCIADORES ................................................................ ·MÓDULOS COMERCIALES ........................................................................

249 251 252 253 253 255 256 263 264 264

VII

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ELECTRÓNICA BASICA La electrónica es la ciencia y la técnica que trabaja con la tensión y la intensidad (movimiento de los electrones) en los semiconductores y conductores bajo ciertas condiciones. La mayoría de los circuitos electrónicos toman como elemento esencial a los componentes formados a base de semiconductores. Estos elementos son: -

Diodos. Transistores. Tiristores. Triacs.

En los circuitos electrónicos también existen otros componentes llamados elementos pasivos que son: -

Resistencias. Condensadores. Bobinas.

01

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CORRIENTE ELECTRICA La corriente eléctrica es el desplazamiento de cargas de electrones a lo largo de un conductor por efecto de la fuerza que ejerce sobre ellas un campo eléctrico. La intensidad de corriente es la cantidad de carga que atraviesa la sección de hilo conductor por unidad de tiempo. La intensidad circula por un hilo conductor cuyos terminales deben estar unidos, formando un recinto cerrado.

Vcc: pila de tensión continua de valor Vcc voltios

EJEMPLO DE MALLA ELÉCTRICA Red eléctrica o malla eléctrica se define como un conjunto de circuitos o recintos formados por la interconexión de elementos tales como resistencias, bobinas, condensadores, generadores de tensión, etc., mediante un hilo conductor, gracias a los cuales la energía puede ser transferida de un circuito a otro.

ELEMENTOS PASIVOS SIMPLES Los elementos pasivos por sí solos no pueden modificar valores de tensión o de corriente. Van a ser elementos por los cuales la corriente eléctrica, al atravesarlos, genera una caída de tensión entre sus terminales. Hay tres tipos de elementos pasivos: -

Resistencias Bobinas Condensadores

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MANUAL DE ELECTRÓNICA RESISTENCIAS El comportamiento de estos elementos no depende del tipo de tensión aplicada. Su relación entre la tensión entre sus terminales y la corriente que fluye de un terminal a otro viene dada por la ley de Ohm (VAB = I x R):

R: resistencia. VAB : caída de tensión entre los terminales de la resistencia. I: intensidad que circula por la resistencia. Caída de tensión en una resistencia

BOBINAS O AUTOINDUCCIÓNES El comportamiento de una bobina frente a una corriente continua de valor constante es similar a un cortocircuito. El comportamiento frente a una señal variable, ya sea una señal senoidal, triangular, etc., es diferente al comportamiento frente a una señal continua constante.

L: inductancia de la bobina. VAB : tensión entre los terminales de la bobina. I: corriente que circula por la bobina Caída de tensión en una bobina

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CONDENSADORES El comportamiento de un condensador frente a una corriente continua de valor constante es similar a un circuito abierto. El comportamiento frente a una señal variable, ya sea una señal senoidal, triangular, etc., es diferente al comportamiento frente a una señal continua constante.

C: capacidad del condensador. VAB : caída de tensión entre los terminales del condensador. I: corriente que circula por el condensador Caída de tensión en un condensador

DIFERENCIA DE POTENCIAL ENTRE DOS PUNTOS La diferencia de potencial o caída de tensión entre dos puntos es la diferencia de tensiones existente entre ellos.

Diferencia de potencial entre los terminales de una resistencia

El punto situado a mayor potencial eléctrico (con mayor tensión) se marca con un signo positivo, de la misma manera que el punto situado a menor potencial eléctrico se marca con un signo negativo. La corriente eléctrica va a circular del punto con mayor potencial eléctrico al punto con menor tensión eléctrica. Por lo tanto, el punto por donde entra la corriente es el punto positivo, mientras que el punto por donde sale es el punto negativo.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA GENERADOR DE TENSION CONTINUA (DC) Un generador de tensión es un elemento eléctrico que mantiene una diferencia de potencial eléctrico (tensión) constante entre sus terminales, de valor E, independientemente de la corriente que circule por él. Una pila de tensión o la batería de un automóvil equivale a un generador de tensión de continua.

E: tensión continua del generador. V: voltímetro. Tensión proporcionada por un generador de continua

ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS Dependiendo de cómo estén situadas las resistencias en una determinada red eléctrica, se puede simplificar su estudio al agruparlas en una sola resistencia de valor equivalente al conjunto de todas ellas.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA RESISTENCIAS EN SERIE

Asociación de resistencias en serie

El análisis eléctrico de la red, calculando las diferencias de potencial, lleva a las siguientes ecuaciones: VAB = VAM + VMN + VNB VAB = I x ( R1 + R2 + R3 ) RAB = VAB / I = R1 + R2 + R3 La resistencia equivalente entre los puntos A y B es la suma de las resistencias puestas en serie. La intensidad que circula por las resistencias es la misma, pero la caída de tensión en cada una de ellas es distinta.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA RESISTENCIAS EN PARALELO

Asociación de resistencias en paralelo

De manera análoga a como se calcula la resistencia equivalente con resistencias en serie, se obtiene: I = I1 + I2 + I3 = VAB / R1 + VAB / R2 + VAB / R3 Sacando factor común a VAB: I = VAB x ( 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 ) Como RAB = VAB / I se deduce que: 1 / RAB = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 /R3 La inversa de la resistencia equivalente entre los puntos A y B es la suma de las inversas de las resistencias. La intensidad que circula por las resistencias es distinta, pero la caída de tensión en ellas es la misma.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA LEMAS DE KIRCHOFF La aplicación de los principios de continuidad de corriente establece ciertas restricciones, estas restricciones son conocidas como los lemas de Kirchoff.

LEMA DE LOS NUDOS

Nudo en el que confluyen diversas intensidades

En un instante cualquiera, la suma de las intensidades que entran en un punto son iguales a la suma de las corrientes que salen del punto. I1 + I4 = I2 + I3

LEMA DE LAS MALLAS

Caídas de tensión a lo largo de una malla eléctrica

En todo contorno cerrado o malla, la suma de las caídas de potencial a lo largo de todos los elementos del contorno siempre es nula. Para aplicar el lema se parte de un punto cualquiera de la malla y se recorre todo el contorno sumando las caídas de potencial a través de todos los elementos que existen hasta volver al punto inicial. El sentido para recorrer la malla es indiferente. Por ejemplo, partiendo del punto A : 0 = I x R1 + I x R2 + Vbb + I x R3 - VCC

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MANUAL DE ELECTRÓNICA TENSION DE ENTRADA Y TENSION DE SALIDA Tensión de entrada es la tensión que proporciona una determinada fuente de alimentación, alterna o continua, a un circuito cualquiera para obtener una tensión determinada en la carga, a esta tensión en la carga se la denomina tensión de salida. La carga es el elemento o componente sobre el que se aplica la tensión de salida.

Tensión de entrada y salida en un circuito eléctrico

En el circuito de la figura la tensión de entrada es el valor de tensión proporcionado por la batería Vcc. RL es la resistencia de la lámpara, que en este caso va a ser la carga. La tensión de salida es la tensión medida por el voltímetro en los terminales de la resistencia RL de la lámpara.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ESTUDIO DE SEÑALES ELECTRICAS Las señales eléctricas referencian de forma gráfica la relación existente entre la tensión (o intensidad) y el tiempo; es decir, indican la variación del valor de la tensión (o la intensidad) con el paso del tiempo. Un circuito eléctrico puede funcionar con señales alternas senoidales, con señales continuas, señales continuas pulsadas, señales triangulares, etc. La diferencia más notable entre las diferentes señales radica en la variación de tensión, o intensidad, respecto al tiempo.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SEÑAL ALTERNA SENOIDAL Una señal alterna senoidal es aquella señal que sigue la forma matemática de una función senoidal: V (t ) = A x SEN ( wt ) Es una señal que dependiendo de la fase y de la amplitud tiene un valor de tensión o de corriente distinto.

Parámetros de una señal de tensión alterna.

Los términos representados en la gráfica se definen como: -

-

Amplitud de señal (A): la amplitud es el valor máximo que puede tomar la señal con respecto al punto de referencia cero. La unidad puede ser de tensión o de corriente, es decir, voltios o amperios. Periodo de señal (T): es el tiempo que transcurre hasta que la señal vuelve a pasar por un punto. Coloquialmente hablando, el periodo es el tramo de señal, referido a valores temporales, que repetido indefinidamente da lugar a la totalidad de la señal. Su unidad de medida es el segundo. Frecuencia de señal (f): es la magnitud inversa al periodo de la señal ( f = 1 / T ). Su unidad de medida es el hertzio. Pulsación de señal (w): está relacionada directamente con la frecuencia. ( w = 2 x x f ). Su unidad el radián / segundo. Fase de una señal (wt): es el ángulo respecto al punto de referencia que tiene la señal. Donde w es la pulsación de la señal y t es el tiempo en segundos. La unidad de la fase es el radián. 2 radianes equivalen a 360º. Tomando esta referencia se puede pasar de radianes a grados.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Una manera de ver la variación de señal con la fase y amplitud es:

Valores de tensión dependiendo de la fase de la señal.

V ( t ) = A x SEN ( wt ) -

Para un valor de amplitud (A) de 12 voltios y una fase (wt) de cero grados, el valor de tensión en ese instante es cero debido a que el seno de cero grados es cero. Para un valor de amplitud (A) de 12 voltios y una fase (wt) de 90º, el valor de tensión en ese instante es 12 voltios debido a que el seno de 90º es uno.

SEÑAL CONTINUA La señal continua no varía con el tiempo, sólo depende del nivel de tensión o corriente, es decir, mantiene, aproximadamente, el mismo valor de tensión (o corriente) durante todo el tiempo.

Señal de tensión continua

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SEÑAL CONTINUA PULSANTE Es una señal que varía con el tiempo. La variación se produce de un nivel de continua a otro nivel diferente de continua.

Señal de tensión continua pulsante

Hay dos posibles valores de tensión o de corriente que puede tomar la señal dependiendo del instante en el que se encuentre. El periodo y la frecuencia de esta señal se definen de igual manera que en señales alternas senoidales.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ANALISIS DE UNA RED SIMPLE En el análisis de cualquier red eléctrica se deben tener en cuenta los lemas de Kirchoff. El estudio realizado para una red de una malla es igual que el de una red con varias mallas eléctricas.

Malla eléctrica

El cálculo de la diferencia de potencial entre A y B, o caída de tensión entre A y B, o tensión entre A y B, conlleva el cálculo de la corriente que circula a lo largo de la malla. Para calcular la corriente I hay que aplicar el segundo lema de Kirchoff. Una vez analizadas todas las caídas de tensión en la malla, se despeja el valor de corriente I en la ecuación de la malla: I = (Vcc - Vbb ) / ( R1 + R2 + R3 ) La tensión existente entre A y B es: VAB = I x R1 VAB = ( (Vcc - Vbb ) / ( R1 + R2 + R3 ) ) X R1

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MANUAL DE ELECTRÓNICA COMPONENTES PASIVOS DENTRO DE UN CIRCUITO ELECTRICO Los componentes pasivos son aquellos componentes que, conectados en un circuito eléctrico, no modifican por si solos valores de tensión o corriente. La corriente eléctrica al atravesarlos provoca una caída de tensión entre los terminales del componente. Los componentes pasivos más comunes son: -

Resistencias. Bobinas. Condensadores.

RESISTENCIA Es un elemento que al ser atravesado por una corriente eléctrica en sus terminales se crea una caída de tensión ( VR = I x R ).

Circuito consumidor

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MANUAL DE ELECTRÓNICA BOBINA Una bobina es un arrollamiento de hilo conductor que al ser atravesado por una corriente crea un campo magnético.

Circuito de carga de una bobina

Señal exponencial de carga de una bobina

Una bobina en un circuito con señales continuas, almacena la corriente eléctrica en función de una señal exponencial de carga. En el momento en que se carga, su comportamiento en la red equivale a un cortocircuito.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CONDENSADOR Es un elemento que se comporta como un almacenador de energía cuando a través de él circula una intensidad. Un condensador está formado por dos placas conductoras separadas entre sí, una distancia determinada, por un dieléctrico o material aislante.

Circuito de carga de un condensador

Señal exponencial de carga de un condensador

Un condensador situado en un circuito con señales continuas, almacena energía eléctrica hasta que se carga completamente; en ese instante se comporta como un circuito abierto y no permite el paso de corriente entre sus placas conductoras. La carga de un condensador se realiza de forma ex-ponencial.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA TEORIA DE SEMICONDUCTORES Un semiconductor es un elemento que se puede comportar como un conductor o como un aislante. Normalmente el material de fabricación suele ser Silicio (Si) o Germanio (Ge). Los semiconductores aumentan su conductividad si a su estructura se le añaden átomos de otros materiales. A la adición de átomos (impurezas) a un semiconductor se le denomina dopaje de un semiconductor. Hay dos tipos de materiales semiconductores: -

Semiconductores tipo N. Semiconductores tipo P.

TIPO N

Estructura atómica de un semiconductor tipo N.

Se forman mediante la unión de Silicio (Si) o Germanio (Ge), con cuatro electrones en su última capa denominada de valencia, con impurezas de Arsénico (As), que posee en su última capa cinco electrones. Al crearse los enlaces entre átomos de Silicio (Si) y Arsénico (As) queda un electrón libre (carga negativa), que va a ser el que moviéndose por la red atómica genere una circulación de electrones, es decir, genere una corriente eléctrica.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA TIPO P

Estructura atómica de un semiconductor tipo P.

Se forman mediante la unión de Silicio (Si) o Germanio (Ge), con cuatro electrones en su última capa denominada de valencia, con impurezas de Indio (In), que posee en su última capa tres electrones. Al crearse los enlaces entre átomos de Silicio (Si) e Indio (In) queda un hueco libre (carga positiva), que va a ser el que moviéndose por la red atómica genere una circulación de huecos o cargas positivas. La combinación de capas de semiconductores tipo N y tipo P, da lugar a componentes utilizados en electrónica tales como diodos, transistores, etc. Estos componentes tienen distintas propiedades y modos de funcionamiento debido a sus diversas técnicas de fabricación, y a las distintas formas de combinar los materiales semiconductores.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DIODOS SEMICONDUCTORES Un diodo semiconductor es un componente electrónico (fabricado a partir de un material semiconductor), de dos terminales, que posee una estructura interna caracterizada por la existencia de una unión P-N. Una unión P-N es la asociación de dos tipos de semiconductores, uno de tipo N (carga negativa) y otro de tipo P (carga positiva) con el fin de conseguir componentes electrónicos que puedan funcionar como conductores o como aislantes.

TERMINALES (CONEXIONES) Y SIMBOLOGIA Los dos terminales de un diodo se denominan ánodo y cátodo. Anodo es la zona correspondiente al semiconductor de tipo P y cátodo la zona correspondiente al semiconductor de tipo N.

Unión semiconductora y terminales de un diodo

El pequeño triángulo del símbolo en forma de flecha indica el sentido convencional de corriente, de ánodo a cátodo.

Id: intensidad que circula de ánodo a cátodo. Vd: caída de tensión entre al ánodo y el cátodo. A: ánodo. K: cátodo.

Símbolo electrónico del diodo y nomenclatura utilizada

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MANUAL DE ELECTRÓNICA FUNCIONAMIENTO El comportamiento de un diodo es similar a una válvula unidireccional. El diodo sólo permite el paso de corriente en el sentido de ánodo a cátodo. Si la corriente que atraviesa el diodo va en sentido ánodo a cátodo, el diodo está en directo, y se comporta como una pila de tensión de valor tensión umbral (Vu)

Diodo polarizado en directo

Circuito equivalente de un diodo polarizado en directo

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Cuando la corriente generada intenta circular en sentido contrario, el diodo no permite su paso, luego está en inverso. Su comportamiento equivale a un circuito abierto (interrumpido).

Diodo polarizado en inverso

Circuito equivalente de un diodo polarizado en inverso

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CURVA CARACTERÍSTICA Curva característica de un diodo es la gráfica que relaciona la tensión entre el ánodo y el cátodo (Vd) con la corriente que lo atraviesa (Id). Para un determinado valor de tensión (Vd) existe un valor de corriente (Id) y viceversa.

-Id: intensidad por el diodo (de ánodo a cátodo). -Vd: tensión del diodo (caída de tensión entre sus terminales). -Vu: tensión umbral.

Curva característica del comportamiento de un diodo

En la zona de polarización en inverso (corte) la corriente Id es igual a cero dentro de sus límites, puesto que el diodo estaría cortado, y la tensión Vd puede tomar un valor cualquiera. En la zona de conducción o zona en directo, la tensión Vd tiene un valor de tensión constante en toda su extensión denominado tensión umbral (Vu) y la corriente que atraviesa el diodo puede tomar cualquier valor de corriente que permitan los límites del diodo.

Zonas de funcionamiento de un diodo

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MANUAL DE ELECTRÓNICA LIMITES DE RUPTURA Los límites de ruptura son los valores máximos permitidos, de corriente y de tensión, en un diodo. Estos valores vienen representados sobre la curva característica del diodo.

Ifmax: intensidad en directo máxima. Vrmax: tensión en inverso máxima. Representación de los límites de ruptura sobre la gráfica

En la curva característica del diodo hay dos limitaciones: una por corriente y otra por tensión. Si cualquiera de estos dos límites se superan, el diodo se destruye. La corriente máxima que puede atravesar el diodo en directo se denomina Ifmax; la tensión en inverso máxima entre ánodo y cátodo que puede soportar el diodo es llamada Vrmax.

ANALISIS EN UN CIRCUITO En este circuito, si la tensión de entrada es positiva el diodo está en directo, por lo que la tensión de salida será igual a la tensión que cae en el diodo, es decir, Vu. Mientras que si cambiamos la polaridad del diodo, se encontraría en inverso (circuito abierto), y la tensión de salida sería igual a la tensión de entrada.

Eg: fuente de alimentación. V: voltímetro. Ejemplo de un circuito polarizador de un diodo

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MANUAL DE ELECTRÓNICA TIPOS DE DIODOS SEGUN SU FUNCION Los diodos están clasificados dependiendo de la función que realicen dentro de un circuito. Los distintos tipos de diodos son: -

Diodo rectificador: - Rectificador de media onda. - Rectificador de onda completa. - Rectificador trifásico.

-

Diodo recortador: - Recortador de un nivel de tensión. - Recortador de dos niveles de tensión.

-

Diodo estabilizador de tensión (diodo Zener).

RECTIFICADORES. Se denomina así al diodo cuya función dentro de un circuito es la de convertir tensión alterna (AC) a continua (DC). Por ejemplo, en el automóvil la tensión alterna es generada por el alternador y a través de un rectificador se convierte en tensión continua para alimentar los diversos circuitos eléctricos.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA Este rectificador mantiene el semiciclo positivo de la onda alterna, mientras que el semiciclo negativo no es aprovechado.

Ve: tensión de entrada. A: amplitud máxima de la señal de entrada Señal de la tensión de entrada generada por un alternador

Eg: fuente de alimentación que proporciona la señal de entrada. V: voltímetro. Circuito rectificador de media onda

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Vcc: valor de la amplitud máxima (A) en voltios. Fase: eje de referencia escalado en grados.

Gráfico del proceso que se realiza sobre la señal de entrada por tramos

Estudiando el circuito por tramos: -

-

En el intervalo comprendido entre 0 y 180º la tensión de entrada es positiva, por lo que el diodo está en directo. Al estar en directo permite el paso de la corriente, con lo que tendremos tensión en la salida. En el siguiente intervalo comprendido entre 180º y 360º la tensión de entrada es negativa, por lo que el diodo está en inverso. Al estar en inverso no permite el paso de corriente, se comporta como un interruptor abierto, con lo que no habrá tensión en la salida. Como la señal de entrada es periódica, el estudio realizado para estos dos intervalos se repite sucesivamente.

Vs: tensión de salida.

Señal conseguida a la salida del circuito rectificador de media onda

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MANUAL DE ELECTRÓNICA RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA Este rectificador mantiene el semiciclo positivo de la señal de entrada e invierte el semiciclo negativo convirtiéndolo en positivo.

Señal de la tensión a la entrada del circuito

Circuito rectificador de onda completa para un alternador monofásico

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Gráfico del proceso que realiza el circuito rectificador

Cuando la tensión de entrada es positiva, los diodos D1 y D2 están en directo, mientras que D3 y D4 están en inverso, por lo que a la salida del circuito hay la misma tensión que a la entrada.

Con tensión de entrada positiva conducen D1 y D2

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MANUAL DE ELECTRÓNICA En cambio, cuando la tensión de entrada es negativa, los diodos que están en directo son D3 y D4, y los que están en inverso son D1 y D2, con lo que a la salida se obtiene la entrada pero cambiada de signo, es decir, se convierte a positiva la tensión de entrada negativa.

Con tensión de entrada negativa conducen D3 y D4

Señal de salida que se obtiene con el rectificador de onda completa

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MANUAL DE ELECTRÓNICA RECTIFICADOR TRIFÁSICO Este rectificador es el mismo que el rectificador de onda completa, pero la señal de entrada es generada por un alternador trifásico, por lo que en la entrada hay tres señales superpuestas.

Señal de tensión generada por un alternador trifásico

Circuito rectificador en un alternador trifásico

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La corriente trifásica generada en el devanado del estator de un alternador, ha de ser rectificada para su utilización por los diferentes aparatos consumidores. Esta función se realiza mediante diodos dispuestos de manera apropiada formando un grupo rectificador. De este modo se obtiene una corriente continua en bornes del alternador, partiendo de la alterna que se induce en sus fases. Para aprovechar tanto las semiondas positivas como las negativas de cada fase (rectificación de onda completa), se disponen dos diodos para cada fase, uno en el lado positivo y otro en el negativo, siendo necesarios en total seis diodos en el alternador trifásico.

Gráfico que ilustra el proceso de rectificación de una señal trifásica

Tensiones de fase a la salida del circuito rectificador trifásico

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La conducción de los diodos en cada instante de tiempo provoca en la s a l i d a una tensión compuesta, formada por la diferencia entre la fase más positiva y la fase más negativa. Así por ejemplo, en el intervalo de tiempo A, la fase más positiva es la W y la más negativa es la fase V, por lo que en la salida se tiene una tensión de fase de WV. La diferencia entre tensiones de fase se denomina tensión de línea, que es la tensión real de salida del circuito de valor máximo Vl. Para el resto de los instantes (B, C, D, E, F) el proceso es el mismo, pero con la resta de las distintas tensiones de fase que generan las respectivas tensiones de línea en la salida.

Tensiones de línea en la entrada.

Tensión de salida para cualquier circuito consumidor

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MANUAL DE ELECTRÓNICA RECORTADORES La función básica de un recortador es limitar la tensión en la carga.

RECORTADOR DE UN NIVEL DE TENSIÓN Limita la tensión a un valor máximo o mínimo determinado

Señal de tensión a la entrada del circuito

Ve = tensión de entrada al circuito. Vs = tensión de salida del circuito. Vref = fuente de tensión en continua. Circuito recortador de un nivel por abajo

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Gráfico del proceso del recortador

La tensión de entrada es una señal senoidal. En el semiciclo positivo la fuente de alimentación Ve intenta polarizar al diodo en inversa y la pila Vref (DC) en directo; en el instante en que Ve sea mayor que Vref el diodo estará polarizado en inversa y equivale a un circuito abierto; al estar en circuito abierto la corriente que atraviesa el diodo Id es cero, por lo que la tensión de salida es la misma que la entrada.

Señal a la salida del circuito recortador

Variando la posición del diodo, se consigue recortar la señal por la zona contraria; es decir, en vez de permitir el paso de señal por arriba, lo permite por abajo.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Señal de tensión de entrada al circuito

Circuito recortador de un nivel de tensión por arriba

Gráfico del proceso que se lleva a cabo sobre la señal de entrada.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA El recortador de la figura es similar al recortador de un nivel por abajo, simplemente la pila Vref va a intentar polarizar al diodo en inversa. Por esta razón, cuando la tensión de entrada sea negativa, el diodo está en inverso y la señal de salida es igual que la de entrada, mientras que cuando la tensión de entrada sea positiva el diodo está en directo, por lo que en la salida se fija la tensión de la pila Vref, recortando así la señal de entrada.

Señal a la salida del circuito recortador

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MANUAL DE ELECTRÓNICA RECORTADOR DE DOS NIVELES Recorta la señal de entrada entre dos límites, uno superior y otro inferior.

Señal de entrada al circuito recortador de dos niveles

Eg: generador que proporciona la tensión de entrada. Vref1: pila de tensión continua que limita por abajo. Vef2: pila de tensión continua que limita por arriba. Circuito recortador de dos niveles de tensión

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Gráfico del proceso del recortador de dos niveles

-

La forma de funcionamiento del recortador de dos niveles es idéntica que la del recortador de un nivel, con la diferencia de que los dos diodos se van a turnar en sus estados de directo e inverso: (Siendo ON diodo en directo y OFF diodo en inverso). D1 ON => D2 OFF (semiciclo negativo de Ve). D2 ON => D1 OFF (semiciclo positivo de Ve).

Señal que se obtiene a la salida de un circuito recortador de dos niveles

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ESTABILIZADORES DE TENSIÓN Para realizar esta función se utiliza un nuevo tipo de diodo denominado diodo Zener.

DIODO ZENER Es un diodo que permite la conducción de corriente en determinadas condiciones tanto en un sentido como en el otro. El diodo zener se puede comportar como un diodo normal si hacemos que trabaje fuera de su zona zener. Zona zener es la parte de la curva característica en la cual el diodo está polarizado en inverso pero permitiendo el paso de corriente de cátodo a ánodo. En esta zona la tensión entre ánodo y cátodo toma un valor negativo constante, esta tensión es la denominada tensión zener (Vz).

A: ánodo.

Id: intensidad en directo. Vd: tensión en directo.

K: cátodo.

Iz: intensidad en inverso. Vz: tensión en inverso.

Símbolos electrónicos del diodo Zener

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La curva característica de este diodo es similar a la de un diodo normal, pero con el añadido de que permite la conducción de corriente en la zona inversa.

Vz: tensión tener. Vu: tensión umbral.

Zonas de funcionamiento en la curva característica de un diodo Zener

El diodo Zener conduce tanto en directo como en inverso. En directo continúa fijando una tensión Vu, mientras que en inverso fija una tensión mayor denominada tensión Zener (Vz).

Ifmax: intensidad en directo máxima. Izmax: intensidad en inverso máxima.

Límites de ruptura en la curva característica de un diodo Zener

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Ahora el límite de ruptura en inverso viene determinado por intensidad, ya que no puede superar el valor de intensidad zener máxima (Izmax), en vez de por tensión como los diodos normales. El circuito estabilizador de tensión se realiza mediante un diodo zener, el cual se polariza en inverso, de manera que fije siempre la tensión zener (Vz).

Señal de tensión de entrada al circuito

Circuito estabilizador de tensión

Vcc: tensión proporcionada a la entrada. Vz: tensión zener del diodo. Gráfico del proceso de estabilización de la tensión

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Una tensión está estabilizada en la carga cuando no sufre variaciones ante cambios en la intensidad (dentro de un determinado rango). En el circuito del estabilizador, la tensión de entrada sufre variaciones con el tiempo, pero siempre es positiva; por lo que el diodo Zener está en inverso y fija la tensión de la carga al valor de Vz.

Señal a la salida del circuito estabilizador de tensión

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MODULOS COMERCIALES DIODOS RECTIFICADORES CODIFICACION

VU (voltios)

IF MAX (amperios)

VR MAX (voltios)

1N4448

0,8

2

75

1N4447

1

2

75

1N4449

1

2

75

1N5624

1

80

200

1N5625

1

80

400

DIODOS ZENER CODIFICACION

VU (voltios)

VZ (voltios)

IR MAX (voltios)

BZ03 / C9V1

1,2

9

10

BZ03 / C12

1,2

12

10

BZ03 / C20

1,2

20

5

BZ03 / C62

1,2

62

2

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MANUAL DE ELECTRÓNICA TRANSISTORES BIPOLARES Un transistor bipolar consiste en tres semiconductores de tipo P o N, alternados consecutivamente formando así dos uniones P-N. Las dos uniones de un transistor dan lugar a tres regiones denominadas emisor, base y colector. A efectos de comportamiento, un transistor se puede comparar con un interruptor controlado electrónicamente

TERMINALES (CONEXIONES) Y SIMBOLOGÍA Un transistor se compone de tres zonas semiconductoras (existen dos uniones P-N). Estas zonas semiconductoras pueden ser de tipo N o de tipo P, y nunca pueden ir dos zonas del mismo tipo seguidas. Hay dos tipos de transistores bipolares: tipo P-N-P y tipo N-P-N.

E: emisor. B: base. C: colector. Regiones semiconductoras y símbolo de un transistor bipolar tipo N-P-N

E: emisor. B: base. C: colector.

Regiones semiconductoras y símbolo de un transistor bipolar tipo P-N-P

Cada zona lleva conectado un terminal. Estos terminales se denominan emisor, base y colector. La base se corresponde con el semiconductor central, ya sea un transistor PN-P como uno N-P-N.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CRITERIO DE CORRIENTES Y TENSIONES Los términos y la nomenclatura utilizada en el estudio de las tensiones e intensidades de los transistores bipolares son: Intensidades: (Para un transistor NPN): - Ib : intensidad que entra por la base. - Ic : intensidad entra en el colector. - Ie : intensidad que sale por el emisor. Tensiones: - Vce : tensión entre el colector y el emisor - Vbe : tensión entre la base y el emisor - Vbc : tensión entre la base y el colector

TIPO N-P-N

E: emisor B: base C: colector

Símbolo y criterio de signos en un transistor bipolar N-P-N

En el tipo de transistor NPN se cumplen unas condiciones de funcionamiento a nivel de tensiones y a nivel de corrientes que son: Ib + Ic = Ie Vce = Vbe - Vbc

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La suma de las corrientes que entran a un nudo son iguales a la suma de las corrientes que salen del nudo. La suma de caídas de tensión a lo largo de una red es cero. Vce + Vbe + Vbc = 0

Se puede realizar una aproximación a nivel de corrientes debido a que la intensidad de base máxima (Ibmax) es aproximadamente 100 veces menor que la intensidad de colector (Ic), por tanto se toma como buena la siguiente deducción: Ic = Ie

TIPO P-N-P

E: emisor. B: base. C: colector.

Símbolo y criterio de signos en un transistor bipolar P-N-P

Este tipo de transistor trabaja exactamente igual que el de tipo N-P-N, pero con la diferencia de que cambian todos los sentidos, tanto de las tensiones como de las intensidades.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CURVAS CARACTERÍSTICAS Las curvas características son curvas que referencian el comportamiento del componente. En el caso de los transistores bipolares hay que analizar dos tipos de curvas. La primera es la curva característica de entrada, y relaciona la corriente de base (Ib) con la corriente de colector (Ic).

Icsat: intensidad de colector de saturación. Ibsat: intensidad de base de saturación. : factor amplificador de corriente en activa.

Curva característica de entrada en un transistor bipolar

La corriente de colector es directamente proporcional a la corriente que entra por la ). En el resto de la gráfica la base del transistor en la zona marcada en rojo ( corriente de colector no depende de la corriente de base puesto que Ic valdrá como máximo Icsat y como mínimo cero. La segunda, se denomina curva característica de salida, y en ella se relaciona la intensidad de colector (Ic) con la tensión entre el colector y el emisor (Vce), todo ello, dependiendo del valor de la intensidad de base (Ib)

Curva característica de salida para Ib1

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Estas gráficas referencian la característica de salida con respecto a un único valor de intensidad de base (Ib). La unión de varias gráficas para distintos valores de intensidad de base genera la curva característica de salida de un transistor bipolar.

Curva característica de salida para Ib2.

Relacionando la curva característica de salida para todos los posibles valores de corriente por la base, la curva característica general para un transistor bipolar es:

Curva característica de salida de un transistor bipolar

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MANUAL DE ELECTRÓNICA RECTA DE CARGA El punto de trabajo es el punto que indica la tensión colector-emisor (Vce) y la corriente de colector (Ic) del transistor bipolar.

Curva de salida con referencia en Ib1

Recta de carga es la línea sobre la que se van a situar los posibles puntos de trabajo del transistor. Sobre la recta de carga tendremos varios puntos de trabajo dependiendo del valor de la corriente de base (Ib). Para un valor de Ib igual a Ib1 el punto de trabajo será el Q1. Para calcular la recta de carga se deben hallar los puntos de corte con los ejes de la gráfica. Observando el circuito de la figura y su curva característica de salida, la recta de carga se calculará de la siguiente forma:

Circuito de polarización de un transistor bipolar

* En el circuito existen dos redes eléctricas, la red de entrada y la de salid.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Mallas de entrada y salida de un circuito de polarización

En la red de entrada la tensión para polarizar el transistor proviene de una fuente de tensión continua Vbb que va a generar una corriente por la base (Ib),de tal manera que las caídas de tensión que aparecen en esta red son: -

Caída de tensión entre la base y el emisor (Vbe). Caída de tensión en la resistencia Rb. Vbb = Vbe + Rb x Ib

De manera análoga las caídas de tensión en la red de salida son: -

Caída de tensión en la resistencia de colector Rc. Caída de tensión entre el colector y el emisor (Vce). Vcc = Vce + Rc x Ic. Vce = Vcc - Rc x Ic.

* Para hallar el punto de corte con el eje de Ic, supondremos que la Vce es igual a cero. En este supuesto, en el circuito la Ic tiene un valor igual a Vcc / Rc. * Para hallar el punto de corte con el eje de Vce, se supone que la Ic es igual a cero. Por lo tanto, la Vce tiene un valor igual a Vcc. * Se colocan los dos puntos de corte sobre la gráfica, y al unirlos mediante una línea, se obtiene la recta de carga del transistor.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Recta de carga en la curva de salida

Los posibles puntos de trabajo del transistor estarán situados en las intersecciones entre la recta de carga y la curva característica de salida del transistor bipolar, dependiendo del valor de la intensidad de base (Ib).

Posibles puntos de trabajo del transistor bipolar

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La corriente que atraviesa la base (Ib) del transistor se obtiene analizando la red de entrada: Ib = (Vbb - Vbe) / Rb. Por ejemplo, Ib = Ib1. Con la Ib1 calculada marcaremos en la característica de salida la horizontal de corriente de base sobre la que podrá trabajar el transistor.

Vcesat: tensión colector-emisor de saturación. Vcc: punto de corte de la recta de carga. Vcc/Rc: punto de corte con la recta de carga. Q1: punto de trabajo. Vce1: tensión colector-emisor en el punto de trabajo. Ic1: intensidad de colector en el punto de trabajo. Cálculo gráfico del punto de trabajo de un transistor bipolar

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ZONAS DE FUNCIONAMIENTO El transistor puede estar polarizado en distintas zonas de funcionamiento. Estas posibles zonas de funcionamiento son tres: activa, corte y saturación.

Zonas de funcionamiento de un transistor bipolar

FUNCIONAMIENTO EN ACTIVA En la zona activa el transistor tiene una corriente de colector (Ic) mayor que cero y una Vce mayor que un límite de tensión que separa las zonas de activa y saturación llamada Vcesat. En este caso el transistor se comporta como un amplificador de corriente, ya que en la salida del circuito circulará una Ic que será la intensidad de entrada (Ib) multiplicada por un valor constante denominado . Este valor constante depende del transistor, y su valor viene dado por el fabricante en las hojas de características.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA FUNCIONAMIENTO EN CORTE En la zona de corte, se puede observar que el transistor tiene una Ic y una Ib nulas, es decir, sus valores son iguales a cero. En este caso el transistor se comporta como un circuito abierto.

Circuito equivalente del transistor en zona de corte

FUNCIONAMIENTO EN SATURACIÓN El punto característico de la zona de saturación es que la Vce tiene un valor igual a la Vcesat. Este valor también viene determinado por el fabricante del transistor y suele aproximarse a 0.2 Voltios. En este caso, el transistor se comporta como un cortocircuito, es decir, es un interruptor cerrado.

Circuito equivalente de un transistor en zona de saturación

En la mayoría de los casos, en la electrónica del automóvil, los transistores bipolares se comportan como un relé o como un interruptor. La ventaja que se obtiene con su uso es la disminución de arcos voltaicos en el paso de conducción a corte; además el transistor se controla con señales que son más fáciles de obtener. Este sólamente trabajará en las zonas de corte (circuito cerrado) y saturación (circuito abierto) si queremos que se comporte como un relé.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA LIMITES DE RUPTURA El transistor bipolar debe trabajar dentro de unos márgenes de tensión, corriente y potencia.

Gráfica de curva de salida con límites de ruptura Vcesat: tensión colector-emisor de saturación. Icmax: intensidad de colector máxima. Vcemax: tensión colector-emisor máxima. Pmax: máxima potencia eléctrica que puede soportar el transistor.

Un transistor bipolar se puede destruir por varias causas: -

Por sobrepasar el valor de Icmax. Por sobrepasar el valor de Vcemax. Se puede destruir un semiconductor si la potencia que soporta sobrepasa el valor de potencia máxima (Pmax). A mayor potencia eléctrica soportada mayor cantidad de calor existirá en el componente. La zona de ruptura por potencia se puede apreciar en la gráfica.

Todos los valores límite de intensidad máxima, tensión máxima y potencia máxima dependen de la fabricación del transistor. Sus valores vienen proporcionados por las hojas de características que suministra el fabricante en los DATA-BOOKS (libro de datos).

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MONTAJE DARLINGTON Este montaje consiste en la unión de dos transistores bipolares en cascada dentro de un circuito. La unión en cascada implica que la salida del primer transistor (Ie1) es la entrada (Ib2) del segundo transistor.

Circuito electrónico con montaje Darlington

La función de este tipo de circuitos es básicamente, la de amplificar la señal de entrada. A efectos de análisis del montaje, se considera el bloque como un único transistor bipolar con un factor de amplificación constante de valor 1 x 2 (siendo 1 y 2 los respectivos factores de amplificación de cada transistor).

MODULOS COMERCIALES TRANSISTORES BIPOLARES NPN CODIFICACIÓN

VCE MAX (V)

IC MAX (A)

VCE SAT

VBE SAT (V)

IB SAT (mA)

BFY50

35

1

0,7

1,5

50

BFY51

30

1

1

1,5

50

BFY52

20

1

1

1,5

50

2N3903

40

0,2

0,2

0,85

50

2N3904

40

0,2

0,3

0,95

50

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MANUAL DE ELECTRÓNICA TRANSISTORES UNIPOLARES Los transistores unipolares, al igual que los bipolares, son componentes semiconductores de dos uniones P-N, pero que se realizan con distinta tecnología de fabricación. Este tipo de transistores tiene otra nominación que es la de transistores de campo, debido a que en su fabricación se ha conseguido que la corriente se controle por la acción del campo eléctrico existente en la unión P-N. Mientras que los transistores bipolares dan un buen rendimiento a baja frecuencia, los unipolares funcionan mejor en frecuencias altas. Dentro de los transistores unipolares existen dos tipos: los JFET (denominados simplemente FET) y los MOSFET (denominados de forma abreviada como MOS).

TRANSISTORES JFET Las siglas JFET vienen de Junction Field Effect Transistor, que traducido quiere decir Transistor de Efecto de Campo. Este tipo de transistores unipolares se utiliza mucho más que los MOSFET ya que su fabricación es mucho más barata.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SIMBOLOGIA Y TERMINALES Un transistor unipolar se compone de tres partes semiconductoras: la parte principal es una barra de semiconductor a la que se le hacen dos hendiduras en su superficie dándole forma de ‘H’, las otras dos partes son dos capas de material semiconducor que van colocadas en las hendiduras de la parte principal. La parte semiconductora principal puede ser de tipo P o N, mientras que las otras dos capas son del tipo contrario al de la barra principal.

Esquema de terminales y partes semiconductoras de un JFET

El JFET tiene tres terminales o conexiones que se denominan: puerta (G), surtidor (S), y drenador (D). Dependiendo de si la barra central es de tipo P o de tipo N, los transistores JFET pueden ser de canal P o canal N respectivamente. La diferencia entre un tipo u otro se distingue en el sentido que marca la flecha situada en el terminal de puerta de su símbolo.

G: puerta. D: drenador. S: surtidor o fuente.

Símbolos electrónicos de los transistores unipolares JFET

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CRITERIO DE CORRIENTES Y TENSIONES Los sentidos de las diversas intensidades y tensiones en los terminales de un transistor unipolar JFET de canal N son los mostrados en el siguiente gráfico:

Criterio de signos de corrientes y tensiones en un JFET de tipo N

G: puerta. D: drenador. S: surtidor. Vgs: tensión puerta-surtidor.

Ig: intensidad por la puerta. Id: intensidad por el drenador. Is: intensidad por el surtidor (negativa). Vds: tensión drenador-surtidor.

A nivel de funcionamiento dentro de un circuito se suponen las siguientes aproximaciones: Ig = 0. Id = -Is. Es decir, la corriente que circula por la puerta se supone aproximadamente cero, y se supone que la corriente que circula por el drenador es la misma que la que circula por el surtidor pero en sentido contrario. Debido a la escasa utilización de los JFET de tipo P, sólamente se explicará el criterio de signos en el símbolo de los JFET de tipo N. La diferencia a nivel de signos entre los dos tipos, es que todos los sentidos de intensidades y tensiones de los de tipo P son contrarios a los asignados en los de tipo N.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CURVAS CARACTERÍSTICAS En el caso de los transistores unipolares, al igual que en los bipolares, también se utilizan dos tipos de curvas características: la de entrada y la de salida. La curva característica de entrada, relaciona la corriente por el drenador (Id) con la tensión existente entre los terminales de puerta y surtidor (Vgs).

Id: intensidad de drenador. Idss: intensidad de drenador máxima aprovechable. Vgs: tensión puerta-surtidor. Vp: tensión de pinch-off. Curva característica de entrada de un transistor JFET

El punto que determina que un JFET pase de corte a conducción es el valor de la tensión entre puerta y surtidor. Existe un valor, proporcionado por el fabricante, y llamado tensión de pinch-off (Vp), que es el que determina el cambio de funcionamiento. Si Vgs es menor que el valor de Vp, el transistor no conduce; mientras que si el valor de Vgs es mayor que Vp, el JFET se encuentra conduciendo. La otra curva característica es la de salida, y en ella se relaciona la corriente por el drenador (Id) con la tensión entre los terminales de drenador y surtidor (Vds), pero dependiendo del valor de la tensión entre la puerta y el surtidor (Vgs).

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Id: intensidad de drenador. Vds: tensión drenador-surtidor. Vp: tensión de pinch-off .

Idss: intensidad de drenador máxima aprovechable. Vgs: tensión puerta-surtidor. BVds: tensión drenador-surtidor máxima aprovechable.

Curva característica de salida de un JFET

Cada línea es representada para un valor determinado de Vgs, así la unión de dichas líneas referencia la curva característica de salida global, esto es, para distintos valores de tensión entre la puerta y el surtidor (Vgs1, Vgs2, Vgs3, etc.).

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ZONAS DE FUNCIONAMIENTO Este tipo de transistores puede estar polarizado en diversas zonas de funcionamiento: corte, óhmica, saturación y ruptura.

Zonas de funcionamiento reflejadas sobre la curva de salida

ZONA DE CORTE En este estado de funcionamiento el transitor JFET equivale eléctricamente a un circuito abierto entre sus terminales de drenador y surtidor. Por lo tanto, no circula corriente por él.

ZONA OHMICA Eléctricamente, el JFET se comporta como si hubiera un potenciómetro entre el drenador y el surtidor. La peculiaridad de este potenciómetro o resistor variable es que su resistencia no varía manualmente o mecánicamente, sino que su variación es controlada por la tensión entre puerta y surtidor (Vgs). Es decir, la resistencia entre drenador y surtidor (Rds) toma diferentes valores para distintos valores de Vgs.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ZONA DE SATURACION En esta zona, el transistor unipolar equivale a un generador de corriente continua, cuyo valor depende de la Vgs aplicada. Esto es debido a que el valor de la intensidad que circula por el drenador (Id), permanece constante e invariante aunque se cambie el valor de la tensión entre el drenador y el surtidor (Vds). El JFET entra en esta zona de funcionamiento cuando la tensión drenador-surtidor (Vds) supera el valor de tensión de pinch-off (Vp).

ZONA DE RUPTURA Es una zona en la que, por diversas causas, tiene lugar un rápido crecimiento de la corriente por el drenador, lo que lleva a la ruptura de la unión semiconductora P-N situada en la parte del drenador. Esta zona también marca un límite en la tensión entre el drenador y el surtidor (Vds) que no se puede superar, este valor máximo de tensión se denomina BVds. Esta zona apenas se utiliza, ya que el componente pierde sus propiedades semiconductoras. Trabajar en esta zona supone hacer funcionar al transistor con corrientes y tensiones elevadas, lo que puede hacer que el componente se rompa.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CIRCUITO AUTOPOLARIZADO

Circuito autopolarizador de un transistor unipolar JFET

A este circuito se le llama así porque mediante la disposición de resistencias y la fuente de alimentación continua Vdd, se consigue que el transistor JFET nunca esté funcionando en la zona de corte. Esto se debe a que el valor de tensión entre la puerta y el surtidor (Vgs) nunca va a ser inferior al valor de la tensión de pinch-off (Vp). Luego el circuito autopolarizado sólo puede estar funcionando en la zona de saturación o en la zona óhmica. Cuando se encuentra en saturación, equivale a un generador de corriente continua de valor Id:

D: terminal de drenador. S: terminal de surtidor. Id: generador de corriente constante de valor Id. Circuito equivalente de un transistor JFET en saturación

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MANUAL DE ELECTRÓNICA En cambio, cuando se encuentra en zona óhmica, equivale a una resistencia variable de valor Rds:

D: terminal de drenador. S: terminal de surtidor. Rds: resistencia entre los terminales del drenador y el surtidor. Circuito equivalente de un transistor JFET en zona óhmica

TRANSISTORES MOSFET Las siglas MOSFET vienen de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transitor, que significa Transistor Semiconductor de Efecto de Campo con Oxido de Metal. En la actualidad se ha conseguido abaratar la fabricación de este tipo de transistores unipolares, por lo que están siendo utilizados para sustituir a los tiristores. La razón fundamental de este cambio es que se controlan por tensión y no hacen falta los circuitos de bloqueo adicionales que utilizan los tiristores, estos circuitos se verán en el próximo capítulo dedicado a los tiristores.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SIMBOLOGIA Y TERMINALES (CONEXIONES) Este tipo de transitores unipolares está fabricado con una barra principal semiconductora de tipo P o N, y dos zonas transversales de semiconductor de tipo contrario al de la barra principal. Pero con la diferencia con respecto a los JFET de que la capa superior es de material dieléctrico (aislante) y aisla el terminal de puerta (G) del resto del componente.

G: terminal de puerta. D: terminal de drenador. S: terminal de surtidor o fuente. Terminales y partes semiconductoras de un transistor unipolar MOSFET

Con esta peculiar forma de fabricación se consigue crear un campo eléctrico entre el terminal de puerta y el material dieléctrico; esto, eléctricamente, equivale a que haya un condensador entre estas dos partes, lo que provoca que la corriente por el terminal de puerta sea cero.

G: terminal de puerta. D: terminal de drenador. S: terminal de surtidor.

Símbolos electrónicos de los transistores MOSFET.

Al igual que los JFET, tienen tres terminales: puerta, drenador y surtidor. Dependiendo de si la barra central del componente es de un tipo u otro de semiconductor, existen dos tipos de transistores MOSFET: de canal P o de canal N. Sus respectivos símbolos se diferencian entre ellos en que la flecha pintada sobre el terminal del surtidor tiene sentido contrario.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CRITERIO DE CORRIENTES Y TENSIONES Como siempre, estos dos tipos se diferencian en que todos los sentidos de corriente y tensión definidos en un MOSFET de tipo N, son de sentido contrario en uno de tipo P.

Ig: intensidad por la puerta. Id: intensidad por el drenador. Is: intensidad por el surtidor o fuente.

Vgs: tensión puerta-surtidor. Vds: tensión drenador-surtidor.

Criterio de signos de tensiones y corrientes de un MOSFET de canal N

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CURVAS CARACTERÍSTICAS Se utilizan dos curvas características: la de entrada y la de salida. La curva característica de entrada relaciona la corriente que circula por el drenador (Id) con la tensión entre la puerta y el surtidor (Vgs).

Id: intensidad por el drenador. Vgs: tensión puerta-surtidor. Vt: tensión umbral. Curva característica de entrada de un transistor MOSFET.

En este caso el valor de tensión que identifica el límite en el cual se pasa de conducción a corte se llama tensión umbral (Vt). Si Vgs es mayor que este valor, el transistor M O S F E T e s t á c o n d u c i e n d o ; m i e n t ra s q u e s i e s m e n o r n o c o n d u c e . La curva característica de salida relaciona la intensidad por el drenador (Id) con la tensión existente entre los terminales del drenador y el surtidor (Vds).

Id: intensidad de drenador. Vds: tensión drenador-surtidor. Idss: intensidad de drenador máxima aprovechable. gs: tensión puerta-surtidor. Vt: tensión umbral. BVds: tensión drenador-surtidor máxima aprovechable.

Curva característica de salida de un transistor MOSFET

En esta curva, cada línea continua referencia un valor de tensión entre la puerta y el surtidor (Vgs) distinto.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ZONAS DE FUNCIONAMIENTO Al igual que en los transitores JFET, los MOSFET tienen las mismas cuatro zonas de funcionamiento.

Zonas de funcionamiento de un transistor unipolar MOSFET

ZONA DE CORTE El transistor MOSFET equivale eléctricamente a un circuito abierto entre los terminales del drenador y el surtidor. Se comporta como un interruptor desconectado, situado entre los dos terminales.

ZONA OHMICA El MOSFET equivale a una resistencia variable conectada entre el drenador y el surtidor. El valor de esta resistencia varía dependiendo del valor que tenga la tensión entre la puerta y el surtidor (Vgs).

ZONA DE SATURACION El transistor entra en esta zona de funcionamiento cuando la tensión entre el drenador y el surtidor (Vds) supera un valor fijo denominado tensión drenador-surtidor de saturación (Vdssat); este valor viene determinado en las hojas características proporcionadas por el fabricante. En esta zona el MOSFET mantiene constante su corriente por el drenador (Id), independientemente del valor de tensión que halla entre el drenador y el surtidor (Vds). Por lo tanto, el transistor equivale a un generador de corriente continua de valor Id.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ZONA DE RUPTURA Esta zona apenas se utiliza porque el transistor MOSFET pierde sus propiedades semiconductoras y se puede llegar a romper el componente físico. La palabra ruptura hace referencia a que se rompe la unión semiconductora de la parte del terminal del drenador.

EJEMPLO DE CIRCUITO POLARIZADOR DE UN MOSFET

Circuito de polarización de un transistor MOSFET.

En este circuito se sabe que la fuente de alimentación de continua Vdd tiene un valor en voltios superior al valor de tensión umbral del MOSFET (Vt). Esto implica que el MOSFET está en zona de conducción, porque Vgs > Vt. Como la tensión entre la puerta y el surtidor (Vgs) tiene el mismo valor que la tensión existente entre el drenador y el surtidor (Vds), el transistor unipolar se encuentra funcionando en zona de saturación. Esto implica que el MOSFET equivale, eléctricamente, a un generador de corriente continua y constante de valor Id:

Circuito equivalente de un transistor MOSFET en saturación.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA LIMITES DE RUPTURA La utilización de transistores unipolares en circuitos electrónicos, tanto JFET como MOSFET, exige, como en cualquier otro componente, conocer sus limitaciones de trabajo.

Idmax: intensidad drenador máxima. BVgs: tensión puerta-surtidor máxima.

Curva de entrada referenciada con límites de ruptura.

Los transistores unipolares están limitados en tres magnitudes eléctricas: -

En tensión: no se puede superar el valor máximo de tensión entre la puerta y el surtidor. Este valor se denomina BVgs. Tampoco se puede superar un valor máximo de tensión entre el drenador y el surtidor denominado BVds. En corriente: no se puede superar un valor de corriente por el drenador, conocido como Idmax. En potencia: este límite viene marcado por Pdmax, y es la máxima potencia que puede disipar el componente.

Idmax: intensidad de drenador máxima. BVds: tensión drenador-surtidor máxima. Pdmax: potencia eléctrica máxima.

Curva de salida referenciada con límites de ruptura.

Todos estos valores que marcan los límites de ruptura del transistor unipolar vienen referenciados en las hojas de características (DATA-BOOK) proporcionadas por el fabricante.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA TIRISTORES Un tiristor es un componente electrónico formado mediante la unión de cuatro capas semiconductoras, dos de tipo P y dos de tipo N alternadas. Un tiristor se puede definir como un diodo controlado mediante un terminal. El terminal de control se denomina puerta (G) y tiene como función la de hacer que el tiristor pase a estado de conducción o directo. El terminal de puerta también se denomina electrodo de gobierno.

TERMINALES Y SIMBOLOGIA Existen dos tipos de tiristores NPNP y PNPN dependiendo de la combinación de capas semiconductoras. Los terminales del tiristor se denominan ánodo (A), cátodo (K) y el terminal de control o puerta (G).

A: ánodo K: cátodo G: puerta

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CRITERIO DE CORRIENTES Y TENSIONES

-Iak: intensidad que circula de ánodo a cátodo. -Ig: intensidad por la puerta. -Vgk: tensión existente entre la puerta y el cátodo. -Vak: tensión entre ánodo y cátodo.

Símbolo electrónico del tiristor

A diferencia de los transistores bipolares, la corriente que entra por el ánodo es la misma que sale por el cátodo (Iak): Ia = Ik = Iak Siendo Ia la intensidad por el ánodo, Ik la intensidad por el cátodo, y la intensidad total, Iak, la que circula desde el ánodo hasta el cátodo.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CURVAS CARACTERÍSTICAS El tiristor tiene dos curvas características: la curva de salida y la curva de entrada.

Vgk: tensión puerta-cátodo. Ig: intensidad por la puerta. Vu: tensión umbral. Curva característica de entrada de un tiristor

La curva característica de entrada va a relacionar la corriente por la puerta (Ig) con la tensión entre la puerta y el cátodo (Vgk). La gráfica de entrada es idéntica a la curva característica de un diodo normal.

Vr: tensión en inverso. Vmax: tensión máxima en conducción. Vh: tensión de mantenimiento. Ih: corriente de mantenimiento. Curva característica de salida de un tiristor para Ig = 0

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La curva característica de salida relaciona la corriente que pasa del ánodo al cátodo (Iak) con la tensión entre el ánodo y el cátodo (Vak). Para valores negativos de tensión ánodo-cátodo (Vak) el tiristor se comporta como un diodo polarizado en inverso por lo que equivale a un circuito abierto entre el ánodo y el cátodo.

Vr: tensión en inverso. Vh: tensión de mantenimiento. Ih: corriente de mantenimiento. Curva característica de salida para Ig > 0

La curva característica de salida es distinta si se varían valores de corriente por la puerta (Ig). En los tiristores en el momento en que la corriente de puerta sea distinta de cero, la característica de salida varía y se elimina el pico que hay en la gráfica de la curva de salida.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA RECTA DE CARGA El punto de trabajo en un tiristor indica la corriente que circula desde el ánodo hasta el cátodo (Iak) y la tensión existente entre el ánodo y el cátodo (Vak). Eg: generador de tensión de onda cuadrada. Vcc: fuente de tensión en continua. TH: tiristor.

Circuito de polarización de un tiristor

Para calcular la recta de carga del tiristor hay que calcular los puntos de corte con los ejes Vak e Iak. Analizando las caídas de tensión en la red de salida la ecuación de salida es: Vak = Vcc - Iak x R Haciendo Iak cero y calculando en esta situación la Vak respecto de la ecuación de salida se llega a la conclusión: Vak = Vcc

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MANUAL DE ELECTRÓNICA De manera análoga haciendo Vak cero y calculando en esa situación Iak respecto de la ecuacción de salida, se obtiene: Iak = Vcc / R Con los valores de Iak y Vak calculados se traza la recta de carga.

Gráfico de la recta de carga del tiristor para el circuito de polarización

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ZONAS DE FUNCIONAMIENTO

Zonas de funcionamiento de un tiristor

Hay tres zonas sobre las que puede trabajar un tiristor: -

Bloqueo: el tiristor se comporta como un diodo polarizado en inverso, es decir, como un circuito abierto por el que no podrá circular corriente desde el ánodo hasta el cátodo. Resistencia negativa: es una zona muy inestable en la que el tiristor no debe nunca trabajar. Conducción: el tiristor se comporta como un diodo polarizado en directo, es decir, como un cortocircuito. En esta zona circula corriente desde el ánodo hasta el cátodo (Iak). Q1, Q2, Q3: posibles puntos de trabajo del tiristor

Intersecciones de la recta de carga con la curva de salida para Ig = 0

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Si no se genera corriente por la puerta del tiristor, los cortes de la recta de carga con la curva característica de salida para un valor de corriente por la puerta (Ig) igual a cero son tres: Q1, Q2 y Q3. Hay tres puntos de corte entre las dos curvas, cada punto de corte está situado en una zona distinta. Para saber qué punto es el correcto hay que tener en cuenta el estado anterior en el que se encontraba el tiristor. Si el tiristor estaba bloqueado (diodo en inverso) el punto correcto es el Q1 (bloqueo). Si por el contrario el tiristor estaba en conducción, el punto correcto es Q3 (conducción). El punto Q2 se desestima porque es improbable que el tiristor estuviera trabajando en zona de resistencia negativa.

Intersección de la recta de carga con la curva de salida para Ig > 0

Al generar un impulso de corriente por la puerta la curva característica varía, con lo que también cambian los puntos de corte entre ambas rectas. Con una corriente de puerta (Ig) mayor que cero sólo hay un punto de corte Q3 que está situado en la zona de conducción. Por lo tanto en esta situación el tiristor se comporta como un diodo en directo.

Circuito equivalente para un tiristor en conducción

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Estando el tiristor en la zona de conducción si se retira el pulso de corriente por la puerta (Ig = 0) se obtiene la curva característica para una corriente por la puerta igual a cero.

Posibles puntos de trabajo después de retirar el pulso de corriente con Ig = 0

Existen tres puntos de corte entre la recta de carga y la curva de salida que son Q1, Q2 y Q3 . Como el tiristor, al retirar el pulso de corriente, estaba en conducción, el punto válido es Q3. Se define corriente de mantenimiento (Ih) y tensión de mantenimiento (Vh), no explicadas anteriormente, como: -

Corriente de mantenimiento (Ih): es el mínimo valor que debe tomar la corriente ánodo-cátodo para que al retirar el pulso de corriente por la puerta, el tiristor permanezca en estado de conducción. Tensión de mantenimiento (Vh): es el mínimo valor de tensión ánodo-cátodo que debe existir para que al retirar el pulso de corriente por la puerta el tiristor permanezca en estado de conducción.

Punto de trabajo después de generar el pulso de coriente con Ig > 0

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Circuito equivalente para un tiristor en bloqueo

Si en el momento de retirar el pulso de corriente por la puerta (Ig) el punto de trabajo Q3 (Iak3, Vak3) no se encuentra por encima del punto de mantenimiento Qh (Ih, Vh), el tiristor pasa a funcionar en zona de bloqueo y se comporta como un diodo en inverso.

Q3: punto de trabajo del tiristor. Ih: intensidad de mantenimiento. Iak3: corriente ánodo-cátodo en Q3. Vh: tensión de mantenimiento. Vak3: tensión ánodo-cátodo en Q3. Punto de trabajo sobre curva de salida con Ig > 0.

El tiristor está trabajando en Q3 por encima del punto Qh, en esta situación el tiristor está conduciendo independientemente de que se retire o no el pulso de corriente por la puerta.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Recta de carga negativa sobre curva de salida

Se plantea un problema cuando se quiere que un tiristor que está conduciendo pase a corte o bloqueo. La única manera que hay de conseguir el bloqueo de un tiristor, es conseguir que la tensión entre el ánodo y el cátodo sea negativa o bien que la corriente que circula desde el ánodo hasta el cátodo sea también negativa. Con esto se consigue variar la recta de carga hasta zonas de trabajo en las que se comporta como un diodo en inverso. Para lograr el bloqueo de tiristores hay que situar circuitos adicionales de bloqueo. Actualmente, este inconveniente está motivando que el tiristor deje de existir, a medio plazo, y su lugar sea ocupado por los transistores de potencia unipolares.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA LIMITES DE RUPTURA Como cualquier componente, los tiristores también tienen unos valores máximos permitidos, a partir de los cuales se destruyen.

Límites de ruptura de un tiristor.

Iakr: intensidad ánodo-cátodo de ruptura. Vakr: tensión ánodo-cátodo de ruptura. Un tiristor puede perder sus características semiconductoras por alguna de las siguientes causas: -

Tensión Vak > Vakr. Corriente Iak > Iakr. Corriente Ig > Igmax. Tensión Vgk > Vgkr. Potencia Pd > Pdmax.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CIRCUITO DE APLICACIÓN El siguiente circuito representa una aplicación básica de un tiristor. El generador Eg1 crea el pulso de corriente por la puerta del tiristor, para rectificar la señal alterna de salida, generada por Eg. La función de este circuito es equivalente a un rectificador de media onda, pero con la ventaja de que el tiristor (diodo controlado) entra en conducción cuando se desee.

Eg: generador de tensión de onda alterna senoidal. Eg1: generador de tensión de onda cuadrada. Circuito de polarización con tensión alterna en la salida.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Funcionamiento del circuito mediante las gráficas de las señales

TH ON : tiristor en conducción. f1: fase de disparo del tiristor. Vak1: tensión ánodo-cátodo en el tiristor. TH OFF: tiristor en bloqueo. Ig1: amplitud del pulso de corriente por la puerta. Iak1: corriente ánodo-cátodo del tiristor. * En el intervalo de tiempo comprendido entre 0º y la fase f1º el tiristor está bloqueado, puesto que todavía no se ha generado el pulso de corriente por la puerta (Ig). El tiristor se comporta como un diodo en inverso y el circuito equivalente en la salida es:

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Circuito equivalente de salida con el tiristor en bloqueo.

En este intervalo la tensión entre el ánodo y el cátodo del tiristor es igual a la tensión proporcionada por el generador de tensión alterna Eg. * En la fase f1 un pulso de corriente generado por el generador de impulsos hace que la corriente por la puerta del tiristor sea mayor que cero. En este instante se modifica la curva característica de salida y hace que el tiristor pase a conducción, con lo cual se comporta como un cortocircuito. Desde f1 hasta 180º el circuito equivalente de salida es:

Circuito equivalente de salida con el tiristor en conducción.

En este intervalo la tensión entre ánodo y cátodo del tiristor es igual a cero, puesto que está cortocircuitado. * Desde 180º hasta 360º la tensión Vak, al ser igual a la proporcionada por el generador de alterna Eg, pasa a valores negativos que fuerzan el bloqueo natural del tiristor sin necesidad de circuitos de bloqueo adicionales. Los tiristores suelen ser utilizados en aplicaciones que requieren componentes con unos límites eléctricos de ruptura muy grandes. El tiristor es utilizado en la industria del automóvil como un: -

Relé. Rectificador controlado. Interruptor.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MODULOS COMERCIALES TIRISTORES CODIFICACION

VAK MAX (V)

IAK MAX (A)

IG MAX (mA)

2N4441

50

8

60

2N4442

200

8

60

2N4443

400

8

60

2N4444

600

8

60

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MANUAL DE ELECTRÓNICA APLICACIONES DE ELECTRONICA ANALOGICA AVISADOR ACUSTICO DE FRENO DE MANO El avisador acústico de freno de mano es un circuito electrónico que permite la activación de un zumbador sonoro, dependiendo de si el freno de mano está activado o no.

Circuito avisador acústico de freno de mano

El interruptor del circuito es un microinterruptor colocado de forma que al desactivar el freno de mano, se cierra. Al cerrarse, la corriente proporcionada por la fuente de tensión se deriva a masa con lo que el transistor bipolar P-N-P está cortado, por lo tanto el zumbador no es alimentado. Al activar el freno de mano el microinterruptor pasa a estar abierto, con lo que el transistor bipolar entra en conducción permitiendo el paso de corriente hasta el zumbador, activándolo, y emitiendo por lo tanto un zumbido.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ETAPA DE ACTUACION SOBRE LOS ELECTROINYECTORES La cantidad de gasolina pulverizada en la mezcla aire-combustible está controlada por un elemento electromecánico denominado electroinyector.

Etapa de actuación sobre un electroinyector

La centralita controla, mediante una señal cuadrada, la base del transistor bipolar. El transistor funciona como un interruptor cuya función es alimentar o desalimentar al electroinyector. Cuando la señal proporcionada por la centralita está a nivel alto el transistor entra en saturación, por lo que permite la conducción de corriente eléctrica y la bobina del electroinyector está alimentada, por lo que el electroinyector pulveriza gasolina; está pulverizando gasolina tanto tiempo como dure el pulso a nivel alto de la señal de control de la centralita. Cuando la señal de control está a nivel bajo, el transistor se encuentra en corte por lo que impide el paso de corriente. En esta situación la bobina del electroinyector no está alimentada y además se descarga por medio de Rc. El tiempo de duración del pulso a nivel bajo es el mismo tiempo en el que la bobina del electroinyector no está alimentada y no pulveriza gasolina.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ENCENDIDO POR CARGA DE CONDENSADOR CON TRANSISTOR UNIPOLAR La ventaja del encendido por carga de condensador radica en el aprovechamiento máximo, en la etapa de explosión, de la energía proporcionada por la bujía. Esto es debido a que con este tipo de encendido se consigue un incremento notable en la energia que cede el circuito almacenador del primario al secundario.

Encendido por carga de condensador con transistor unipolar

El generador de onda cuadrada emite una señal de control que a nivel alto de tensión polariza el transistor unipolar en zona óhmica y permite la conducción; mientras que a nivel bajo de tensión polariza el transistor unipolar en zona de corte, impidiendo la conducción de corriente. Cuando la señal está a nivel bajo el transistor está cortado y el condensador se carga a través de la resistencia R1 con la tensión proporcionada por el generador de tensión continua Vcc, en esta situación el diodo se encuentra en directo y permite la carga del condensador. Cuando la señal está a nivel alto el transistor conduce y se comporta como una resistencia (zona óhmica), con lo que el condensador se descarga a través de ella, de Rd, de Rs y de la bobina del primario del transformador. Esto es posible gracias a que el diodo se encuentra en inverso y no permite el paso de corriente a través de él. En el momento de inicio de la descarga, la bobina del primario no tiene energía. A medida que el condensador se va descargando la bobina se va cargando con la energía del condensador, y ésta, a su vez, induce una tensión en la bobina del secundario provocando un arco voltaíco en los electrodos de la bujía.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ENCENDIDO POR CARGA DE CONDENSADOR CON TIRISTOR Este circuito es el mismo que el de encendido por carga de condensador con transistor unipolar, pero cambiando el transistor unipolar por un tiristor.

Encendido por carga de condensador con tiristor

La fuente de tensión que controla el tiristor debe variar entre valores que corten o disparen el tiristor. El funcionamiento de este circuito es similar al anterior. Cuando se dispara el tiristor, éste conduce y el condensador se descarga por medio de Ra, Rk y la bobina del primario; mientras que cuando se bloquea el tiristor, éste no conduce y el condensador se carga a través de R1 con una tensión de valor Vcc.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL Se denomina electrónica digital a la parte de la electrónica que opera sobre valores de tensión discretos (cero o cinco voltios) y que toma como elemento básico el bit. La diferencia entre analógica y digital es que en una señal analógica que tiene como valor mínimo cero voltios y máximo cinco voltios, para pasar de cero a cinco voltios hay que pasar por valores intermedios de tensión, ya que la señal toma todos los valores comprendidos entre cero y cinco (1, 2, 3, etc.); mientras que en una señal digital sólo existen los valores de cero y cinco voltios, para pasar de cero a cinco voltios se hace directamente sin pasar por valores intermedios de tensión, ya que no existen en esta señal. Por lo tanto, existen únicamente dos posibles valores de tensión que se denominan valores discretos de tensión. Hace aproximadamente cincuenta años las primeras “máquinas” digitales tomaban como elemento fundamental el relé, este podía estar en dos estados, abierto o cerrado. Un bit es la representación de los dos posibles estados en que podía estar un relé. Un bit por sí solo define los dos estados de tensión que se pueden encontrar tratando información de tipo digital, puede valer un ‘1’ lógico, que equivale a un valor de tensión de cinco voltios, o puede valer ‘0’ lógico, que equivale a un valor de tensión de cero voltios. La electrónica analógica, a diferencia de la electrónica digital, puede tener multiples valores de tensión, que varían de manera continua.

Comparación gráfica entre una señal analógica y otra digital

Se crean formas de codificar la información mediante la agrupación de bits que van a generar un sistema de codificación de la información denominado binario. Tomando como elemento de codificación esencial el bit, haciendo grupos de bits, vamos aumentando la complejidad del código. La agrupación de ocho bits se le denomina Byte, y a la agrupación de 1024 Bytes se le denomina Kilobyte o, coloquialmente hablando, “Kas”. Una agrupación de 1024 Kilobytes es denominada Megabyte o, coloquialmente hablando, “Megas”.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SISTEMAS DE NUMERACIÓN Un Sistema de Numeración es una forma de representar cualquier cantidad numérica, de manera que una misma cantidad se puede escribir de muchas formas distintas, según sea el sistema de numeración utilizado. Así, el sistema utilizado normalmente por el hombre es el sistema Decimal o de “base 10”, mientras que el sistema usado internamente por las máquinas electrónicas actuales es el Binario o de “base 2”.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SISTEMA BINARIO Es el sistema de base dos, y utiliza dos dígitos distintos, el ‘0’ y el ‘1’, denominados normalmente con el nombre de “bit”. Es el sistema utilizado normalmente en las actuales máquinas electrónicas digitales. La razón de ello es que es muy fácil diseñar sistemas físicos o electrónicos capaces de adoptar dos valores o posiciones distintas (‘0’ y ‘1’). Un número binario está formado por un conjunto de bits. El valor de cada posición del número aumenta de derecha a izquierda según potencias de 2. Las primeras potencias de 2 son las siguientes: POSICION VALOR POSICIONAL POTENCIA

8 7 6 256 128 64 28 27 26

5 32 25

4 16 24

3 8 23

2 4 22

1 2 21

0 1 20

Con un número binario de “n” bits se pueden representar 2n números distintos, desde el 0 hasta el 2n-1. Por ejemplo, el número decimal 13 codificado en binario se consigue mediante sucesivas sumas de potencias de base 2, desde el exponente 0 hasta llegar al exponente más alto necesario, y estas potencias están multiplicadas por el respectivo dígito binario fundamental, el ‘1’ o el ‘0’ (dependiendo de si se necesita que la potencia sea sumada o no para formar el valor del número decimal): Las cifras en negrita son las que forman el código binario. Número en binario => 1 1 0 1 Por lo tanto, en binario se colocan los dígitos fundamentales (‘0’ y ‘1’) de forma ordenada, siendo el dígito más a la derecha el correspondiente al que multiplica a la potencia de exponente 0, y a este bit se le llama de menor peso. El dígito más a la izquierda es el que multiplica a la potencia de mayor exponente, a este último bit se le llama de mayor peso. En este ejemplo, el bit de menor peso es el ‘1’ de la derecha (1 1 0 1) y el de mayor peso es el ‘1’ de la izquierda (1 1 0 1). Este proceso, se realiza para codificar en binario todos los valores decimales. Cuanto más grande sea el valor decimal, se necesitan potencias más elevadas de base 2 para codificarlo, por lo que el número de bits se incrementa. Por ejemplo, el número decimal 23 se codifica de la siguiente forma: Número codificado en binario => 1 1 0 1 0 0

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La tabla de los dieciseis primeros números binarios es la siguiente: DECIMAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

BINARIO 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SISTEMA HEXADECIMAL Es el sistema de base 16, y que utiliza dieciséis dígitos distintos: del 0 al 9 más las letras mayúsculas A, B, C, D, E y F, que tienen como valores propios 10, 11, 12, 13, 14 y 15 respectivamente. Es utilizado muy frecuentemente por su facilidad de conversión con el binario, lo cual hace que números binarios muy grandes se manejen más cómodamente en hexadecimal. La conversión de hexadecimal a binario consiste en sustituir cada dígito hexadecimal por el grupo de cuatro bits equivalente, según indica la tabla de los dieciséis primeros números: DECIMAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

BINARIO 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

La conversión de binario a hexadecimal se realiza agrupando los bits en grupos de cuatro a partir del bit situado más a la derecha (bit de menor peso). Cada uno de esos grupos da lugar a un dígito hexadecimal. Por ejemplo, el número binario 11001000111001010 es el número hexadecimal 191CA. El proceso de conversión es el siguiente: 1 1

1001 9

0001 1

1100 C

1010 A

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MANUAL DE ELECTRÓNICA ALGEBRA DE BOOLE Algebra de Boole es el álgebra matemática que se aplica a los números binarios. Este álgebra tiene tres operaciones básicas entre bits: - Suma lógica (OR): el símbolo de la suma se sustituye por OR a + b => a OR b Equivale a la “o” de las frases disyuntivas: es verdadero si alguna de las proposiciones es verdadera, y falsa si las dos son falsas. Por ejemplo:“María es rubia o alta”.La frase es verdad si María cumple alguna de las características. De forma electrónica, la suma lógica (OR) se representa como dos interruptores en paralelo; siendo equivalente un interruptor abierto a un 0 y un interruptor cerrado a un 1:

Simbología electrónica utilizada para representar una suma lógica (OR)

Por lo tanto, a nivel de bits la suma lógica se interpreta como que el resultado es 1 si alguna entrada es 1. - Producto lógico (AND): el símbolo del producto se sustituye por AND a x b => a AND b

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Equivale a la “y” de las frases copulativas: es verdadero si las dos proposiciones son verdaderas, y falsa si alguna es falsa. Por ejemplo: “María es rubia y alta”. La frase es verdad si María cumple las dos características. De forma electrónica, el producto lógico (AND) se representa como dos interruptores en serie; siendo equivalente, de nuevo, un interruptor abierto a un 0 y un interruptor cerrado a un 1:

Simbología electrónica utilizada para representar el producto lógico (AND).

Por lo tanto, a nivel de bits el producto lógico se interpreta como que el resultado es 1 si las dos entradas son 1. - Complementación (negación): cambia el resultado al valor contrario a NOT Es verdadero si la proposición es falsa, y falsa si es verdadera. A nivel de bits la negación se interpreta como que el resultado es 1 si la entrada es 0 y viceversa.

PUERTAS LOGICAS El avance de la tecnología ha llevado a la realización física de unos elementos denominados “puertas lógicas” que realizan las operaciones binarias del Algebra de Boole (suma lógica, producto lógico y complementación lógica). En este caso las variables binarias son señales eléctricas de tensión de nivel alto (H o ’1’) o tensión de nivel bajo (L o ’0’). Las puertas básicas son las correspondientes a las tres operaciones lógicas: suma, producto y complementación. El funcionamiento de cada tipo de puerta se interpreta mediante las denominadas tablas de verdad. Estas tablas informan de la salida que facilita la puerta, dependiendo de los valores de sus entradas.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA PUERTA OR

Símbolo electrónico de una puerta OR

La salida de esta puerta da como resultado nivel alto (‘1’) si alguna entrada es ‘1’. a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

a OR b 0 1 1 1

Tabla de verdad de la puerta lógica OR

PUERTA AND

Símbolo electrónico de una puerta AND

La salida de esta puerta da como resultado ‘1’ si las dos entradas son ‘1’. a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

a AND b 0 0 0 1

Tabla de verdad de la puerta lógica AND

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MANUAL DE ELECTRÓNICA PUERTA NOT (INVERSORA)

Símbolo electrónico de una puerta inversora (NOT)

La salida de esta puerta da como resultado el nivel lógico contrario que haya en la entrada. La forma de representar esta salida es con el mismo nombre pero con un guión encima ( a- ) se dice entonces que la variable “a” está negada. a 0 1

a 1 0

Tabla de verdad de la puerta lógica NOT

Mediante combinaciones de estas puertas lógicas básicas se obtienen otras dos puertas de muy amplio uso. Hay que tener en cuenta que, en una puerta lógica, una entrada con un círculo significa que es una entrada invertida (a través de un inversor), e igualmente, una salida con un círculo significa salida a través de un inversor.

PUERTA NOR

Símbolo electrónico de una puerta NOR

Esta puerta equivale a una puerta OR, en cuya salida tiene conectada u n a inversora (puerta NOT). a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

puerta

a NOR b 1 0 0 0

Tabla de verdad de la puerta lógica NOR

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MANUAL DE ELECTRÓNICA PUERTA NAND

Símbolo electrónico de una puerta NAND

Esta puerta equivale a una puerta AND con un inversor conectado a su salida. a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

a NAND b 1 1 1 0

Tabla de verdad de la puerta lógica NAND

Las puertas más utilizadas son la NOT, NOR y NAND. A su vez, las puertas NOR y NAND pueden funcionar como puertas inversoras conectando sus entradas apropiadamente. Una forma de conseguirlo es cortocircuitando sus entradas a una sola.

Puertas NOT realizadas mediante conexión única en puertas NOR y NAND

Existe una función especial dentro de la suma lógica. Esta función es la suma exclusiva, denominada OR-Exclusiva o XOR. Para realizar esta función hay dos nuevas puertas lógicas.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA PUERTA XOR

Símbolo electrónico de una puerta XOR

La función OR-Exclusiva vale 1 cuando hay un número impar de varia- bles de entrada a 1, y vale 0 cuando dicho número es par. a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

a (+) b 0 1 1 0

Tabla de verdad de la puerta lógica XOR

PUERTA XNOR

Símbolo electrónico de una puerta XNOR

La función NOR-Exclusiva es la inversa de la OR-Exclusiva, es decir, puerta pero con una puerta inversora a la salida. a 0 0 1 1

b 0 1 0 1

es la misma

not a (+) b 1 0 0 1

Tabla de verdad de la puerta lógica XNOR

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MANUAL DE ELECTRÓNICA FAMILIAS LÓGICAS Antes del descubrimiento de las válvulas de vacío y del nacimiento de la Electrónica, las funciones lógicas booleanas eran realizadas mediante relés (interruptores mecánicos operados eléctricamente mediante un electroimán). Con la aparición de los diodos se ideó una nueva forma de realizar las puertas lógicas, y surgió una primera tecnología o “familia lógica” cuyo circuito básico era el mostrado en la figura:

Ve1, Ve2: entradas de la puerta lógica. Vs: salida de la puerta lógica. Vcc: tensión de alimentación Circuito interno de una puerta AND realizada con diodos

V1 0 0 1 1

V2 0 1 0 1

VS 0 0 0 1

Tabla de verdad de la puerta lógica AND con diodos

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Este circuito está alimentado por una fuente de tensión denominada Vcc. Los valores de entrada Ve1, Ve2 están conectados a masa si son ‘0’ y con valor de tensión si son ‘1’. La tensión de salida Vs vale ‘0’ si está conectada a masa y ‘1’ si tiene tensión. Por eso, al realizar su tabla de verdad se comprueba que es una puerta AND. Cuando una entrada vale ‘0’ su diodo correspondiente está en directo (equivale eléctricamente a un cortocircuito), mientras que si vale ‘1’ está en inverso (equivale eléctricamente a un circuito abierto). Por eso, cuando alguna entrada esté a ‘0’ (conectada a masa), su correspondiente diodo está en directo y la salida vale también ‘0’; mientras que si las dos entradas son ‘1’, los dos diodos están en inverso y la salida está conectada a la alimentación (Vcc), por lo que vale ‘1’. Esta familia presentaba problemas de todo tipo, debido a que los diodos no eran ideales. Con la invención del transistor aparecieron las primeras familias lógicas comerciales: la DCTL (Lógica de Transistores acoplados directamente) y la RTL (Lógica ResistorTransistor).

A, B: entradas de la puerta lógica. S: salida de la puerta lógica. Circuito interno de una puerta NOR de la familia DCTL

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

A, B: entradas de la puerta lógica. S: salida de la puerta lógica. Circuito interno de una puerta NOR de la familia RTL

A 0 0 1 1

B 0 1 0 1

S 1 0 0 0

Tabla de verdad de la puerta lógica NOR (DCTL y RTL)

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Estas familias tuvieron poca difusión, ya que tenían en general malas características en cuanto a velocidad de conmutación (velocidad en conseguir en el terminal de salida el resultado de la operación realizada con los datos de entrada), influencia de ruido externo, disipación de potencia, etc. La primera familia lógica de uso generalizado fue la DTL (Lógica Diodo-Transistor), que luego sería sustituida por la TTL, compatible con ella. La puerta básica es una puerta NAND implementada por el siguiente circuito:

A, B: entradas de la puerta lógica. S: salida de la puerta lógica. Circuito interno de una puerta NAND de la familia DTL

A 0 0 1 1

B 0 1 0 1

S 1 1 1 0

Tabla de verdad de la puerta lógica NAND (DTL)

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Esta familia tenía como ventajas una gran variedad de puertas disponibles, y baja generación de ruido, pero su velocidad de conmutación era relativamente baja, y presentaba poca inmunidad al ruido externo. Apareció después la familia TTL (Lógica Transistor-Transistor) que es la más utilizada actualmente en niveles de integración medios. Presenta como ventajas la compatibilidad de interconexión con DTL, una gran variedad de puertas y circuitos lógicos, buena inmunidad al ruido, menor coste de fabricación que las DTL, menor tiempo de retardo y menor potencia de disipación. Esta familia constituye actualmente la serie de integrados 74XX... o 54XX..., y trabaja normalmente con niveles lógicos de 0 y 5 voltios, al igual que DTL. Un ‘1’ lógico equivale a tensión alta (H) y son 5 voltios, mientras que un ‘0’ lógico equivale a tensión baja (L) y son 0 voltios. La puerta básica en TTL es la NAND. En estas puertas, una entrada dejada al aire (sin conectar) equivale a un ‘1’ lógico. Existen varias subfamilias derivadas de la TTL: -

STTL (TTL Schottky): es la serie 74SXX... Construida a base de transistores Schottky de conmutación rápida, cuya característica fundamental es su gran velocidad de conmutación. HTTL (High-speed TTL): serie 74HXX... Son puertas TTL de alta velocidad. LPTTL (Low-power TTL): serie 74LXX... Puertas TTL de baja disipación térmica. - LSTTL (Low-power Schottky TTL): serie 74LSXX... Son TTL Schottky de baja disipación. Es la familia más moderna y la de mejores características.

Existen algunas familias muy extendidas en la actualidad (tanto o más que TTL), de fácil compatibilidad con TTL y construidas a base de transistores unipolares MOSFET. Son las familias P-MOS (con transistores de canal P), N-MOS (con transistores de canal N) y C-MOS (MOSFET complementarios, canal N y P simultáneamente), esta última familia es la de mayor difusión en niveles de integración media. Presentan como ventajas una disipación de potencia ínfima, una tensión de alimentación variable (de 3 a 18 voltios) y una gran densidad de integración a bajo precio. Sin embargo, su velocidad de conmutación es baja, y no son directamente conectables con TTL por lo general. Estas familias constituyen las series 40XX... y 41XX...

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MODULOS COMERCIALES A continuación se muestra una tabla que contiene distintos integrados comerciales de puertas lógicas, clasificados por el tipo de puertas que contienen. Se han suprimido las letras que normalmente aparecen después del número 74 (familia TTL), y que indican la subfamilia y las características técnicas del integrado (consumo, velocidad de conmutación, etc.). Existen integrados que contienen diferentes tipos de puertas lógicas, que realizan funciones específicas; por ejemplo dos puertas AND cuyas salidas se conectan a la entrada de una puerta OR, etc. Normalmente se trata de funciones específicas muy utilizadas en la práctica, de ahí que se fabriquen integrados especiales con estas funciones ENTRADAS

CODIGO DE INTEGRADO

Nº INTEGRADO

NAND 2 3 4 8

7400 7410 7420 7430

4 3 2 1

TTL TTL TTL TTL

NOR 2 3

7402 7427

4 3

TTL TTL

INVERSORES (NOT) 1 7404

6

TTL

OR 2 4

7432 7423

4 2

TTL TTL

AND 2 3 4

7408 7411 7421

4 3 2

TTL TTL TTL

4 4

TTL TTL

OR - EXCLUSIVA (XOR) 2 7486 2 74136

HIBRIDO AND - OR - INVERSOR 2 7451 2 3 7459 2

PUERTAS/ FAMILIA LOGICA

TTL TTL

El esquema de los circuitos internos de estos integrados comerciales son facilitados por las hojas de características (DATA-BOOK) del fabricante.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CIRCUITOS COMBINACIONALES Existen dos tipos generales de circuitos lógicos: combinacionales y secuenciales. Los circuitos combinacionales son aquellos cuyas salidas, en un determinado instante, son función exclusivamente del valor de las entradas en ese instante. Sin embargo, en los circuitos secuenciales las salidas obtenidas en cada instante de tiempo dependen del valor de las entradas y también del valor de esas mismas salidas en el instante anterior (las salidas dependen del tiempo o momento en que sean tomadas). El progreso en las técnicas de integración de circuitos ha permitido la realización en circuito integrado de sistemas combinacionales complejos, que permiten una disminución en el número de elementos y en el tiempo empleado en los diseños, además de aumentar la inmunidad al ruido, al ser menor el número de conexiones externas. De entre estos circuitos avanzados, los más usuales son los decodificadores, codificadores, multiplexores, demultiplexores y comparadores, existiendo diferentes tipos de cada uno de ellos. Estos circuitos pueden trabajar de dos formas: -

Lógica positiva: el terminal está activo cuando está a nivel alto de tensión(‘1’ lógico). Lógica negativa: el terminal está activo cuando está a nivel bajo de tensión (‘0’ lógico).

DECODIFICADORES Un decodificador típico es un circuito que tiene como entrada una información codificada en binario, y tiene tantas salidas como posibles combinaciones binarias distintas de entrada, activándose en cada momento una sola de ellas, la correspondiente a la combinación binaria que se aplique a la entrada. Por tanto, un decodificador con “n” entradas tendrá en general 2n salidas. Por ejemplo, si el decodificador tiene 2 entradas, tiene 4 (22) salidas. La clasificación más utilizada para distinguir a los decodificadores se realiza en base al número de entradas y salidas del circuito.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DECODIFICADOR “2 A 4” Y “3 A 8” El decodificador “2 a 4”, o decodificador de dos entradas, tiene dos entradas de código y cuatro terminales de salida. Además, suele incorporar una entrada de “inhibición” tal que, cuando está activada, inhibe todas las salidas desactivándolas a valor 0. Su tabla de funcionamiento es la mostrada a continuación: I 0 0 0 0 1

E1 0 0 1 1 X

E0 0 1 0 1 X

S0 1 0 0 0 0

S1 0 1 0 0 0

S2 0 0 1 0 0

S3 0 0 0 1 0

Tabla de verdad de un decodificador 2 a 4

E0, E1: entradas digitales. S0, ..., S3: salidas. I: inhibición.

Decodificador 2 a 4

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Circuito interno de un decodificador 2 a 4

Este tipo de circuitos integrados son realizados con frecuencia a base de puertas NAND, de más fácil y barata integración en TTL. Resultan así circuitos decodificadores que funcionan a su salida con “lógica negativa” (la salida activa es 0, y todas las demás valen 1), y no con la “lógica positiva” normal del ejemplo anterior. Un decodificador 2 a 4 con lógica negativa de salida tiene una tabla de funcionamiento como la siguiente (los 1 lógicos se convierten en 0 y viceversa): I 0 0 0 0 1

E1 0 0 1 1 X

E0 0 1 0 1 X

S0 0 1 1 1 1

S1 1 0 1 1 1

S2 1 1 0 1 1

S3 1 1 1 0 1

Tabla de funcionamiento de un decodificador 2 a 4 con lógica negativa

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Decodificador 2 a 4 con lógica negativa de salida

En todo diagrama de bloques, una salida dibujada con un círculo indica salida con lógica negativa, y sin círculo significa lógica positiva. Existen muchos circuitos con entradas de inhibición. Pero a veces esta entrada es llamada de diferentes maneras: -

Inhibición (I): desactiva el integrado. Disable (D): desactiva el integrado. Enable (Enb): activa el integrado.

En función del nombre dado y del tipo de lógica (positiva o negativa) indicado en el diagrama de bloques, es cómo se sabe la manera en que actúa dicha entrada; es decir, con qué nivel lógico desactiva, ‘0’ o ‘1’.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DECODIFICADOR 3 A 8 Este decodificador tiene tres entradas de código y ocho salidas decodificadas, además de la entrada de inhibición.

Decodificador 3 a 8

El decodificador 3 a 8 de la figura tiene lógica negada de salida, por lo tanto, el código binario de la entrada activa el terminal de salida correspondiente poniéndolo a nivel bajo (‘0’). Por ejemplo, si la entrada es el código binario 001, el terminal de salida que se activa es el S1, y lo pone a ‘0’, dejando los restantes terminales de salida a ‘1’; es decir, el código de salida es 11111101.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DECODIFICADOR DECIMAL Este decodificador no se ajusta a la norma típica de entradas y salidas de los decodificadores binarios, ya que posee cuatro líneas de entrada de código y sólamente diez salidas decodificadas. Está pensado para realizar la decodificación del código BCD Natural, es decir, para activar la línea de salida correspondiente a una cifra decimal de entrada (de 0 a 9) codificada en binario con cuatro bits.

Decodificador decimal

En este circuito, todas las salidas quedan inactivas cuando se presenta a la entrada alguna configuración binaria no perteneciente al código BCD Natural (combinaciones prohibidas, del 10 al 15), o bien cuando se activa la entrada de inhibición (I).

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DECODIFICADOR HEXADECIMAL Tiene cuatro líneas de entrada y dieciseis de salida, que sirven para decodificar cualquier número de entrada codificado en binario natural de cuatro bits. En este circuito no existen configuraciones prohibidas de entrada, ya que existe una salida para cada una de las dieciseis posibles combinaciones binarias de entrada.

Decodificador hexadecimal

El decodificador hexadecimal es muy utilizado en aplicaciones que requieren el uso de microcontroladores, puesto que la programación de los mismos se realiza, normalmente, en numeración hexadecimal. Este decodificador hexadecimal se puede utilizar para construir decodificadores superiores, tales como el decodificador “5 a 32” o el “6 a 64”. Por ejemplo, un decodificador 5 a 32 utiliza dos decodificadores hexadecimales y un inversor, de manera que el quinto bit maneja un decodificador u otro dependiendo de su valor lógico (‘0’ o ‘1’).

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Decodificador 5 a 32 mediante la conexión de dos

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CONVERSORES DE CODIGO Aparte de su aplicación directa como decodificadores de código, los decodificadores se pueden usar como conversores de código. Un conversor de código es un circuito que tiene por entrada una información binaria codificada en un determinado código, y convierte dicha información a otro código diferente. Los conversores de código sencillos se suelen diseñar mediante un decodificador seguido de un codificador, pero hay excepciones. Una de estas excepciones es el circuito conversor de código BCD Natural a “código de siete segmentos”, código este capaz de hacer lucir correctamente a un display LED de siete segmentos. Este circuito recibe el nombre general de “Decodificador BCD a 7 segmentos”, y se encuentra normalmente integrado en una pastilla, siendo un componente de amplia utilización.

Display de siete segmentos

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Los displays de siete segmentos son elementos visualizadores para cifras numéricas, compuestos por siete segmentos luminosos, bien a base de diodos LED o bien mediante cristales líquidos. Los más utilizados son los basados en diodos LED, ya que son excitados fácilmente mediante tensiones continuas de tipo TTL (5 o 0 voltios). Existen a su vez dos tipos generales de displays tipo LED: “Anodo común” y “Cátodo común”. - Anodo común: los ánodos (terminales P) de los siete diodos LEDs están unidos a un mismo punto eléctrico conectado externamente a tensión positiva (+Vcc).

Conexión de diodos LED en configuración de Anodo Común

Cada cátodo independiente ha de ser excitado con una tensión baja para que el diodo esté en directo y el segmento correspondiente se ilumine. Por tanto se considera que este tipo de displays funcionan con lógica negativa de entrada, ya que se necesita un 0 lógico de entrada para hacer lucir el segmento. - Cátodo común: los siete cátodos (terminales N) están unidos y son conectados a una tensión baja (normalmente masa), para que cada ánodo independiente sea excitado con una tensión positiva que haga entrar en conducción al diodo y así luzca el segmento correspondiente. Funciona, por tanto, con lógica positiva de entrada, ya que necesita un 1 lógico para hacer lucir los diferentes segmentos.

Conexión de diodos LED en configuración de Cátodo Común

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Para ambos tipos de displays es necesario añadir una resistencia limitadora de corriente para cada uno de los segmentos, cuyo valor se obtiene en función de la corriente que se desea que circule por cada diodo LED en conducción (a mayor corriente, mayor luminosidad).

D0, ..., D3: código binario BCD de entrada Conexión entre un decodificador BCD a 7 segmentos y un display

También existen diferentes modalidades de decodificadores BCD a 7 segmentos en función de su comportamiento ante combinaciones binarias de entrada no pertenecientes al BCD Natural (del 10 al 15 en binario). En estos casos el decodificador puede hacer que el display permanezca apagado, o bien que represente los correspondientes caracteres hexadecimales (A, b, C, d, E, F); esto depende del tipo de decodificador utilizado.

Caracteres posibles de un display de siete segmentos

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La tabla de verdad de éste último decodificador para displays de cátodo común (lógica positiva de entrada) es la siguiente BCD

HEX

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

BINARIO C B 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1

A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

a 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1

CODIGO 7 SEGMENTOS b c d e f 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1

g 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1

Tabla de funcionamiento del conversor a siete segmentos

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CODIFICADORES Estos elementos realizan la función inversa de los decodificadores, es decir, poseen en general 2n entradas y “n” salidas de código en las que aparece codificado en binario puro el valor de la entrada que haya sido activada. Si no se activa ninguna entrada, la salida también permanece inactiva (número binario cero). Por ejemplo, un codificador con 8 (23) entradas tiene 3 salidas. Existen dos tipos principales de codificadores, en función de su comportamiento ante varias entradas activas simultáneamente: -

-

Codificadores sin prioridad: en este tipo sólo se puede activar una única entrada cada vez. Si se activan varias simultáneamente aparece en las salidas una mezcla de valores inoperantes de las combinaciones binarias correspondientes a las entradas activas, esta salida no tiene ninguna utilidad ya que es errónea. Codificadores con prioridad: en este tipo de codificadores se pueden activar varias entradas simultáneamente, codificándose a la salida el número binario correspondiente a la entrada de mayor valor decimal, sin tener en cuenta las demás; es decir, tienen prioridad las entradas de mayor valor.

El circuito básico de un codificador “8 a 3” sin prioridad, es el siguiente:

E0, ..., E7: entradas digitales. S0, S1, S2: código binario de salida. Codificador 8 a 3 sin prioridad

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La tabla de funcionamiento de un codificador 8 a 3 con prioridad es la siguiente:

I 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

E0 X 1 X X X X X X X 0

E1 X 1 X X X X X X 0 1

E2 X 1 X X X X X 0 1 1

E3 X 1 X X X X 0 1 1 1

E4 X 1 X X X 0 1 1 1 1

E5 X 1 X X 0 1 1 1 1 1

E6 X 1 X 0 1 1 1 1 1 1

E7 X 1 0 1 1 1 1 1 1 1

S2 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

S1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

S0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1

P1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

P0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1

Tabla de verdad de un codificador 8 a 3 con prioridad

E0, ..., E7: entradas digitales. S0, S1, S2: código binario de salida. P0, P1: controles de prioridad. Codificador 8 a 3 con prioridad.

Este codificador incluye una entrada de inhibición (I) activa con 1 lógico, y añade también un par de salidas especiales (P0 y P1) que funcionan del siguiente modo: -

P0 se activa con ‘0’ si todas las entradas de valor decimal están inactivas. P1 se activa con ‘0’ si existe alguna o varias entradas de valor decimal activas.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Aprovechando estas dos salidas se construyen codificadores superiores, mediante varios codificadores 8 a 3 con prioridad. Por ejemplo, un circuito codificador 16 a 4 con prioridad es el siguiente:

Codificador 16 a 4 mediante la conexión de dos codificadores 8 a 3

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MULTIPLEXORES Un multiplexor es un circuito que tiene 2n entradas de información (canales), una sola salida y un mecanismo de selección que determina cuál de las entradas es la que transfiere su información a la única salida. En resumen, se comporta como un conmutador de entrada múltiple y salida única, pero cuyo control no es mecánico, sino electrónico.

Esquema de la función de un multiplexor mediante conmutadores

Las entradas de información pueden ser señales de tipo digital o bien señales analógicas, distinguiendo así dos grandes grupos de circuitos multiplexores: digitales y analógicos. En ambos tipos el mecanismo de selección consta de otras “n” entradas digitales de control en las que se introduce un número binario puro, el correspondiente a la entrada de información seleccionada. En definitiva, este circuito de selección no es mas que un decodificador de “n” entradas en el que cada salida del decodificador permite o bloquea el paso de una de las entradas de información del multiplexor hacia la salida del multiplexor.

MULTIPLEXORES DIGITALES Los circuitos multiplexores digitales TTL más utilizados en la práctica están clasificados dependiendo del número de entradas de información. Estas entradas de información se denominan canales. Los más utilizados son los de dos canales los de cuatro canales, de ocho y de dieciséis.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MULTIPLEXOR DE DOS CANALES Este circuito tiene dos entradas de información o canales (E1 y E0), una única salida multiplexada (S) y una sola entrada de control o selección (C). Puede incorporar también una entrada de inhibición (I) para desactivar la salida. La tabla de verdad y diagrama de bloques del circuito completo son los siguientes: E0, E1: entradas. S: salida. I: inhibición. C: selector de canal

Multiplexor de dos canales.

I 1 0 0 0 0

C X 0 0 1 1

E0 X 0 1 X X

E1 X X X 0 1

S 0 0 1 0 1

Tabla de funcionamiento de un multiplexor de dos canales

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Circuito interno de un multiplexor de dos canales

En la práctica se encuentran cuatro de estos multiplexores elementales de dos canales en un solo integrado (74157, 74158, ...), formando un bloque denominado cuádruple multiplexor de dos canales, y cuya utilidad es la de seleccionar hacia la salida uno de entre los dos posibles canales de cuatro bits cada uno.

- E0.1, ..., E0.4: entradas del primer canal de 4 bits. - E1.1, ..., E1.4: entradas del segundo canal de 4 bits. - S1, ..., S4: salida binaria de 4 bits. - I: inhibición. - C: selector de canal. Cuádruple multiplexor de dos canales

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MULTIPLEXOR DE CUATRO CANALES Tiene cuatro entradas de información, una única salida, dos entradas de control para selección y una posible entrada de inhibición. El circuito de control actúa como un decodificador 2 a 4. En la práctica se suelen encontrar integrados que contienen dos de estos multiplexores (74153, 4052, ...), normalmente con las entradas de control e inhibición compartidas, lo cual permite multiplexar entre cuatro “buses” de dos bits cada uno. Este bloque se llama doble multiplexor de cuatro canales.

Doble multiplexor de cuatro canales

MULTIPLEXOR DE OCHO CANALES Realiza la misma función que los anteriores, pero con un “bus” de entrada de ocho bits

Multiplexor de ocho canales

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MULTIPLEXOR DE DIECISEIS CANALES Es el mismo multiplexor que el de ocho canales, pero que tiene ampliada su entrada a dieciseis canales.

Multiplexor de dieciséis canales

Mediante este multiplexor se obtienen multiplexores superiores. Por ejemplo, un multiplexor de treinta y dos canales se consigue mediante dos multiplexores de dieciséis canales y alguna circuitería adicional.

Multiplexor de 32 canales mediante la conexión de dos multiplexores de 16 canales

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MULTIPLEXORES ANALÓGICOS Son circuitos CMOS (no TTL) que permiten seleccionar una de las 2n posibles entradas analógicas de información para hacerla llegar a la única salida analógica. El mecanismo de selección consta de “n” entradas digitales en las que se codifica en binario el número de la entrada analógica seleccionada, y consiste en un decodificador de “n” entradas cuyas salidas abren o cierran un conjunto de 2n “interruptores bidireccionales analógicos” CMOS, uno para cada canal de entrada. Por ejemplo, el esquema interno correspondiente a un multiplexor analógico de cuatro canales es el siguiente:

E0, ..., E3: entradas analógicas. S: salida analógica. C0, C1: selector digital de canal. Esquema interno de un multiplexor analógico de cuatro canales

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MANUAL DE ELECTRÓNICA El interruptor bidireccional es un componente que no existe en la familia TTL, y que se comporta igual que un interruptor que conduce o no según que su entrada de control (C) sea de nivel de tensión alto o bajo, respectivamente (interruptor activo con C = 1).

E: entrada. S: salida. C: control de apertura. Símbolo electrónico de un interruptor bidireccional analógico.

En conducción, este dispositivo presenta baja impedancia con una resistencia comprendida entre 50 y 200 ohmios (se considera un cortocircuito), mientras que en corte presenta alta impedancia con una resistencia que alcanza varios Megaohmios (se considera un circuito abierto). Las tensiones analógicas que puede manejar en sus entradas pueden ser de hasta +7,5 voltios normalmente. Existen multiplexores analógicos de cuatro canales, de ocho y de dieciseis, de igual forma que con los multiplexores digitales.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DEMULTIPLEXORES Realizan la función inversa de un multiplexor, es decir, se comportan como conmutadores de entrada única y salida múltiple, existiendo un mecanismo de control que selecciona la salida hacia la que se envía la información de entrada. Por tanto, un demultiplexor tendrá en general una entrada de información (que puede ser digital o analógica), 2n salidas y “n” entradas de control en las que se introduce el número binario correspondiente a la salida seleccionada. La tabla de verdad y circuito interno correspondiente a un típico demultiplexor digital de cuatro canales son los siguientes: E 0 0 0 0 1 1 1 1

C1 0 0 1 1 0 0 1 1

C0 0 1 0 1 0 1 0 1

S0 0 0 0 0 1 0 0 0

S1 0 0 0 0 0 1 0 0

S2 0 0 0 0 0 0 1 0

S3 0 0 0 0 0 0 0 1

Tabla de funcionamiento de un demultiplexor de cuatro canales

E: entrada digital. S0, ..., S3: salidas. I: inhibición. C0, C1: selectores de canal.

Demultiplexor de cuatro canales

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MANUAL DE ELECTRÓNICA En la práctica este circuito no existe como demultiplexor propiamente dicho, ya que equivale a un decodificador 2 a 4 con lógica positiva de salida y una entrada de inhibición (activa con 0) por la que se introduce la información de entrada.

Decodificador 2 a 4

Es por esta razón por la que no son frecuentes los circuitos integrados demultiplexores digitales como tales, sino que existen circuitos decodificadores-demultiplexores, que son decodificadores con una entrada especial de inhibición por la que se introduce la información a demultiplexar. De este modo, se pueden encontrar demultiplexores digitales de cuatro canales, de ocho y de dieciséis, y mediante estos últimos construir demultiplexores mayores. Los demultiplexores analógicos son normalmente los mismos circuitos multiplexores analógicos explicados anteriormente (suelen presentarse en forma de multiplexores/demultiplexores analógicos). Esto es debido al carácter bidireccional de los interruptores analógicos CMOS.

Esquema interno de un demultiplexor analógico de cuatro canales

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MANUAL DE ELECTRÓNICA COMPARADORES Un comparador de “n” bits es un circuito combinacional que tiene por entradas dos números binarios de “n” bits cada uno (A y B), determinando a su salida si uno es menor, mayor o igual que el otro. Para ello dispone de tres salidas típicas: A B, A = B y A B. En TTL existen comparadores de cuatro y cinco bits, si bien mediante varios de éstos se pueden construir comparadores mayores. Un típico circuito comparador de cuatro bits es el integrado 7485, que se fabrica con tres entradas adicionales de control (C , C=, C ), además de las ocho entradas correspondientes a los dos números binarios A y B de cuatro bits cada uno.

Comparador de cuatro bits.

A0, ..., A3: dato A de 4 bits. B0, ..., B3: dato B de 4 bits.

C , C=, C : señales de control. A B, A=B, A B: salidas resultado de comparación.

Dichas entradas de control actúan sobre las tres salidas del comparador sólo en caso de igualdad (A = B) entre los dos números de entrada, activándose cualquiera de ellas (no necesariamente la de A = B) en función de cuál sea la entrada de control activada (C , C = , C ). La tabla adjunta muestra el funcionamiento de este integrado.

AyB A>B A X X 0 1 0 0 1

C= X X 0 1 0 1 0

C< X X 0 1 1 0 0

A>B 1 0 0 0 0 0 1

A=B 0 0 1 1 0 1 0

A - (R / R1) x V1 Para V2 => - (R / R2) x V2 En la salida se suman todas las señales de entrada amplificadas e invertidas: Vs = - R x (V1 / R1 + V2 / R2 + ... + Vn / Rn)

Señales de entrada al sumador

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Señal de salida del sumador

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MANUAL DE ELECTRÓNICA INTEGRADOR

Circuito integrador

El integrador es un circuito que ejecuta una operación matemática llamada integración. La aplicación más popular de un integrador es la destinada a producir una rampa de tensión, la cual incrementa o decrementa la tensión linealmente. Esto hace que al integrar una onda cuadrada se consiga una onda triangular.

Señales de entrada y salida en un integrador

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DIFERENCIADOR

Circuito diferenciador

Un diferenciador es un circuito que ejecuta una operación llamada en matemáticas derivada. Esta operación es la contraria a la de integración, es decir, realiza el proceso inverso; produce una tensión de salida proporcional a la variación de la tensión de entrada respecto al tiempo. Aplicaciones comunes de un diferenciador son producir una salida rectangular a partir de una rampa de entrada (operación inversa a la realizada por el integrador) o detectar los flancos de subida y bajada de un pulso rectangular.

Señales de entrada y salida en un diferenciador

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CONVERTIDOR CORRIENTE / TENSIÓN

Circuito convertidor corriente/tensión

Este circuito transforma una señal de intensidad, aplicada a la entrada, en una señal de tensión (proporcionada a la salida). El valor de tensión a la salida depende del valor de la resistencia y del valor de la corriente en la entrada:

Señales de entrada y salida en un convertidor corriente/tensión

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CONVERTIDOR TENSIÓN / CORRIENTE

Circuito convertidor tensión/corriente

Este circuito realiza la función contraria al convertidor corriente / tensión, es decir, convierte una señal de tensión en una señal de intensidad. El valor de la intensidad de la salida depende de los valores de la resistencia del circuito de realimentación y de la tensión de entrada: Is = E / R

Señales de entrada y salida en un convertidor tensión/corriente

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DIFERENCIAL

Circuito diferencial

Un circuito diferencial resta dos señales de entrada y amplifica el resultado. El factor de amplificación (ganancia de tensión) depende del valor de las resistencias. Siempre resta la señal de tensión de entrada del terminal no inversor (positivo) menos la tensión de entrada del terminal inversor (negativo): Vs = R2 / R1 x (V2 - V1)

Señales de entrada al diferencial

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Señal de salida del diferencial

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SEGUIDOR

Circuito seguidor

Este circuito proporciona a la salida la misma señal de tensión que existe a la entrada: Vs = Ve. Los seguidores se utilizan como protección para aislar etapas diferentes de un circuito. Por ejemplo, la señal de salida de una etapa ataca a la entrada de otra etapa distinta; la forma de separar la salida de la entrada (aunque en realidad se trate de la misma señal de tensión) es mediante un seguidor, de esta forma se consigue protección ante posibles interferencias y las dos etapas están completamente diferenciadas. El diagrama de bloques de un proceso de aislamiento y protección de dos etapas es el siguiente:

Diagrama de bloques del proceso de aislamiento mediante un seguidor

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MANUAL DE ELECTRÓNICA OPERACIONALES CON REALIMENTACIÓN POSITIVA Los operacionales realimentados positivamente realizan la comparación de dos valores de tensión por lo que se llaman comparadores. Cuando la tensión de la entrada no inversora es mayor que la de la entrada inversora, el comparador produce una tensión de salida de nivel alto. Cuando la tensión de la entrada no inversora es menor que la de la entrada inversora, el comparador produce una tensión de salida de nivel bajo. Los valores de tensión alto y bajo proporcionados a la salida dependen del valor de la alimentación del operacional; por ejemplo, si el operacional se alimenta por sus dos terminales de alimentación con +Vcc uno y con -Vcc el otro (alimentación simétrica), el nivel alto de tensión a la salida es de valor +Vcc, y el nivel bajo es -Vcc. Otra forma de alimentar el operacional, denominada asimétrica, es alimentarlo con +Vcc y masa (cero voltios), con lo que el nivel alto de tensión a la salida es +Vcc, pero el nivel bajo de tensión a la salida es 0 voltios. Por lo tanto, la tensión de la entrada no inversora es mayor que la tensión de la entrada inversora cuando la tensión de salida del comparador está a nivel alto y no lo es cuando la tensión de salida está a nivel bajo.

Esquema de un operacional con realimentación positiva

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MANUAL DE ELECTRÓNICA COMPARADOR NO INVERSOR

Circuito comparador no inversor

Este circuito compara un valor de tensión de entrada con el valor cero voltios (terminal inversor conectado a masa). El valor de la tensión de salida vale +Vcc si la tensión de entrada (Ve) es mayor que cero, y vale -Vcc si el valor de Ve es menor que cero voltios. Este comportamiento se referencia en una curva que se llama función de transferencia del comparador y que relaciona la tensión de entrada con la tensión de salida:

Función de transferencia de un comparador no inversor

Para poder comparar una tensión con un valor de tensión (Vref) distinto de cero, se coloca una pila del valor a comparar en el terminal inversor, en vez de conectarlo a masa.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Circuito comparador no inversor con tensión de referencia

La función de transferencia varía el valor de comparación, por lo que desplaza el eje vertical de la curva. Al valor de tensión sobre el que se compara se le denomina punto de conmutación, ya que es el punto en el que conmuta el valor de la tensión de salida del comparador.

Función de transferencia de un comparador no inversor con tensión de referencia

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MANUAL DE ELECTRÓNICA COMPARADOR INVERSOR

Circuito comparador inversor

Este circuito compara el valor cero voltios con un valor de tensión de entrada (terminal no inversor conectado a masa). El valor de la tensión de salida vale +Vcc si la tensión de entrada (Ve) es menor que cero, y vale -Vcc si el valor de Ve es mayor que cero voltios. Este comportamiento es el inverso al del comparador no inversor, y también se referencia mediante su función de transferencia:

Función de transferencia de un comparador inversor

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Para poder comparar una tensión (Vref) distinta de cero con la tensión de entrada (conectada al terminal inversor), se coloca una pila del valor a comparar en el terminal no inversor, en vez de conectarlo a masa.

Circuito comparador inversor con tensión de referencia

La función de transferencia varía el punto de conmutación (desplaza su tramo vertical) hacia la izquierda o hacia la derecha, dependiendo de si el valor de Vref es negativo o positivo, respectivamente.

Función de transferencia de un comparador inversor con tensión de referencia

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MANUAL DE ELECTRÓNICA BASCULA NO INVERSORA

Circuito de báscula de Schmitt no inversora

Este circuito comparador se llama báscula Schmitt no inversora. Las básculas Schmitt son comparadores normales pero que al estar realimentados positivamente consiguen tener dos puntos de conmutación, uno superior y otro inferior. Su función de transferencia es la siguiente:

Función de transferencia de una báscula Schmitt no inversora

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Este circuito conmuta (cambia el valor de la tensión de salida) en dos puntos: V1 y V2. Estos valores de tensión dependen del valor de las resistencias del lazo de realimentación positiva, y del valor de la tensión de salida; si la báscula está alimentada entre +Vcc y -Vcc, los valores de la tensión de salida son +Vcc (nivel alto) y -Vcc (nivel bajo): V1 = - (R1 / R2) x Vcc V2 = (R1 / R2) x Vcc Las básculas Schmitt son llamadas también comparadores con histéresis. La histéresis, o tensión de histéresis, es el valor de tensión que existe entre los dos puntos de conmutación (V1, V2); es decir, es la diferencia entre los dos valores de tensión que marca la anchura de la función de transferencia de la báscula: H = V2 - V1 Pero como los dos valores son iguales aunque de signo contrario, el valor de la histéresis será siempre el doble de uno de los dos valores de los puntos de conmutación: H = 2 x V2

Histéresis de una báscula Schmitt no inversora

El funcionamiento de este circuito es similar al de un comparador normal, pero con dos puntos de conmutación que influyen dependiendo del valor de tensión de entrada del que se proceda. La conmutación en la tensión de salida viene marcada por los sentidos de las flechas dibujadas sobre la función de transferencia de la báscula Schmitt. Si la tensión de entrada (Ve) es mayor que V2 y se empieza a decrecer, no conmuta hasta que llega a ser igual que V1, momento en el que la salida pasa de valer +Vcc a valer - Vcc.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Conmutación de +Vcc a -Vcc en una báscula no inversora

Por el contrario, cuando la tensión de entrada es menor que V1, al aumentar su valor no conmuta la salida hasta que esta tensión de entrada no llega al valor del punto de conmutación V2, momento en el que la tensión de salida pasa de valer -Vcc a valer +Vcc.

Conmutación de -Vcc a +Vcc en una báscula no inversora

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MANUAL DE ELECTRÓNICA BASCULA INVERSORA

Circuito de báscula de Schmitt inversora

Este circuito comparador se llama báscula Schmitt inversora. Su función de transferencia es la siguiente:

Función de transferencia de una báscula Schmitt inversora

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Este circuito también conmuta el valor de la tensión de salida en dos puntos: V1 y V2, pero de forma inversa a como lo hace la báscula no inversora. Estos valores de tensión dependen del valor de las resistencias del lazo de realimentación positiva, y del valor de la tensión de salida; si la báscula está alimentada entre +Vcc y -Vcc, los valores de la tensión de salida son +Vcc (nivel alto) y -Vcc (nivel bajo): V1 = - (R1 / R1 + R2) x Vcc V2 = (R1 / R1 + R2) x Vcc La tensión de histéresis de esta báscula vale también: H = V2 - V1 H = 2 x V2

Histéresis de una báscula Schmitt inversora

El funcionamiento de este circuito es similar al de la báscula no inversora, pero cambiando el sentido de conmutación en la función de transferencia. La conmutación en la tensión de salida viene marcada por los sentidos de las flechas dibujadas sobre la función de transferencia de la báscula Schmitt inversora. Si la tensión de entrada (Ve) es mayor que V2 y se empieza a decrecer, no conmuta hasta que llega a ser igual que V1, momento en el que la salida pasa de valer -Vcc a valer +Vcc (al contrario que en la báscula no inversora).

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Conmutación de -Vcc a +Vcc en una báscula inversora

Por el contrario, cuando la tensión de entrada es menor que V1, al aumentar su valor no conmuta la salida hasta que esta tensión de entrada no llega al valor del punto de conmutación V2, momento en el que la tensión de salida pasa de valer +Vcc a valer -Vcc.

Conmutación de +Vcc a -Vcc en una báscula inversora

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Tanto en la báscula inversora como en la no inversora, para cambiar los puntos de conmutación y por lo tanto cambiar la histéresis de la báscula, hay que modificar los valores de las resistencias del lazo de realimentación positiva. Para modificar el eje central del rectángulo que representa la función de transferencia de las básculas, es decir, el punto medio del segmento formado por la histéresis (punto medio entre V1 y V2), simplemente hay que conectar una pila de tensión de valor Vref en el terminal que está conectado a masa. Por ejemplo, en una báscula no inversora se modifica el punto central de la histéresis a un valor Vref con el circuito siguiente:

Circuito de báscula no inversora con tensión de referencia

Con lo que su función de transferencia es ahora:

Función de transferencia de una báscula no inversora con tensión de referencia.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MÓDULOS COMERCIALES Los códigos de numeración de los operacionales más utilizados son:

LF351 LF353 LF355 LF356 LF13741

LM10C LM11C LM301C LM307 LM308

LM318 LM324 LM348 LM358 LM709

LM741C LM747C LM748 LM1458 LM4250

NE531

TL071 TL072 TL074 TL082 TL084

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MANUAL DE ELECTRÓNICA TEMPORIZADOR ANALÓGICO-DIGITAL (LM555) El generador de base de tiempo o temporizador 555 es un integrado que combina en su interior un oscilador, dos comparadores, un biestable RS y un transistor bipolar. Este circuito interno permite diversas aplicaciones, pero fundamentalmente se utiliza para generar señales de tensión cuadradas.

TERMINALES DEL TEMPORIZADOR 555 El esquema del circuito integrado de este temporizador es el siguiente:

Terminales del temporizador 555

Sus ocho terminales son los siguientes: -

GND (1): este terminal es la conexión a masa del integrado. Disparo (2): es el terminal por el que se excita al temporizador, cuando necesita una tensión de disparo. Este terminal funciona con lógica negativa de entrada, es decir, es activo a nivel bajo. Salida (3): por este terminal se proporciona la tensión de salida (también se llama Q). Reset (4): al activar este terminal se resetea el temporizador con lo que se inicia de nuevo desde el principio el proceso que se esté realizando. Se activa a nivel bajo de tensión porque funciona con lógica negativa de entrada. Control (5): es un terminal de control. A este terminal, normalmente, se conecta un condensador de valor 0,01 mF (microfaradios). Umbral (6): este terminal determina la tensión de referencia a comparar de uno de los comparadores internos del temporizador. Descarga (7): este terminal es el colector del transistor bipolar interno del temporizador, se le denomina así porque permite la descarga de un condensador que se conecta a él. Alimentación (8): es el terminal por el que se alimenta con tensión (+Vcc) al temporizador 555.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA FUNCIONAMIENTO COMO MONOESTABLE El término monoestable significa que es un proceso en el que se dan dos estados (de tensión): uno estable y otro inestable (también llamado metaestable). Un estado estable es aquel en el que la señal permanece inalterable indefinidamente; mientras que un estado inestable o metaestable es aquel en el que, por ser inestable, la tensión tiende a cambiar pasado un cierto tiempo.

Gráfico del primer estado estable

Por ejemplo, la bola de color azul se encuentra en un estado estable, porque si no se modifica su situación desde el exterior (empujándola), por sí misma no se mueve de la posición en la que está (posición estable).

Gráfico del estado inestable

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Pero si se empuja la bola hacia el interior del hoyo, se le fuerza a pasar a un estado inestable (bola en color rojo) porque se encuentra en una pendiente (zona inestable) y no puede permanecer quieta. La bola no permanece indefinidamente en el estado inestable, sino que busca el estado estable; por eso está un tiempo oscilando entre las dos pendientes, hasta que se para justo en la base del hoyo.

Gráfico del segundo estado estable

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Una vez que se ha parado en el fondo del hoyo, permanece quieta indefinidamente (bola de color verde) hasta que una fuerza exterior modifique su estado, por eso esta situación es también un estado estable. En electrónica sucede lo mismo con las tensiones de los circuitos multivibradores monoestables conocidos coloquialmente como monoestables. En el estado estable, la tensión de salida permanece constante durante un tiempo indefinido, hasta que desde el exterior se obliga a cambiar al circuito a un estado inestable (mediante un pico de tensión en la patilla de disparo); al cambiar al estado inestable, la tensión de salida cambia a otro valor y permanece en él durante un tiempo fijo (tiempo metaestable) y pasado este tiempo, la señal de salida vuelve a su valor estable por sí sola, hasta que se vuelva a efectuar un nuevo disparo de tensión.

Conexión de un temporizador 555 como monoestable

En este circuito el temporizador 555 funciona como un monoestable. La salida permanece con un valor de tensión constante de cero voltios (estado estable) hasta que se excita al temporizador por el terminal de disparo (2); en ese momento la tensión de salida pasa a valer +Vcc durante un periodo de tiempo determinado por el valor de la resistencia y del condensador conectado al terminal de umbral (6), y pasado ese tiempo, la tensión de salida vuelve a su estado estable, es decir, a valer cero voltios.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La salida permanece en este estado hasta que se vuelva a realizar un disparo de tensión s o b r e e l t e r m i n a l 2 , t a l y c o m o m u e s t ra e l c r o n o g ra m a s i g u i e n t e :

Cronograma de funcionamiento del circuito monoestable

La tensión de disparo tiene que ser menor que 1/3 de Vcc para que el temporizador 555 conmute de estado. Los cambios de estado se consiguen mediante la carga y descarga del condensador conectado al terminal de umbral.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA FUNCIONAMIENTO COMO AESTABLE El término aestable significa que es un proceso en el que se dan dos estados inestables (metaestables). En este proceso el valor de tensión varía por sí solo entre dos valores (dos estados) intermitentemente, ya que los dos valores son estados inestables.

Conexión de un temporizador 555 como aestable

En este circuito, la tensión de salida conmuta indefinidamente entre los valores de +Vcc y masa. Cuando la salida vale +Vcc, se mantiene en este valor un tiempo determinado definido por los valores del condensador (C) y las dos resistencias (Ra, Rb); pero al tratarse de un estado metaestable, el circuito conmuta automáticamente buscando un estado estable. Al conmutar, la salida pasa a valer cero, y se mantiene en este valor un tiempo determinado e igual al tiempo en que se mantiene a valor +Vcc (porque los valores del condensador y las resistencias no varían); pero terminado este tiempo, como se trata de un estado inestable, el circuito conmuta buscando otro estado, y la salida pasa a valer +Vcc, repitiéndose indefinidamente el proceso.

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Cronograma de funcionamiento del circuito aestable.

En este circuito la salida conmuta indefinidamente sin necesidad de un disparo de tensión exterior, ya que los dos estados posibles son inestables y conmutan entre ellos automáticamente, buscando un posible estado estable que no existe.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA PUENTE DE WHEATSTONE La función básica de un puente es la de acondicionar la señal procedente de sensores que varían su resistencia respecto de una magnitud a medir. Transforma la variación de resistencia del sensor en valores de tensión o de corriente. Por ejemplo, una galga extensiométrica, utilizada para medir la presión ejercida sobre una determinada superficie, varía su resistencia eléctrica dependiendo del grado de presión a la que se vea sometida.

Diagrama de bloques de un sistema de tratamiento de señales analógicas

Todo sistema de instrumentación, orientado a la obtención de medidas referentes a sensores, tiene varios bloques de tratamiento de la información analógica proporcionada por el sensor. Estos bloques normalmente son: bloque sensor, bloque acondicionador y bloque amplificador. A la salida del bloque amplificador la señal de salida está preparada para ser convertida a información digital. La mayoría de los sensores más utilizados se basan en la variación de resistencia con la magnitud a medir.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA TERMINALES Y CONEXIÓN DEL PUENTE DE WHEATSTONE Un puente de Wheatstone está constituido por cuatro terminales: dos de alimentación del puente y otros dos desde los que se toma la señal de salida que ataca al circuito acondicionador.

Terminales de un Puente de Wheatstone

Las resistencias realmente no tienen un valor constante de x Ohmios, tienen un valor inicial denominado R0 y un valor añadido que depende de la magnitud. Para evitar errores en la medida, se crea un circuito específico denominado Puente de Wheatstone que consigue que el error en la medida sea lo menor posible. RX = R0 (1 + X) Rx = valor resistivo total R0 = resistencia inicial del sensor X = factor corrector de resistencia

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Puente de Wheatstone con sensor resistivo real (Rx)

El puente está diseñado para colocar tres resistencias y el sensor en una posición específica. Tiene dos terminales de alimentación (Vcc y masa) que generan una circulación de corriente por el puente; y otros dos terminales de salida denominados A y B, por donde se toma la medida de la variación de tensión.

Operando matemáticamente se llega a la siguiente ecuación: Vs = ((Vcc x K) / (K + 1)2 ) · X Vs = tensión de salida K = R2 / R0 = R1 / R4 X= valor de variación de la resistencia inicial R0 respecto de la magnitud a medir

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Tomando como elemento sensor una galga extensiométrica, su ecuación de comportamiento relaciona la magnitud resistiva con la magnitud de presión.

Gráfico de una galga extensiométrica (sensor de presión)

Al aplicar una fuerza en sentido longitudinal al material soporte de la galga, éste se encoge longitudinalmente y se estira transversalmente, deformándose la galga y provocando una variación de resistencia. La ecuación de comportamiento de cada galga es una ecuación física de la forma: Rg = R0

x

( 1 + (K1x E)

Rg = resistencia de la galga R0 = resistencia inicial de la galga sin deformaciones K1 = constante que depende del material soporte E = deformación lineal de la galga El valor de variación de resistencia es el producto de una constante K1 por un factor El que depende del grado de deformación del material soporte. Acondicionar la señal de una galga extensiométrica, implica colocar la galga dentro de un Puente de Wheatstone para obtener a la salida la deformación del material soporte, expresada en voltios, entre los terminales A y B.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACIÓN Los amplificadores de instrumentación son amplificadores construidos a base de amplificadores operacionales que suelen colocarse en la salida de un Puente de Wheatstone para amplificar la tensión entre los terminales A y B del puente, y referir el valor de tensión a masa (cero voltios). Tienen la ventaja de regular la ganancia de tensión por medio de una resistencia variable de ajuste.

TERMINALES Y CONEXIÓN DE UN AMP. DE INSTRUMENTACIÓN Este tipo de amplificador tiene ocho terminales: tres de alimentación, dos para la entrada de tensión diferencial, dos para regular la ganancia y uno de salida.

Símbolo electrónico y terminales de un amplificador de instrumentación

Va, Vb: terminales de entrada de la tensión diferencial del puente. RG1, RG2: terminales de conexión de la resistencia de ganancia. Vo: tensión de salida referida a masa. La ganancia en tensión, es decir, el factor Gv que amplifica la señal de entrada diferencial tomada entre los terminales Va y Vb del amplificador de instrumentación, viene fijada por una resistencia variable, externa al amplificador, conectada entre los terminales RG1 y RG2. El amplificador de instrumentación tiene tres terminales de alimentación: dos terminales para dar cobertura al amplificador sobre la tensión diferencial Va-Vb (+Vcc y -Vcc) y otro terminal para referir la tensión de salida Vo a masa (GND).

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Por lo tanto la tensión de salida Vo es igual: Vd = Va - Vb Vo = Gv x Vd Se denomina Vd a la tensión diferencial tomada entre los terminales de salida del Puente de Wheatstone. Esta tensión de salida suele ser amplificada por medio de un amplificador de instrumentación, tal y como muestra el siguiente gráfico:

Conexionado de un Amplificador de Instrumentación con un puente acondicionador

VA, VB: terminales de entrada de la tensión diferencial del puente RG1, RG2: terminales de conexión de la resistencia de ganancia Vo: tensión de salida referida a masa La tensión Vo, salida del amplificador, es igual a la tensión de salida del puente (Vs) por la ganancia de tensión del amplificador. Así, por ejemplo, para una tensión de salida diferencial del puente de 20 microvoltios, si la ganancia está regulada en un valor de 1000, en la salida del amplificador se obtiene un valor de tensión de 20 milivoltios referidos a masa. El motivo fundamental del uso de amplificadores de instrumentación es el de hacer apreciables las variaciones de tensión, del orden de microvoltios, que experimenta el sensor colocado en el puente.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SENSORES SENSOR INDUCTIVO El sensor para la detección del número de revoluciones y fase del motor es del tipo inductivo, y opera a través de la variación de campo magnético generado por el paso de los dientes de una polea dentada del cigüeñal.+

1: 2: 3: 4: 5: 3: 6: 7:

sensor nº revoluciones y fase arrollamiento imán permanente cableado sensor nº revoluciones y fase corona dentada polea del cigüeñal tornillo fijación sensor señal del sensor referencia de fase

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Los dientes que pasan delante del campo magnético producen variaciones del entrehierro entre polea y sensor; por lo tanto el flujo disperso, que varía en concordancia, induce en las espiras del sensor una tensión alternada de forma senoidal cuya amplitud depende de la velocidad angular de la rueda fónica, del entrehierro entre diente y sensor, de la forma de los dientes, de las características magnéticas del sensor y del sistema de soporte.

Señal de salida del sensor inductivo

Proceso de acondicionamiento de la señal

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Señal de salida del circuito acondicionador

La señal de salida, que varía entre 0.5 y 100 voltios en función del número de revoluciones, es acondicionada por la unidad central de tal manera que obtenga una señal a cada paso por cero, y una oscilación rectangular de amplitud constante. El intervalo entre el inicio de un diente y el siguiente es de 6º, a excepción de la indicación de referencia, realizada mediante la eliminación de dos de los sesenta dientes de la polea. El hueco originado por la falta de los dos dientes suministra a la unidad central un punto de referencia del cigüeñal, y cada diente sucesivo de la corona dentada, comunica a la unidad central un incremento de su posición angular. La variación debida al paso de los dientes y de las ranuras genera una frecuencia de señales analógicas, es decir, fuerzas electromotrices que se generan en el sensor cada 6º, que se envían al circuito de acondicionamiento presente en la centralita, y se utilizan para reconocer el número de revoluciones motor y el P.M.S.

Diagrama de bloques del circuito acondicionador

El circuito de acondicionamiento está formado por un recortador de dos niveles, o un comparador analógico, que fija el nivel de tensión de salida entre cero y cinco voltios, es decir, prepara la señal procedente del sensor inductivo en valores fácilmente tratables por sistemas digitales (centralita de control).

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SENSOR PIEZOELÉCTRICO El sensor piezoeléctrico de detonación está creado con el objetivo de evitar problemas de picado de cilindros en el motor. Con objeto de reducir el consumo y aumentar el par motor, se procura conseguir compresiones altas. Sin embargo, a medida que aumenta la compresión, aumenta también el riesgo de que se originen inflamaciones incontroladas de la mezcla combustibleaire. Como consecuencia de ello se tiene una combustión detonante. Las vibraciones de la cámara de combustión son detectadas por el sensor, reconocidas por un circuito analizador y conducidas al circuito de regulación. En este caso, el dispositivo de regulación desplaza el momento de encendido, en la dirección de retardo, hasta que se desciende nuevamente por debajo del límite de detonación. El sensor de detonación es de tipo piezoeléctrico montado sobre el bloque motor en posición simétrica respecto a las parejas de cilindros 1-2 y 3-4. Dicha posición está determinada por la necesidad de detectar el nacimiento de la detonación de forma análoga para todos los cilindros. Cuando el motor detona, se generan vibraciones del bloque con una determinada frecuencia: estas vibraciones son transformadas por el sensor en una señal de tensión que es enviada a la centralita.

Circuito de regulación de control de “picado”

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Este sensor consta de un disco de cerámica piezoeléctrica, fabricada con masa sísmica, que puede ser un cristal de cuarzo, en un encapsulado plástico; la masa sísmica transmite las deformaciones que le han sido provocadas mediante vibraciones. Además, se necesita un circuito de regulación de detonaciones, como unidad de regulación separada o integrada en una unidad de control. El principio de funcionamiento de este sensor se basa en la polarización eléctrica de las moléculas de un cristal de cuarzo. En estado de reposo las moléculas no poseen una orientación particular, tal y como muestra la figura siguiente:

Moléculas de cristal de cuarzo sin polarizar

Cuando el cristal está sometido a una presión o a un choque, éstas se orientan de forma tanto más marcada cuanto más elevada es la presión a la que está sometido el cristal.

Moléculas de cristal de cuarzo polarizadas

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Esta orientación produce una tensión en los terminales del cristal que es acondicionada por un circuito de regulación que prepara la señal para que pueda ser tratada por la unidad de control.

Bloque acondicionador del sensor de detonaciones

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MANUAL DE ELECTRÓNICA A partir de las señales emitidas por el sensor se filtra y analiza la señal de detonación característica. La unidad de control asigna al correspondiente cilindro las señales que pasan a través del convertidor

Señales con detonaciones

En el punto de máxima compresión se produce el fenómeno de la detonación, por lo que la señal analógica de salida del sensor presenta fuertes variaciones en su frecuencia y amplitud. Esta señal es tratada por el circuito acondicionador para adecuar la señal a los valores de tensión de trabajo del conversor analógico-digital, es decir, reduce proporcionalmente los picos máximos de variación en la amplitud y aumenta la anchura de los picos (filtro e integrador). El ADC convierte la tensión analógica a digital y compara cada valor con el valor medio de tensión de los ciclos precedentes de cada cilindro.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SENSOR EFECTO HALL El efecto Hall consiste en que si un semiconductor recorrido por una corriente eléctrica se coloca en un campo magnético perpendicular a una corriente, se genera una fuerza electromotriz en dirección perpendicular a la corriente y al campo magnético. La tensión de alimentación es constante, cinco voltios, y la tensión generada está unida al campo magnético que actúa sobre el semiconductor, por lo tanto las variaciones de campo magnético producen variaciones en la fuerza electromotriz resultante o tensión Hall.

1. Deflector. 2. Material magnético. 3. Entrehierro. Sensor Efecto Hall

La variación de campo magnético es provocada por un rotor con diafragmas que, alternativamente, obstaculizan o permiten el paso de flujo magnético. La señal de tensión generada por el sensor de efecto Hall, es elaborada por un circuito acondicionador para proporcionarle a la centralita una señal cuadrada que varíe en torno a valores digitales (cero o cinco voltios).

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MANUAL DE ELECTRÓNICA El circuito acondicionador de la señal procedente del sensor efecto Hall está formado por los siguientes elementos: -

Un filtro, formado por la resistencia R1 y el condensador C1, que elimina componentes de frecuencia indeseables y elimina ruido eléctrico. Un condensador (C2) que estabiliza y alisa en tensión la señal procedente del filtro. Un circuito integrado IC1 formado por un montaje Tipo Darlington con transistores bipolares.

Circuito acondicionador del sensor Efecto Hall

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Circuito interno del integrado IC1

La señal procedente del sensor, una vez alisada y filtrada convenientemente, ataca la base del primer transistor T1 del montaje Darlington. Cuando una ranura del rotor se sitúa perpendicular al sensor, se permite el paso de flujo magnético con lo que se genera una tensión eléctrica que provoca la saturación del transistor dos del montaje Darlington con lo que en la salida diferencial Va-Vb se tiene un valor de aproximadamente 0,4 voltios que es la tensión colector emisor de saturación de cada transistor. En el caso de tener una zona del rotor que impida el paso de corriente, el montaje no se polariza y por lo tanto se tiene en la salida diferencial una Va-Vb igual a cinco voltios.

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Señal de tensión de salida del circuito acondicionador

La señal de salida es una señal cuadrada que varía en torno a valores digitales de cero o cinco voltios. Normalmente esta señal cuadrada se conecta a un contador digital, que informa a la centralita constantemente del número de impulsos recibidos.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SONDA LAMBDA El sensor denominado Sonda Lambda está orientado a optimizar la mezcla combustibleaire respecto de la potencia requerida. La presencia en los gases de escape de elementos contaminantes, perjudiciales para la salud se debe reducir. Los sistemas de control para el encendido y la preparación de la mezcla pueden mejorar en cierta medida la composición de los gases de escape, pero sólo es posible lograr una reducción substancial de los elementos contaminantes emitidos utilizando catalizadores de gases de escape. Estos sólo funcionan eficazmente con gasolina sin plomo y siempre que la combustión se realice de la mejor forma posible. El sistema Lambda regula el caudal de combustible inyectado, de tal forma que la mezcla aire-combustible permita una combustión perfecta y completa. Para caracterizar la mezcla combustible-aire se ha elegido el coeficiente de aire (lambda): = volumen de aire aspirado / necesidad teórica de aire Los posibles valores de

son los siguientes:

= 1: el volumen de aire aspirado corresponde al caudal de aire teóricamente necesario. -

-

< 1: falta de aire o mezcla rica. > 1: exceso de aire o mezcla pobre.

La potencia, el consumo y la composición de los gases de escape de un motor de gasolina dependen esencialmente de la composición de la mezcla combustible-aire. La combustión completa, utilizando gasolina, tiene lugar con una proporción de mezcla de aproximadamente 14:1 (14 Kg. de aire por 1 Kg. de gasolina); esta situación implica que = 1. En el margen de valores de en torno a 1 se consiguen los valores más favorables de CO y de HC, siendo al mismo tiempo el consumo de combustible muy favorable.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Gráfica de composición de gases de escape

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La sonda Lambda está constituida por un cuerpo cerámico alojado en una carcasa que lo protege frente a efectos mecánicos indeseables. La parte exterior del cuerpo cerámico está en contacto con la corriente de gases de escape, estando la parte interior en contacto con el aire ambiente

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MANUAL DE ELECTRÓNICA El cuerpo está constituido por dióxido de circonio. Sus superficies llevan unos electrodos formados por una capa de platino de poco espesor permeable a los gases. En el lado expuesto a los gases de escape, la superficie va recubierta de una capa cerámica porosa que protege la superficie de los electrodos contra la suciedad debida a los residuos de la combustión que se encuentran en suspensión en los gases de escape. Mediante la sonda Lambda se puede medir el contenido de oxígeno de los gases de escape. La señal de la sonda es una medida de la composición de la mezcla.

Relación entre mezcla y tensión de la Sonda Lambda

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MANUAL DE ELECTRÓNICA El principio de funcionamiento de la sonda se basa en que el material cerámico utilizado se vuelve conductor para los iones de oxígeno a temperaturas superiores a 300ºC. Si el contenido de oxígeno no es igual a ambos lados de la sonda, entonces, debido a las propiedades características del material utilizado, se origina una curva de tensión con punto de inflexión y salto en el margen = 1.

Diagrama de impulsos para la regulación Lambda

El principio de funcionamiento eléctrico del circuito acondicionador de señal se basa en la utilización de comparadores analógicos. Para = 1 la tensión de salida de la sonda es de 400 mv. aproximadamente, este valor de tensión marca el límite entre mezcla rica y mezcla pobre, por lo que este valor es la tensión de referencia (Vref) del circuito acondicionador.

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Diagrama de bloques del circuito acondicionador

Si el valor de tensión de la sonda Lambda está por debajo de la tensión de referencia (Vref) la mezcla es pobre, en caso de que sea superior a Vref, aproximándose a 800 mv., la mezcla es rica. El circuito electrónico que cubre el acondicionamiento de señal es un amplificador de tensión seguido de un comparador inversor con tensión de referencia, alimentado entre 0 y 12 v. = 1, es decir, 400 mv El valor de Vref de comparación es el valor teórico para multiplicado por la ganancia del amplificador. Por ejemplo, si la ganancia de tensión (Gv) del amplificador es de 5, la tensión de referencia del comparador es de 2 voltios (400 mv x 5). Si la mezcla es rica, la tensión de salida del sensor es aproximadamente de 800 mv., al amplificarse con ganancia 5 se obtienen 4 voltios a la entrada del comparador. Al ser mayor que la tensión de referencia del comparador (4 v.), y tratarse de un comparador inversor, la salida es de 0 voltios (comparador alimentado entre 0 y 12 v.). Si la mezcla es pobre, el circuito acondicionador proporciona a su salida una tensión de 12 voltios.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA SENSOR DE PRESIÓN (GALGA EXTENSIOMETRICA) Los sensores de presión suelen fabricarse tomando como base elementos que varían su resistencia eléctrica con la deformación física; el más utilizado de estos elementos es la galga extensiométrica. En el automóvil pueden ir situados sobre elementos que soportan grandes presiones, con el fin de protección; o pueden ir situados sobre membranas, con el objetivo de calcular caudales de aire. La galga extensiométrica se compone de un hilo resistivo dispuesto en zig-zag sobre un material soporte, de manera que la deformación del material soporte se transmite a la galga, la cual se encoge o se estira variando su longitud, y por lo tanto su resistencia, ya que la resistencia varía según la ecuación: R = r x (L / S) R : resistencia eléctrica. r : resistividad característica del material. L : longitud del hilo. S : sección del hilo. Su ecuación de comportamiento relaciona la magnitud resistiva con la magnitud de presión.

Gráfico de una galga extensiométrica (sensor de presión)

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Al aplicar una fuerza en sentido longitudinal al material soporte de la galga, éste se encoge longitudinalmente y se estira transversalmente, deformándose la galga y provocando una variación de resistencia. La ecuación de comportamiento de cada galga es una ecuación física de la forma: Rg = R0 x (1 + (K1x El)). Rg = resistencia de la galga. R0 = resistencia inicial de la galga sin deformaciones. K1 = constante que depende del material soporte. E = deformación lineal de la galga. El valor de variación de resistencia es el producto de una constante K1 por un factor El que depende del grado de deformación del material soporte. Acondicionar la señal de una galga extensiométrica, implica colocar la galga dentro de un Puente de Wheatstone para obtener a la salida la deformación del material soporte, expresada en voltios, entre los terminales A y B.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA APLICACIONES DE INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA TERMÓMETRO DIGITAL Mediante un sensor de temperatura NTC se mide la temperatura en cualquier elemento. El valor de tensión proporcionado por el sensor es acondicionado, y convertido a digital mediante un conversor ADC. Este valor digital direcciona una memoria EPROM y los datos de salida de esta memoria son los correspondientes al valor en grados de la temperatura medida. Utilizando decodificadores y displays de siete segmentos se visualiza el valor de la temperatura.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA

Circuito electrónico del termómetro digital.

La NTC se acondiciona, dependiendo de la temperatura mínima y máxima que puede soportar, mediante un puente de Wheatstone. La señal diferencial medida por este puente es amplificada y acondicionada adecuadamente mediante un amplificador de instrumentación de ganancia de tensión Gv. La señal de tensión acondicionada se transforma mediante un conversor analógico/digital (ADC) en un código binario. Este código direcciona una memoria EPROM previamente programada. Esta memoria EPROM tiene de longitud de palabra 16 bits, cuatro para las unidades, cuatro para las decenas, cuatro para las centenas, tres para los millares y uno para el signo. Cada posición de memoria tiene 16 bits que conforman el valor de una determinada temperatura. Dependiendo del código de direccionamiento proporcionado por el ADC, la memoria vuelca sobre los displays el valor decimal de temperatura correspondiente. El código proporcionado por la memoria EPROM es decodificado por cifras para poder actuar sobre cada uno de los displays, de manera que se ilumine la cifra correspondiente. La memoria se direcciona mediante nueve bits, ocho son proporcionados por el ADC y el noveno bits se selecciona externamente por el usuario. Dependiendo del valor de este último bit, la memoria vuelca los datos del valor de la temperatura en grados Celsius o en grados Fahrenheit.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA AVISADOR LUMINOSO DE RESERVA DE COMBUSTIBLE Un aforador mide la cantidad de combustible presente en el depósito. El aforador está formado por un potenciómetro angular cuyo cursor se mueve mecánicamente con el nivel de combustible por medio de un flotador. Cuando el nivel de combustible está en la zona de reserva, se enciende un testigo luminoso.

Avisador luminoso de reserva de combustible

El aforador varía su tensión de salida dependiendo de la cantidad de combustible. Este valor medido por el aforador es comparado con un valor de tensión de referencia, calculado en laboratorio, que se corresponde con la cantidad de combustible que se toma como nivel de reserva. El valor de la tensión de referencia se aplica mediante un potenciómetro al terminal de referencia del comparador; el valor de tensión proporcionado por el aforador se aplica al otro terminal del comparador. Dependiendo de si el valor de tensión proporcionado por el aforador supera o no el valor de tensión de referencia, el comparador da a su salida un valor bajo (masa) o alto (Vcc) de tensión respectivamente, ya que el comparador es inversor. Si el valor es alto el diodo LED se ilumina.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CONTROL DE TEMPERATURA EN UN RECINTO El propósito de este tipo de control es mantener la temperatura de un recinto entre un valor máximo y mínimo constante. Este control actuaría sobre un actuador electromecánico que haría descender o ascender la temperatura para mantenerla dentro de su variación permitida; es decir, el circuito de control es el que avisa si la temperatura supera alguno de los valores límite de temperatura (máximo y mínimo).

Control de temperatura en un recinto

El sensor utilizado para medir la temperatura del recinto es el denominado LM35, este sensor proporciona una tensión diferencial (entre dos puntos) dependiendo de la temperatura que detecte. Las tensiones VA y VB proporcionadas por el sensor son restadas por medio del circuito diferencial, obteniendo a su salida una única tensión amplificada denominada VS1 referida a masa. Esta tensión se compara con un valor de tensión de referencia mediante una báscula Schmitt no inversora. El valor de tensión de referencia proporciona los valores de conmutación de la báscula, que se corresponden con la temperatura máxima y mínima permitida. Si se sobrepasa alguno de estos dos valores se enciende un indicador luminoso.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA MOTORES PASO A PASO El motor paso a paso, también llamado “Stepper motor”, es un dispositivo electromecánico cuyo eje gira en pasos angulares siguiendo unos impulsos eléctricos ordenados en número y velocidad. Las partes de que se compone son: un rotor, que puede ser un imán permanente, y un estator con arrollamientos o bobinados uniformemente distribuidos a lo largo de su superficie. El motor paso a paso gira un determinado ángulo cada vez que recibe un impulso eléctrico en una de sus bobinas. Este tipo de motores pueden considerarse motores digitales puesto que convierten información digital en movimientos mecánicos. Su uso es simple y presentan la ventaja de que al actuar en saltos de ángulo fijos, accionado directamente por los impulsos de control, se puede controlar en todo momento la posición del eje del motor. La difusión actual de los motores paso a paso está unida al desarrollo de microcontroladores cada vez más potentes y al hecho de ser controlables directamente por ordenadores.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO El principio de funcionamiento de un motor paso a paso se basa en la orientación de un imán permanente o un núcleo de hierro por la acción de un campo magnético (flujo magnético en el material ferromagnético del estator) producido por el paso de una corriente eléctrica.

Esquema interno de un motor paso a paso

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MANUAL DE ELECTRÓNICA La posición que toma el eje depende del número de bobinados existentes en el estator del motor y del número de polos del rotor. Si se alimentan en sucesión los arrollamientos o bobinados se crea un campo magnético giratorio que es seguido por el rotor. El sentido de la rotación lo marca el sentido de alimentación de los bobinados.

Estator de un motor paso a paso con cuatro bobinados.

Alimentando las bobinas según la secuencia A1-B1-A2-B2 se consigue que el eje del motor gire en sentido dextrógiro (a derechas) en pasos de 90º. Existen multitud de configuraciones posibles en la creación de motores paso a paso dependiendo del número de bobinas y del número de partes salientes del imán permanente. Los ángulos de paso estándar son los siguientes:

ÁNGULOS DE PASO 1,8º 3,75º 7,5º 15º

PASOS / VUELTA 200 96 48 24

Se puede realizar cualquier movimiento incremental siempre que sea múltiplo del ángulo de paso; por ejemplo: 6 pasos x 7,5 º/paso = 45º.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CONTROL DE MOTORES PASO A PASO En el control del movimiento del rotor de un motor paso a paso hay que tener en cuenta varios aspectos, entre los más importantes figuran: -

Formas de accionamiento (pilotaje). Circuitos de alimentación de las bobinas del estator (drivers). Circuitos secuenciadores.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA FORMAS DE ACCIONAMIENTO La forma de accionar o pilotar un motor paso a paso depende únicamente de la construcción y la disposición de los bobinados en el estator.

Bobinado con toma intermedia

A, B y C: terminales de alimentación. L, L1 y L2: valores de inducción de la bobina dependiendo de los terminales de conexión. Los bobinados pueden ser fabricados con una toma intermedia; dependiendo de cómo estén conectados los terminales de la bobina y la toma intermedia, se tienen las siguientes conexiones:

Alimentación de bobina por terminales A y B

Alimentación de bobina por terminales A y C

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Alimentación de bobina por terminales B y C

Si la alimentación de la bobina se realiza entre los terminales A y B la bobina resultante es una bobina de valor L. De la misma manera si la alimentación de la bobina se realiza entre A y C, la bobina resultante es una bobina de valor L1. Cuando la alimentación de la bobina se realiza entre B y C, la bobina tiene un valor de L2.

-N: norte magnético. -S: sur magnético. -P, Q, R y S: bobinados del estator. -S1 y S2: conmutadores. Accionamiento unipolar de un motor paso a paso con bobinados con toma intermedia

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MANUAL DE ELECTRÓNICA En motores paso a paso con bobinados provistos de toma intermedia, el pilotaje es denominado “unipolar”. Con bobinados en el estator sin toma intermedia el pilotaje es “bipolar”. En el caso de pilotaje unipolar el circuito de alimentación debe tener dos conmutadores que conecten las líneas de alimentación. El conmutador S1 conecta las líneas de alimentación al bobinado P o al bobinado Q, mientras que el conmutador S2 conecta las líneas de alimentación a los bobinados R o S. La toma intermedia de ambas bobinas, está conectada a uno de los bornes de la fuente (borne positivo). El sentido de la corriente está determinado por el terminal (A, B, C, D) al que se conecta el otro borne de la fuente, que es el borne negativo (borne -).

P y R: bobinados del estator. S1, S2, S3 y S4: conmutadores. Accionamiento bipolar de un motor paso a paso.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA En los motores de accionamiento bipolar las bobinas no tienen toma central. El cambio de polaridad en el campo magnético producido por las bobinas del estator se obtiene cambiando el sentido de la corriente que circula por ellas, mediante la conmutación de las líneas de alimentación. Por lo tanto, se necesitan cuatro conmutadores. Con este pilotaje se obtiene un incremento del par, pero el control electrónico de estos motores es más complejo que el control unipolar ya que a elevadas velocidades se producen sobrecalentamientos. Este tipo de pilotaje es poco utilizado por el elevado número de transistores (dos por cada conmutador) que se necesitan. Para que el rotor de un motor paso a paso gire de una manera gradual, es necesario que la secuencia de conmutación en las líneas de alimentación de las bobinas P, Q, R, S (control unipolar) o R, S (control bipolar) debe generar un movimiento del rotor que varíe en ángulos múltiplos del ángulo de paso estándard del motor. Las variaciones de ángulo dependiendo de la conmutación de las líneas de alimentación de las bobinas del estator, en el caso de bobinas con toma intermedia, se presenta en el siguiente gráfico:

Accionamiento unipolar con alimentación de un solo bobinado

Detalle del rotor con referencia del movimiento

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Secuencia de alimentación del estator

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MANUAL DE ELECTRÓNICA Alimentando únicamente uno de los bobinados (R, S, P, Q,) se crea un flujo electromagnético en la zona del estator en la cual va arrollada la bobina, por lo tanto hay dos zonas por las que circula flujo electromagnético que son: estator PQ y estator RS. El flujo electromagnético es creado por la circulación de corriente a lo largo del material ferromagnético de que está compuesto el estator. El sentido de la corriente orienta el sentido del flujo en la misma dirección. El flujo electromagnético crea en el estator dos polos magnéticos, uno positivo (norte), que va a atraer al polo negativo (sur) del imán permanente del rotor, y otro negativo que va a atraer al polo positivo del rotor. Las fuerzas magnéticas generadas en el rotor producen el movimiento en el eje del motor. Alimentando el bobinado P del estator PQ, debido al sentido de la corriente que circula por la bobina P, sólo existen dos polos magnéticos en el estator. El sentido del flujo marca la zona de polarización norte y la zona de polarización sur del estator. El imán permanente del rotor orienta su norte con la zona sur del estator, generando un movimiento en el eje adosado a él. El estudio para una bobina es aplicable a cualquiera de los bobinados restantes (Q, R, S) pero teniendo en cuenta el sentido de la corriente y del flujo, y cómo va a estar polarizado cada estator (PQ, RS).

Accionamiento unipolar con alimentación de dos bobinados

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Detalle del rotor y referencia del movimiento

Secuencia de alimentación simultánea del estator

Tomando como base la creación de polos en el estator alimentando un solo bobinado, el estudio en casos de alimentación de dos bobinados simultáneamente, tiene como diferencias el incremento del número de polos que actúan sobre el imán permanente del rotor. Por ejemplo, en el supuesto de alimentar el bobinado P del estator PQ y el bobinado R del estator RS, se crean cuatro polos (dos norte y dos sur), los polos norte de ambos estator atraen hacia sí el polo sur del rotor, esta atracción genera en el eje del motor un giro de un ángulo igual al número de grados por paso.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA DRIVERS Son circuitos situados entre el motor y el circuito secuenciador cuya función va a ser la de conmutar la alimentación de los bobinados del motor. Los drivers contienen conmutadores que van a ser transistores funcionando en zona de corte o zona de saturación para que su comportamiento sea equivalente a un interruptor.

FASE 2: bobinado 2 del estator. A1, A2, A3 y A4: líneas de control. RELOJ: generador de impulsos cuadrados Esquema interno del driver de un bobinado de un motor paso a paso .

Los drivers, actualmente, integran los transistores y resistencias necesarias para que, trabajando con valores digitales a su entrada, conmute la alimentación de los bobinados del motor paso a paso. El montaje interno más utilizado es el montaje Darlington de transistores bipolares.

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MANUAL DE ELECTRÓNICA CIRCUITOS SECUENCIADORES Estos circuitos generan las secuencias en la alimentación de los bobinados de un motor paso a paso. Los circuitos secuenciadores son los circuitos de control de los drivers. Normalmente están formados por un integrado generador de impulsos, como puede ser un oscilador LM555, cuya salida va conectada a la entrada UP/DOWN de un contador binario.

Diagrama de bloques de un sistema electrónico basado en motores paso a paso

La salida binaria del contador va conectada a un decodificador binario que hace que en el Driver del motor paso a paso conmuten determinados transistores y estos a su vez varíen las líneas de alimentación de los bobinados del motor. La función del oscilador puede ser realizada, en aplicaciones complejas, por un microcontrolador que genera los impulsos eléctricos que incrementan el estado del contador binario.

MÓDULOS COMERCIALES La siguiente tabla muestra los tipos de motores, características y fabricantes que se dedican a su comercialización, en el mercado industrial de los motores paso a paso: FABRICANTE AOUSTIN GROUZET SIEMENS MINIWATT

ALIMENTACIÓN (Voltios) 2,5 - 40 6 - 24 24 - 48 24 - 48

PASO (Grados) 0,72 - 15 7,5 - 18 15 7,5 - 15

INERCIA ROTOR (gr/m2) 120 a 1.500 5,6 - 18 N/D N/D

PAR (N·cm) 37,4 a 1907 1,1 a 8,6 2,5 a 30 2,5 a 30

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