Manual Electric Electro Ind v2.7

8/15/2019 Manual Electric Electro Ind v2.7

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Electricidad yElectrónicaIndustrial

Manual

Ingº Luis Alvarado Cáceres


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Esta edición se terminó de imprimir en Huaraz, Ancash, Perú

Enero 2015

Publicado por:

Ing° Luis Alvarado Cáceres

Escuela Profesional de Ingeniería Industrial

Departamento Académico de Ciencia y Tecnología de Alimentos

Facultad de Ingeniería de Industrias Alimentarias

UNASAM


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Contenido

Capítulo 1 ........................................................................................................ 1

INSTRUMENTACIÓN ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA ................................. 1

Capítulo 2 ...................................................................................................... 25

CIRCUITOS Y MEDICIONES ELÉCTRICAS ............................................... 25

Capítulo 3 ...................................................................................................... 37CIRCUITOS ELECTRÓNICOS, SEMICONDUCTORES .............................. 37

Capítulo 4 ...................................................................................................... 51

TEMPORIZADOR ......................................................................................... 51

Capítulo 5 ...................................................................................................... 61

PUERTAS LÓGICAS ..................................................................................... 61

Capítulo 6 ...................................................................................................... 73

FLIP FLOP .................................................................................................... 73

Capítulo 7 ...................................................................................................... 79

REGISTROS .................................................................................................. 79

Capítulo 8 ...................................................................................................... 89

ELECTRÓNICA DE POTENCIA .................................................................. 89

Capítulo 9 ...................................................................................................... 97

MÁQUINAS ELÉCTRICAS ........................................................................... 97 Bibliografía.................................................................................................. 101


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RESUMEN

El manual del curso de Electricidad y Electrónica Industrial contiene nuevecapítulos, que permitirán al estudiante universitario conocer, identificar,analizar y reforzar sus conocimientos en Ingeniería Industrial.

En el capítulo 1 “instrumentación eléctrica y electrónica”, introduce alestudiante a conocer y familiarizarse con la instrumentación, equipos y

herramientas.

En el capítulo 2 “circuitos y mediciones eléctricas”, introduce al estudiantea aplicar los conocimientos de circuitos eléctricos, familiarizarse con lasinstalaciones eléctricas, realizar mediciones de los parámetros eléctricos.

En el capítulo 3 “circuitos electrónicos, semiconductores”, introduce alestudiante aplicar los conocimientos de circuitos electrónicos, familiarizarsecon los dispositivos y componentes electrónicos.

En el capítulo 4 “temporizador”, intr oduce al estudiante a realizar generador de señales.

En el capítulo 5 “puertas lógicas”, introduce al estudiante a aplicar losconocimientos de puertas lógicas, familiarizarse con los circuitos integrados.

En el capítulo 6 “flip flop”, introduce al estudiante aplicar los conocimientosde los flip flop, familiarizarse con el uso de los flip flop.

En el capítulo 7 “registros”, intr oduce al estudiante realizar registros a partir de flip flop.

En el capítulo 8 “electrónica de potencia”, introduce al estudiante diseñarelectrónica de potencia.

En el capít ulo 9 “máquinas eléctricas”, introduce al estudiante diseñarcontrol de máquinas eléctricas.

El autor


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ESCUELA PROFESIONALINGENIERÍA I NDUSTRIAL

MANUAL DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA I NDUSTRIALCódigo 02-V7

Currículo: 2

Créditos: 3Horas Teoría: 2

Horas de Práctica: 2


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[ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA INDUSTRIAL] Cód. 02-V7

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Capítulo 1

INSTRUMENTACIÓN ELÉCTRICA YELECTRÓNI CA

Instrumentación

La instrumentación trata los sistemas integrados cuya finalidad es medirmagnitudes físicas de un sistema externo, elaborar la informaciónasociada a ellas y presentarla a un operador.

En la ilustración se muestra el esquema básico de cualquier sistema deinstrumentación.

Ilustración 1, sistema de instrumentación

El transductor

El transductor es el componente que convierte la magnitud física a medir,en una señal eléctrica.


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En este componente se puede diferenciar entre el sensor, que es el

elemento sensible primario que responde a las variaciones de lamagnitud que se mide, y el transductor que es el que lleva acabo laconversión energética entre la magnitud de entrada y de salida.

Los transductores se suelen clasificar en dos grupos:

Los transductores activos son dispositivos que generan energíaeléctrica por conversión de energía procedente del sistema sobreel que mide. Los transductores activos no necesitan fuente dealimentación para poder operar.

Los transductores pasivos son aquello, en los que no se produceconversión de energía. Algún parámetro del transductor es función de la magnitud que se mide, y las variaciones de este parámetro es utilizado para modular la energía eléctrica procedente de una fuente que en este caso se necesita.

Acondicionamiento de la señal

Este bloque incluye todas aquellas transformaciones que deben realizarse sobre señales eléctricas que resultan en la salida del transductor, y que

son previas al procesado para extraer la información que se mide oevalúa.

Existen dos razones por las que las señales de salida del transductordeban ser acondicionadas:

Cuando el tipo de señal eléctrica que se proporciona el

transductor no es una tensión, se utiliza un convertidor desde eltipo de señal de que se trate, a tensión.

Así en transductores resistivos, es normal que se utilice un

circuito puente para convertir el valor de resistencia a tensión.Cuando el transductor es de tipo capacitivo o inductivo, se suelemontar como parte de un oscilador, y la magnitud de salida esuna frecuencia, y debe utilizar un convertidor

frecuencia/tensión. La señal debe ser acondicionada para incrementar la relación

señal ruido hasta niveles adecuados. Esto tipo deacondicionamiento implica:


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o Amplificar las señales hasta niveles que sean

suficientemente superiores al nivel de ruido eléctricoaleatorio.

o Filtrar las señales para eliminar ruidos introducidos

por interferencia eléctrica.o Cuando el procesamiento de la señal es digital, el

acondicionamiento corresponde a la conversión Analógica/Digital.

Procesamiento de la señal

Incluye el conjunto de transformaciones a que debe ser sometida la señaleléctrica a fin de extraer de ella, la información que se busca.

El procesamiento de la señal suele contener muy diversas operaciones, ya sean lineales, no lineales, de composición de múltiples señales, o de procesado digital de las señales.

Registro de la señal

Consiste en el almacenamiento permanente o temporal de las señales para su posterior análisis o supervisión. Este operación es necesaria si el flujo de información que se adquieren supera la capacidad de procesamiento de que se dispone.

El método tradicional de registro ha sido el basado en cinta magnética, ya sea a través de grabación analógica o utilizando codificación digital. Actualmente los métodos de registro que se utilizan, están basados en uncomputador, y el soporte en que se almacena la información escualquiera de los sistemas de memoria masiva de que disponen estosequipos (memoria, discos, diskettes, cinta magnética, etc.)

Telemetría

A veces, las señales son adquiridas en puntos remotos, de difícil acceso ocon condiciones ambientales hostiles, y es necesario aislar loscomponentes de captación, de los equipos de procesamiento y

presentación. En estos casos, es necesario transmitir las señales entre lacaptación y el procesamiento mediante un canal de comunicación. Paraadaptar las señales a las características de canal de comunicación es


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Simbología / Símbolos de instrumentos, registradores, contadores


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Símbolos de contadores / integradores eléctr icos


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Símbolos de registradores eléctr icos

Símbolos de relojes eléctricos y tempor izadores


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Acepciones

La instrumentación tiene las siguientes acepciones:

Instrumentación eléctrica, relativo a instrumentos eléctricos. Instrumentación electrónica, relativo a instrumentos

electrónicos. Instrumentación industrial, relativa a aplicaciones en procesos

industriales. Instrumentación virtual, sustituir y ampliar elementos hardware

por software.

I nstrumentación eléctr ica

La instrumentación eléctrica son dispositivos para medir y testearmagnitudes físicas, cantidades eléctricas o prestaciones de equipos,circuitos o componentes. También se utilizan para monitorizar ycontrolar procesos. Presentan la información de forma analógica, digital

o impresa.

I nstrumentación electrónica

La instrumentación electrónica se aplica en el censado y procesamientode la información proveniente de variables físicas y químicas, a partir delas cuales realiza el monitoreo y control de procesos, empleandodispositivos y tecnologías electrónicas.

Para un procesado de la señal eficaz hay que convertir la señal endigital. La instrumentación también estudia la conversión analógica-digital, así como la conversión digital-analógica. Por otra parte también

pueden usarse técnicas de multiplexación de señales en el caso que hayamás de una para medir.

Otra parte de la instrumentación es, como su nombre indica, el estudio delos instrumentos electrónicos. Éstos pueden ser parte del sistema querealizará la medida o ser el propio sistema.


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Algunos instrumentos son el multímetro, el osciloscopio, sondas, etc.

Otros equipos no están directamente diseñados para las medidas, comolas fuentes de alimentación.

I nstrumentación industri al

Es el grupo de elementos que sirven para medir, convertir, transmitir,controlar o registrar variables de un proceso con el fin de optimizar losrecursos utilizados en éste. Es el conocimiento de la correcta aplicaciónde los equipos encaminados para apoyar al usuario en la medición,regulación, observación, transformación, ofrecer seguridad, etc., de unavariable dada en un proceso productivo.

Un sistema de instrumentación es una estructura compleja que agrupa unconjunto de instrumentos, un dispositivo o sistema en el que se mide, unasconexiones entre estos elementos y por último, y no menos importante,unos programas que se encargan de automatizar el proceso y de

garantizar la repetitividad de las medidas.

En términos abstractos, un instrumento de medición es un dispositivo quetransforma una variable física de interés, que se denomina variablemedida, en una forma apropiada para registrarla o visualizarla o

simplemente detectarla, llamada medición o señal medida.

Una medición es, entonces, un acto de asignar un valor específico a unavariable física. Dicha variable física es la variable medida. Un sistema demedición es una herramienta utilizada para cuantificar la variablemedida.

El elemento clave fundamental de un sistema de instrumentación, es el

elemento sensor. La función del sensor es percibir y convertir la entrada(variable física) percibida por el sensor, en una variable de la señal de

salida.

El sensor es un elemento físico que emplea algún fenómeno natural pormedio del cual sensar la variable a ser medida. El transductor, convierteesta información sensada en una señal detectable, la cual puede sereléctrica, mecánica, óptica, u otra. El objetivo es convertir lainformación sensada en una forma que pueda ser fácilmente cuantificada.


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Las variables a medir o controlar pueden ser:

Variables físicas:

Caudal, caudal másico, caudal volumétrico. Presión.

Temperatura. Nivel, nivel de líquidos, nivel de sólidos. Velocidad. Peso. Humedad.

Punto de rocío.Variables químicas:

pH. Conductividad eléctrica.

Redox.

En la instrumentación de campo, la prioridad absoluta es obtener lamáxima precisión y la más alta fiabilidad. En los procesos industriales nohay casi nada más importante que medir, posicionar, registrar y regular.

Por ello, la instrumentación de procesos es una eficaz herramienta que permite incrementar el rendimiento de las instalaciones de tecnología de procesos y mejorar la calidad de los productos. El mejor ejemplo: lostransmisores de Siemens.

I nstrumentación vir tual

Las nuevas tendencias en la instrumentación es la instrumentaciónvirtual. La idea es sustituir y ampliar elementos hardware por software,

para ello se emplea un procesador (normalmente un PC) que ejecute un

programa específico, este programa se comunica con los dispositivos para configurarlos y leer sus medidas.

Las ventajas de la instrumentación virtual son que es capaz deautomatizar las medidas, procesado de la información, visualización yactuación remotamente, etc.


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Algunos programas especializados en este campo son Lab VIEW y

Agilent-VEE (antes HP-VEE). Y algunos buses de comunicación populares son GPIB, RS-232, USB, etc.

Actualmente muchos de los equipos de instrumentación están basados enun computador. El computador resuelve todos los aspectos relativos al

procesado de la señal, al registro, a la transferencia y a la presentaciónde la información. A estos equipos basados en computador, se suelenllamar instrumentación inteligente.

La principal diferencia entre un equipo de instrumentación convencional,

y un equipo inteligente es que mientras que en el convencional los datosde medida son generados uno a uno y deben ser interpretado einterpretados por el operador, en la instrumentación inteligente se puederegistrar grandes cantidades de información de forma automática y luego

presentarla de forma integrada y amigable al operador.

Ilustración 2, instrumentación computarizada

La instrumentación computarizada requiere el uso de transductores ycircuitos analógicos que acondicionen la señal a los niveles adecuados

para ser codificada en las mejores condiciones por el convertido A/D, sinembargo el procesado, elaboración y presentación del resultado en lamedida se realizan utilizando software.


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Con la incorporación del computador, las señales que se adquieren

pueden ser procesadas sin límite de complejidad y sofisticación utilizandotécnicas numéricas, a fin de acondicionarla y extraer de ella lainformación. Así mismo, la información puede ser procesada utilizandométodo estadístico.

Ilustración 3, digitalización de señal

El computador proporciona una amplia gama de recursos paraalmacenar la información que se adquiere, así como para presentarlautilizando técnicas numéricas y gráficas.

El uso del computador requiere la representación numérica de lainformación analógica y continua en el tiempo que es propia de los

sistemas físicos. Ello conlleva resolver el proceso de discretización sinque las pérdidas de resolución y de rango dinámico sean significativas.


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Mul tímetro analógico

Un Multímetro, a veces también denominado polímetro o tester, es uninstrumento de medición que ofrece la posibilidad de medir distintos

parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo dispositivo. Las funciones más comunes son las de voltímetro, amperímetro y ohmímetro.

Mul tímetro digital

El Multímetro digital es un instrumento electrónico de medición que generalmente calcula voltaje, resistencia y corriente, aunquedependiendo del modelo de Multímetro puede medir otras magnitudescomo capacitancia y temperatura.


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Partes y funciones de un Mul tímetro digi tal

A continuación describiremos las partes y funciones de un Multímetro:

a) Power: Botón de apagado-encendido.b)

Display: Pantalla de cristal líquido en donde se muestran losresultados de las mediciones.

c)

Llave selectora del tipo de magnitud a medir y rango de medición.d) Rangos y tipos de medición: Los números y símbolos que rodean la

llave selectora indican el tipo y rango que se puede escoger.e)

Cables rojo y negro con punta.

Veamos la forma en que se conectan los cables al Multímetro.


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a)

Borne de conexión o jack negativo:

b)

Borne de conexión o jack para el cable rojo para mediciones devoltaje (V), resistencia (Ω) y diodo.

c) Borne de conexión o jack para el cable rojo con punta paramedición de amperes (A).


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Uti l izando el Mul tímetro digital

A continuación mediremos algunas magnitudes utilizando el Multímetrodigital.

a) Midiendo resistencia: primero conectar los cables en los jackscorrectos, luego mover la llave selectora al símbolo Ω y escogemosel rango adecuado de acuerdo al valor aproximado de la resistencialeida de acuerdo al código de colores.

Como ejemplo en la imagen, la resistencia leida de acuerdo alcódigo de colores es de 270 ohms y en la lectura digital se lee 270.2ohms.

b) Midiendo voltaje continuo (V DC): colocar la punta del cable rojoen el electrodo positivo de la fuente DC y el negro en el negativo, selee 28.20 V DC.


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Placa de prototipos PROTOBOARD

Una placa de pruebas, también conocida como proto board o breadboard, es una placa de uso genérico reutilizable, usado para construir

prototipos de circuitos electrónicos sin soldadura.

Patrón típico de disposición de las láminas de material conductor en un proto board.


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Fuente de alimentación regulada AC / DC

Una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la tensiónalterna de la red de suministro (VAC), en una o varias tensiones

prácticamente continuas (VDC), que alimentan los distintos circuitoselectrónicos.


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Herramientas

Al icate de corte:

Al icate de punta:

Navaja o cuter :


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Componentes eléctricos

Resistencia eléctr ica

La resistencia eléctrica, simbolizada como R, es la dificultad u oposiciónque presenta un cuerpo al paso de una corriente eléctrica para circular através de él.

En el Sistema Internacional de Unidades, su valor se expresa en ohmios,designado con la let ra griega omega mayúscula, Ω.

Para su medida existen diversos métodos, entre los que se encuentra eluso de un ohmímetro.

Esta definición es válida para la corriente continua y para la corrientealterna cuando se trate de elementos resistivos puros, esto es, sincomponente inductivo y/o capacitivo. De existir estos componentesreactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe elnombre de impedancia Z.

Una resistencia ideal es un elemento pasivo que disipa energía en formade calor según la ley de Joule. También establece una relación de

proporcionalidad entre la intensidad de corriente que la atraviesa y latensión medible entre sus extremos, relación conocida como ley de Ohm:

v(t) = R * i(t)

Donde i(t) es la corriente eléctrica que atraviesa la resistencia de valor R

y u(t) es la diferencia de potencial que se origina. En general, una resistencia real podrá tener diferente comportamiento en función del tipo de corriente que circule por ella.


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Marrón Rojo Verde Plata

1 2 X 100000 +/- 10 % Entonces el valor de esta Resistencia es 1.200.000 Ohms +/- 10 %

Esta resistencia también puede definirse por 1,2 Mega Ohm

Laboratori o electróni co 1

Objetivo

Conocer instrumentación, equipos y herramientas

Familiarizarse con la instrumentación, equipos y herramientas

Objetivo específico

Instalar la instrumentación Realizar mediciones con Multímetro analógico y digital

Utilizar herramientas

1.1

Equipos y herramientas

1 Fuente de alimentación regulada DC (5 Voltios DC)

1 Multímetro analógico y/o digital

1 Proto board (placa de prototipos)

1 Alicate de corte

1 Alicate de punta

1 Navaja

1.2

Materiales

3 Resistencias de: 100, 200, y 300 Ohm, o valores

aproximados

1/2 metro cable telefónico rígido Nº 22 ó cable de red :UTP-5

2 Puntas de prueba para Multímetro

2 Cables con banana - cocodrilo: rojo y negro, para la fuente

de alimentación


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Capítulo 2

CIRCUITOS Y MEDICIONES ELÉCTRICAS

Circuito Eléctr ico

Es la trayectoria o ruta de una corriente eléctrica.

Se utiliza para definir un trayecto continuo compuesto por conductores ydispositivos conductores, que incluye una fuente de fuerza electromotrizque transporta la corriente por el circuito.

Un circuito de este tipo se denomina circuito cerrado, y aquéllos en losque el trayecto no es continuo se denominan circuito abierto.

Simbología eléctrica


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Cuando en un circuito hay dos o más resistencias en serie, la resistenciaequivalente se calcula sumando los valores de dichas resistencias.

R Equivalente = R1 + R2 +……. + Rn

En un circuito en paralelo los dispositivos eléctricos están dispuestos demanera que todos los polos, electrodos o terminales positivos (+) se unenen un único conductor y todos los negativos (-) en otro.

Si las resistencias están en paralelo, el valor de la resistencia equivalente se obtiene mediante la fórmula:

1

=

1

1 +

1

2 +… +

1

De donde R Equivalente es la resistencia equivalente:

R Equivalente =1

∑

=

En los circuitos de CA, o circuitos de corrientes variables, debenconsiderarse otros componentes del circuito además de la resistencia.

R 1DC R 3R 2


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La segunda, ley de mall as o tensiones (vol tajes) , en un circuito cerrado omalla, la suma algebraica de las fuerzas electromotrices aplicadas, esigual a la suma algebraica de las caídas de tensión en los elementos

pasivos

La suma algebraica de las diferencias de potencial en todo el circuitocerrado es nula

e2 - e1 = (R 2 i2 + R 3 i3) + (-R 3 i3 - R 1 i1) = 0


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Laboratorio electrónico 2

Objetivo

Aplicar los conocimientos de circuitos eléctricos

Familiarizarse con la instalaciones eléctricas

Realizar mediciones de los parámetros eléctricos


Conectar resistencias en serie y paralelo

Comprobar la ley de Ohm

Comprobar la ley de Kirchhoff

2.1


1 Fuente de alimentación regulada DC (5 Voltios DC)

1 Multímetro analógico o digital


1 Alicate de corte

1 Alicate de punta

1 Navaja

2.2

Materiales

3 Resistencias de: 100, 200, y 300 Ohm, o valores

aproximados

1/2 metro, cable telefónico rígido Nº 22, o cable de red :UTP-

5

2 Puntas de prueba para Multímetro

2 Cables con banana - cocodrilo: rojo y negro, para la fuente

de alimentación


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2.3

Procedimiento

a)

Escoger 3 resistencias de distintos valores, y llenar el siguiente

cuadro:

Hacer uso del siguiente código de colores

COLOR CODIGO

Negro 0

Marrón 1

Rojo 2

Naranja 3

Amarillo 4

Verde 5

Azul 6

Violeta 7

Gris 8

Blanco 9

COLOR Tolerancia %

Plata 10

Dorado 5

Resistencia

ResistenciaLeída

ResistenciaMedida

Diferencia(RL-RM)

Tolerancia%

1

2

3


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b) Armar el siguiente circuito serie, luego: calcular, medir la

resistencia equivalente y llenar el cuadro:

100 Ohm 200 Ohm 300 Ohm

A B

c) Armar el siguiente circuito paralelo, luego: calcular, medir la

resistencia equivalente entre los puntos A y B, y llenar el cuadro:

100 Ohm 300 Ohm200 Ohm

A

B

ResistenciaLeída

ResistenciaMedida

Diferencia (RL-RM)

Tolerancia%

R.

Equiv.

Resistencia

Leída

Resistencia

Medida

Diferencia

(RL-RM)

Tolerancia

%R.Equiv.


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d) Alimentar al circuito serie con un voltaje de 5 Voltios DC, y

realizar las mediciones de voltaje en cada resistencia ycomprobar la ley de OHM y Kirchhoff

e)

Alimentar al circuito paralelo con un voltaje de 5 Voltios DC, y

realizar las mediciones de voltaje en cada resistencia y

comprobar la ley de OHM y Kirchoff

100 Ohm 200 Ohm 300 Ohm

+5 VDC

I (Amp)

100 Ohm 300 Ohm200 Ohm+5 VDC

I (Amp)

Resistencia Voltaje Teórico Voltaje Medido Diferencia (VT-VM)

1 (100 Ohm)

2 (200 Ohm)

3 (300 Ohm)

Calcular I (Amp.)


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Capítulo 3

CIRCUI TOS ELECTRÓNI COS,SEMICONDUCTORES

Diodo LED

Un LED, siglas en inglés de Light-Emitting Diode (diodo emisor de luz) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz cuasi-monocromática, es decir, con un espectro muy angosto, cuando se

polariza de forma directa y es atravesado por una corriente eléctrica.

Existen diodos LED de varios colores que dependen del material con elcual fueron construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar,infrarrojo.

El color, (longitud de onda), depende del material semiconductorempleado en la construcción del diodo, pudiendo variar desde elultravioleta, pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo, recibiendo éstos últimos la denominación de IRED (Infra-Red Emitting

Diode).

Eléctricamente el diodo LED se comporta igual que un diodo de silicio o germanio.

Dependiendo del material de que está hecho el LED, será la emisión dela longitud de onda y por ende el color

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingl%C3%A9shttp://es.wikipedia.org/wiki/Luzhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_infrarrojahttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_infrarrojahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Luzhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingl%C3%A9s


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Compuestos empleados en la construcción de LED

Compuesto ColorLong.

de onda

Arseniuro de galio(GaAs)

Infrarrojo 940nm

Arseniuro de galio yaluminio (AlGaAs) Rojo einfrarrojo 890nm

Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)

Rojo, naranja y amarillo

630nm

Fosfuro de galio (GaP) Verde 555nm

Nitruro de galio (GaN) Verde 525nm

Seleniuro de zinc (ZnSe) Azul

Nitruro de galio e indio(InGaN)

Azul 450nm

Carburo de silicio (SiC) Azul 480nm

Diamante (C) Ultravioleta

Silicio (Si) En desarrollo

La más reciente innovación en el ámbito de la tecnología LED son losdiodos ultravioletas, que se han empleado con éxito en la producción deluz blanca al emplearse para iluminar materiales fluorescentes.


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Algunas consideraciones

Antes de insertar un diodo en un montaje tendremos que tener el color deldiodo para saber la caída de tensión, parámetro necesario para loscálculos posteriores:

ColorCaída de tensión( VLED ) V

Intensidad máxima( ILED ) mA

Intensidad media( ILED ) mA

Rojo 1.6 20 15Verde 2.4 20 11

Amarillo 2.4 20 10 Naranja 1.7 20 10

Tabla. Caída de tensión e intensidad media para Vcc=5Vdc

Ley de Joule:

Potencia = I 2 R

Donde I es la intensidad que atravesará al diodo y R la resistencialimitadora de corriente.

Ejemplo

Supongamos que la tensión de alimentación es de 5 voltios y vamos autilizar un diodo LED de color rojo por el que circulará una corriente de15 mA.

La resistencia limitadora será:5 V - 1,6 V

R = ---------------- = 227 Ohm

0.015 A

Utilizaremos una resistencia normalizada (comercial) de valor 220 Ohm,con esta resistencia la intensidad real que circulará es de 15.45 mA valorlo más próximo al teórico.


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El transistor

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado paraentregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple

funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. Eltérmino «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor(«resistor de transferencia»). Actualmente se encuentran prácticamenteen todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores,reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras,lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, entre otros.

Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de unacorriente grande mediante una señal muy pequeña. Existe una granvariedad de transistores. En principio, se explicarán los bipolares. Los

símbolos que corresponden a este tipo de transistor son los siguientes:


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El transistor de unión bipolar (o BJT, por sus siglas del inglés bipolar

junction transistor) se fabrica básicamente sobre un mono cristal deGermanio, Silicio o Arseniuro de galio, que tienen cualidades de

semiconductores, estado intermedio entre conductores como los metales ylos aislantes como el diamante. Sobre el sustrato de cristal, secontaminan en forma muy controlada tres zonas, dos de las cuales sondel mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos uniones NP.

La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores o huecos (cargas positivas). Normalmente seutilizan como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) oGalio (Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo (P).

La configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la característicade la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son delmismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminaciónentre ellas (por lo general, el emisor está mucho más contaminado que elcolector).


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El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor

dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y deltipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa, epitaxial, etc.) ydel comportamiento cuántico de la unión.

Transistor colector común

La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el emisor. Elcolector se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de

salida. En esta configuración se tiene ganancia de corriente, pero no detensión que es ligeramente inferior a la unidad. La impedancia deentrada es alta, aproximadamente β+1 veces la impedancia de carga.

Además, la impedancia de salida es baja, aproximadamente β veces

menor que la de la fuente de señal.


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Objetivo

Aplicar los conocimientos de circuitos electrónicos Familiarizarse con los dispositivos y componentes electrónicos


Instalar y polarizar diodo LED

3.1


1 fuente de alimentación regulada DC (5 Voltios DC)

1 Multímetro digital o analógico


1 alicate de corte

1 alicate de punta

1 navaja

3.2 Materiales

3 diodo LED: rojo; verde y amarillo

3 resistencias de: 220 Ohm, 10 K Ohm y 100 K Ohm, o

valores aprox. (1/8 Watt)

1 condensador electrolítico de 10 micro Faradios, 16 Vdc

1/2 metro cable telefónico Nº 22, o cable de red: UTP-5

2 puntas de prueba para Multímetro

2 cables con banana - cocodrilo: rojo y negro

3.3 Procedimiento

a) Armar el siguiente circuito serie resistencia con diodo, luego:

medir los voltajes en la resistencia y en diodo. Calcular la

corriente I (en mA), la resistencia del diodo (en K Ohm) y la


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potencia disipada del diodo (en mW). Luego llenar el cuadro

cambiando los diodos:

3.4

Análisis

3.5 Síntesis

Referencia bibliográfica (Millman y Gravel 1991)

DiodoVoltaje

en RVoltaje

en DiodoI mA

(calculado)R diodo(Ohm)

PLED mW(calculado)

Rojo

Verde

Amarillo


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(establecido por las resistencias y condensadores conectados

externamente al 555). El voltaje aplicado a la patilla de controlde voltaje puede variar entre un 45 y un 90 % de Vcc en laconfiguración monostable. Cuando se utiliza la configuraciónastable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc.

Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astablecausará la frecuencia original del astable sea modulada en

frecuencia (FM). Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01μF para evitar las

interferencias.

Umbral (6): Es una entrada a un comparador interno que tieneel 555 y se utiliza para poner la salida a nivel bajo.

Descarga (7): Utilizado para descargar con efectividad elcondensador externo utilizado por el temporizador para su

funcionamiento.

V+ (8): También llamado Vcc, alimentación, es el pin donde seconecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 16voltios (máximo). Hay versiones militares de este integrado quellegan hasta 18 Voltios.

Diagrama de bloques del Temporizador 555


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Ejemplo para calcular la frecuencia de oscilación del TIMER 555:

DATOS CONVERSION

RI = 10 K Ohm 10,000 Ohm

R2 = 68 K Ohm 68,000 Ohm

C = 10 uF 0.00001 Faradio

FORMULA 1

f = 1 f = 0.9883572 HertzT

tL = 0.693 (R2) C tL = 0.47124 Seg

tH = 0.693 (R1+R2) C tH = 0.54054 Seg

T = tL + tH T = 1.01178 Seg

Dutty Cicle =tH

Dutty Cicle = 53 %T

FORMULA

2

f =1

f = 0.9883572 Hertz0.693 C (R1+2 R2)


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RESISTENCIAS COMERCIALES

1 K Ohm

10 K Ohm

12 K Ohm

15 K Ohm

18 K Ohm

22 K Ohm

27 K Ohm

33 K Ohm

39 K Ohm

47 K Ohm

56 K Ohm

68 K Ohm

82 K Ohm

100 K Ohm

EQUIVALENCIAS

M 1 000 000

K 1 000

Micro 0.000 001

Nano 0.000 000 001

Pico 0.000 000 000 001


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Capítulo 5

PUERTAS LÓGICAS

Puertas lógicas Los circuitos digitales operan en el sistema numérico binario, queimplica que todas las variables de circuito deben ser 1 o 0.

El álgebra utilizada para resolver problemas y procesar la informaciónen los sistemas digitales se denomina álgebra de Boole, basada sobre lalógica más que sobre el cálculo de valores numéricos reales.

El álgebra booleana considera que las proposiciones lógicas sonverdaderas o falsas, según el tipo de operación que describen y si las

variables son verdaderas o falsas. Verdadero corresponde al valor digital1, mientras que falso corresponde a 0.

La ilustración muestra diversas puertas lógicas, cada uno de los cualesefectúa una determinada operación booleana.

Ilustración 8, puertas lógicas


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AND 7408 – QUAD 2 input OR 7432 – QUAD 2 input

Disposición de terminales (pati tas) de las puertas lógicas básicas, en losCI comerciales:


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Laboratorio electrónico 5

Objetivo

Aplicar los conocimientos de puertas lógicas

Familiarizarse con los circuitos integrados


Conectar los circuitos integrados CI TTL

Comprobar el funcionamiento lógico del AND, OR, NOT, NAND y

NOR

5.1 Equipamiento

Fuente de alimentación regulada DC

Multímetro analógico y digital

Proto board (placa de prototipos)

Alicate de corte Alicate de punta

Navaja

5.2

Materiales

Circuitos Integrados (CI) TTL: 7400, 7402, 7404, 7408 y 7432

Diodos LED (Amarillo, Verde, Rojo)

Resistencias (220 ohm)

Cable rígido Nº 22 de colores (cable de red UTP-5)

Puntas de prueba

Bananas

Cocodrilos


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Función: f = A’B + AB’

5.4 Análisis

5.5

Síntesis

Referencia bibliográfica (Tocci, Widmer y Moss 2014)


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Capítulo 6

FL IP FLOP

Conceptos previosUn biestable, también llamado báscula (flip-flop en inglés), es un

Multivibrador capaz de permanecer en un estado determinado o en elcontrario durante un tiempo indefinido. Esta característica esampliamente utilizada en electrónica digital para memorizarinformación. El paso de un estado a otro se realiza variando susentradas. Dependiendo del tipo de dichas entradas los biestables sedividen en: Asíncronos: sólo tienen entradas de control. El más empleado es

el Biestable RS.

Síncronos: además de las entradas de control posee una entradade sincronismo o de reloj. Si las entradas de control dependen dela de sincronismo se denominan síncronas y en caso contrarioasíncronas. Por lo general, las entradas de control asíncronas

prevalecen sobre las síncronas.

La entrada de sincronismo puede ser activada por nivel (alto o bajo)o por flanco (de subida o de bajada). Dentro de los biestables

síncronos activados por nivel están los tipos RS y D, y dentro de losactivos por flancos los tipos JK, T y D.

Los biestable se crearon para eliminar las deficiencias de los latches.

http://es.wikipedia.org/wiki/Latchhttp://es.wikipedia.org/wiki/Latch


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Descripción del FL IP FLOP biestable JK (Jump Ki ll )

Diagrama de tiempo de la báscula JK

Dispositivo de almacenamiento temporal de dos estados (alto y bajo),cuyas entradas principales, J y K, a las que debe el nombre, permitenal ser activadas:

J: El grabado (set en inglés), puesta a 1 ó nivel alto de la salida. K: El borrado (reset en inglés), puesta a 0 ó nivel bajo de la

salida.

Si no se activa ninguna de las entradas, el biestable permanece en elestado que poseía tras la última operación de borrado o grabado. Adiferencia del Biestable RS, en el caso de activarse ambas entradas ala vez, la salida adquirirá el estado contrario al que tenía.

La ecuación característica del biestable JK que describe su

comportamiento es:

Y su tabla de verdad es:

J K Q Qsiguiente


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Configuración de un display Cátodo Común y Ánodo Común respectivamente:

Utilización de los display de acuerdo al decodificador BCD a 7

Segmentos que existe en el mercado: Decodificador 7447 utiliza el display ANODO COMUN

Decodificador 7448 utiliza el display CATODO COMUN


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Circuito topológico del decodificador 7447 , con display Ánodo

Común :


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Objetivo

Realizar registro a partir de flip flop

Objetivo especif ico

Familiarizarse con el uso del Decodificador BCD a 7 segmentos y los Display

Comprobar el funcionamiento de un registro de 4 bits

7.1

Equipamiento

Fuente de alimentación regulada DC

Multímetro analógico y digital

Protoboard (placa de prototipos)

Alicate de corte

Alicate de punta Navaja

7.2

Materiales

Circuitos Integrados TTL - 7473 ó 7476 Flip Flop JK

Decodificador BCD a 7 Segmentos: 7448 o 7447

Timer 555

Display de 7 Segmentos: ánodo común o cátodo común

Diodos LED (Amarillo, Verde, Rojo) Resistencias 10 k ohm y 68 K Ohm

Resistencias 220 ohm

Condensador electrolítico: 10 microfaradios / 16 voltios cd

Cable rígido telefónico Nº 22 colores (o cable de red UTP-5)

Puntas de prueba

Bananas, cocodrilos


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c) Implementar el circuito visualizador, con el decodificador BCD a

7 segmentos 7447 o 7448 y el display de ánodo común o cátodocomún según corresponda:

d) Visualizar los siguientes datos el display y verificar la cuenta del0 al 15:

7.4

Análisis

7.5

Síntesis

Referencia bibliográfica (Tocci, Widmer y Moss 2014)


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Capítulo 8

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Conceptos previos

Electrónica de potencia

La expresión electrónica de potencia se utiliza para diferenciar el tipode aplicación que se le da a dispositivos electrónicos, en este caso

para transformar y controlar voltajes y corrientes de niveles significativos. Se diferencia así este tipo de aplicación de otras de laelectrónica denominadas de baja potencia o también de corrientes

débiles En este tipo de aplicación se reencuentran la electricidad y laelectrónica, pues se utiliza el control que permiten los circuitoselectrónicos para controlar la conducción (encendido y apagado) de

semiconductores de potencia para el manejo de corrientes y voltajesen aplicaciones de potencia. Esto al conformar equipos denominadosconvertidores estáticos de potencia.

De esta manera, la electrónica de potencia permite adaptar ytransformar la energía eléctrica para distintos fines tales comoalimentar controladamente otros equipos, transformar la energíaeléctrica de continua a alterna o viceversa, y controlar la velocidad yel funcionamiento de máquinas eléctricas, etc. mediante el empleo dedispositivos electrónicos, principalmente semiconductores. Estoincluye tanto aplicaciones en sistemas de control, sistemas decompensación de factor de potencia y/o de armónicos como para

suministro eléctrico a consumos industriales o incluso la


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interconexión de sistemas eléctricos de potencia de distinta

frecuencia.

El principal objetivo de esta disciplina es el manejo y transformaciónde la energía de una forma eficiente, por lo que se evitan utilizarelementos resistivos, potenciales generadores de pérdidas por efecto

Joule. Los principales dispositivos utilizados por tanto son bobinas ycondensadores, así como semiconductores trabajando en modocorte/saturación (on/off, encendido y apagado).

Dispositivos semiconductores de potencia

Para estas aplicaciones se han desarrollado una serie de dispositivos semiconductores de potencia, los cuales derivan del diodo o eltransistor. Entre estos se encuentran los siguientes:

Rectificador controlado de silicio (SCR en inglés)

Triac

Transistor IGBT, sigla para Insulated Gate Bipolar Transistor,

Transistor Bipolar con compuerta aislada

Tiristor GTO, sigla para Gated Turnoff Thyristor, Tiristor

apagado por compuerta

Tiristor IGCT, sigla para Insulated Gate Controlled Thyristor,

Tiristor controlado por compuerta

Tiristor MCT, sigla para MOS Controlled Thyristor

Convertidores de energía eléctrica

Conversión de potencia es el proceso de convertir una forma deenergía en otra, esto puede incluir procesos electromecánicos oelectroquímicos.


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Servicio continuo variable: Se da en máquinas que trabajan

constantemente pero en las que el régimen de carga varía de unmomento a otro.

Servicio intermitente: Los tiempos de trabajo están separados

por tiempos de reposo. Factor de marcha es la relación entre eltiempo de trabajo y la duración total del ciclo de trabajo.

Servicio unihorario: La máquina está una hora en marcha a un

régimen constante superior al continuo, pero no llega a alcanzarla temperatura que ponga en peligro los materiales aislantes. La

temperatura no llega a estabilizarse.

Rendimiento

De manera general, se define como la relación entre la potencia útil yla potencia absorbida expresada en %


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Tipos de máquinas eléctricas

Corriente Máquinas rotatoriasMáquinasestáticas

Corriente alterna,

monofásica y trifásica

Síncronas

Generador Transformador

MotorRegulador de

inducción

Compensador Variador de fase

Asíncronas

Motor Ciclo convertidor

Generador

Compensador

Conmutadas

Motor monofásico

en serie

Convertidor defrecuencia

Corriente continua Conmutadas

Generador

TroceadorMotor

Compensador

AC/DC ConmutadasMotor universal Rectificador

Convertidor Inversor


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Bibliografía

Alvarez A., Juan, Juan Campo R., Francisco Ferrero M., Gustavo Grillo O., y

Miguel Perez G. Instrumentación electrónica. España: Paraninfo,2007.

Edminister, Joseph A., y Serie Shaum. Circuitos eléctricos. España: EditorialMGH, 1965.

Millman, Jacob, y Arvil Gravel. Microelectrónica. España: Ed. HispanoEuropea, 1991.

Tocci, Ronald, Neal Widmer, y Greg Moss. Sistemas digitales. México: Ed.Prentice Hall, 2014.


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Manual Electric Electro Ind v2.7

Documents