PRACTICA NUMERO UNO

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA

PROFESOR: ARMANDO ANGEL

VI SEMESTRE

SANTIAGO DE CALI

INTRODUCCION

Cada da es ms frecuente el uso de dispositivos, circuitos, equipos y mtodos electrnicos en la industria. Estos laboratorios examinan el marco de accin dentro del cual se desenvuelve la electrnica Industrial, haciendo nfasis en sus aplicaciones en el campo del control de procesos. Se explicar que es la electrnica Industrial, para que sirva, donde se utiliza, cuales son las principales ventajas de controlar procesos industriales por mtodos electrnicos, cmo se clasifican los sistemas de control industrial y cual son los elementos generales que componen el mismo.

La gua de electrnica industrial I, ofrece una amplia cobertura de los fundamentos de los dispositivos utilizados en la parte industrial. Los temas de la gua han sido seleccionados cuidadosamente para cumplir los requisitos de la experiencia prctica de la mayora de los programas modernos de entrenamiento tecnolgico de electrnica industrial.

El propsito de cada prctica consiste en familiarizar al alumno con los principios generales implicados en la aplicacin real de la informacin terica recibida en los cursos anteriores.

Las prcticas estn cuidadosamente construidas para proporcionar una cobertura actualizada del tema que se estudia, a la vez que se evita la idealizacin de los componentes.

Cada prctica de la gua nos proporciona una informacin bsica o explicacin clara de los conceptos tericos vistos en el semestre anterior. Se le aconseja al alumno el estudio detenido de cada tema visto, que es el correspondiente de cada prctica a realizar, antes de proceder a los ensayos en el laboratorio.

De esta forma adquirir un amplio conocimiento prctico del ensayo y sus resultados, y se ver obligado a seguir el mecnicamente las instrucciones de la gua como la consulta de manuales del fabricante, investigar las especificaciones de los componentes, el anlisis del funcionamiento de los circuitos, el desarrollo de las diferentes actividades del laboratorio y su evaluacin correspondiente a cada prctica.

La gua de laboratorio introduce los principios bsicos relacionados con diversos dispositivos semiconductores industriales y sus aplicaciones bsicas incluyendo:

CONTENIDO

1. INTRODUCCION

1. Control fotoelctrico 1. 1

2. Reguladores a transistores 2. 1

3. Reguladores conmutados 3. 1

4. Control de tiempo 4. 1

5. Control de temperatura con termocupla 5. 1

6. El optoacoplador 6. 1

7. Transistor monounin UJT 7. 1

8. Transistor monounin programable PUT. 8. 1

9. Bibliografa.

BIBLIOGRAFIA

1. MARTINEZ Martnez, Gualda. Electrnica Industrial Tcnicas de Potencia.

Editorial Alfaomega Marcombo.

2. MUHMMAD, H. Rashid. Electrnica de potencia. Circuito, dispositivos y

Aplicaciones. Segunda edicin. Editorial PHH. Practice Hall.

3. MALONEY J. Timothy. Electrnica Industrial Dispositivos y Sistemas.

Editorial PHH Prentice Hall.

4. LASCORZ P, Sahuquillo I. Prcticas con Sistemas Electrnicos.

Editorial McGrawHill serie de electrnica y electricidad.

5. Revista. Electrnica y computadoras. Proyectos. Tecnologa. Aplicaciones N 4 y 6.

6. Revista. Electrnica Industrial y automatizacin. Electricidad Industrial y Electrnica de potencia. N 5 y 6.

INSTITUTO TECNOLOGICO MUNICIPAL

ANTONIO JOSE CAMACHO

LABORATORIOS DE INDUSTRIAL I

TEMA 1: CONTROL FOTO ELECTRICO

1.1 OBJETIVOS

Medir los voltajes de operacin del circuito con y sin luz.

Determinar el funcionamiento del circuito que acta como control foto elctrico.

Obtener en forma prctica los parmetros del transistor que acta como interruptor.

1.2 EQUIPOS

Fuente de energa (VDC).

Multimetro (Anlogo o Digital).

1.3. MATERIALES

2- Transistores 2N3053

1- Foto resistencia.

1- Diodo 1N4004.

2- Resistencias de 100 ohmios

1- Potenciometro 1K

1- Rel de 12 voltios

1-Lampara de 12 Voltios

2- R2 y R21=680 ohm

1- R3=Potenciometro de 1M

2- R5 y R6 = 4K7

8- R7,R8,R9,R11, R12, R14, R17, R18 =10K

1- R10 Potenciometro 100K

2- R4 y R13 = 1M

1- R15, R19 = 100K

1- R16 = 1K

1-R22 =100 ohm

2- Transistores 2N2222

1 Diodo LED.

1- Circuito integrado LM393N.

1- Circuito Integra CD 4027B

2- Interruptores de Una posicin

1- Interruptor de 2 posiciones.

1- Condensador de 22UF

1.4 HERRAMIENTAS

1- Proto- board

1- Pinzas planas

1- Pela cable o corta fro

Conectores (caimanes).

1 -1.

1.5 INFORMACION BASICA

1.5.1 CONTROLES ELECTRONICOS

Con este tema, se pretende cubrir un amplio campo de aplicacin para los circuitos electrnicos, con el fin de controlar dentro de un proceso industrial cualquiera de los siguientes factores tales como:

La secuencia del mismo proceso.

La temperatura.

La presin de un gas

El nivel de un lquido.

La posicin de un objeto.

El arranque de un motor.

La iluminacin.

En un control cualquiera hay tres elementos bsicos que lo integra como:

.

Sensores o transductores

Elemento de Conmutacin.

Comparadores.

Los elementos que sensan las variables de entrada o salida, son los transductores. Los transductores, elementos que transforman un tipo de energa en otra o en su defecto, cambian los estados de un parmetro.

Cuando un traductor cambia un tipo de energa en otro, es llamado transductor activo. Dentro de stos, se hallan:

Las fotoceldas

La termocupla

El cristal de cuarzo

Imn y bobina mvil

El generador.

Los transductores pasivos solamente son capaces de transformar las condiciones de un parmetro como por ejemplo, el valor de una resistencia, de la corriente o la tensin. Esto ocurre cuando se aplica una temperatura, luz o magnetismo. Dentro de este campo encontramos los siguientes:

La resistencia PTC

La resistencia NTC

El diodo de alta velocidad de conmutacin

La resistencia LDR

El DME

1-2.

1.5.2 LA RESISITENCIA DEPENDIENTE DE LA LUZ

La resistencia de dependiente de la luz (LDR), es componente resistivos no lineales cuyo valor hmico depende de la luz recibida. Su funcionamiento est basado en las caractersticas que manifiestan los semiconductores de disminuir la resistencia al aumentar la iluminacin a la que estn sometidos.

El material del que estn fabricados comnmente es el sulfuro de cadmio, utilizado como elemento sensible a las radiaciones visibles.

Figura 1.1. La resistencia fotoelctrica

1.5.3 EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR

El transistor cuando se utiliza como interruptor para conectar y desconectar la carga (RL), a la fuente Vcc. El transistor puede ser accionado elctricamente y responder ms rpidamente que un interruptor ideal. El transistor no duplica exactamente la accin de un interruptor mecnico, pero presenta ciertas ventajas sobre estos.

Las resistencias de carga (RL), colocada en el circuito de colector y en serie con este. El voltaje de entrada (Vin), determina cuando el transistor trabaja como interruptor se encuentra abierto, impidiendo el flujo de corriente por la carga o cerrado, permitiendo el flujo de corriente por l.

El transistor cuando trabaja como interruptor se ubica en dos regiones:

a) Corte

b) Saturacin

1-3.

En la regin de corte el voltaje (Vin), debe de encontrarse por debajo de los 0.6V entre Vbe y el voltaje Vce = Vcc, si es transistor de silicio. Esto asegura que no fluye corriente por la base del transistor.

En la regin de saturacin el voltaje (Vin), tiene un valor suficientemente alto para llevar al transistor a saturacin y debe tener entre Vbe alrededor de 0.6V o ms y el voltaje entre Vce = 100 mV.

Figura 1.2. El transistor como interruptor.

En las condiciones de saturacin es aquella en la cual la corriente de colector es lo suficientemente grande para que el voltaje de alimentacin, Vcc aparezca en los terminales de la carga.

Idealmente, esta corriente de colector est dada por la expresin:

Ic(sat) = Vcc / RL

La corriente de base esta dada por la siguiente expresin:

Ib(sat) = Ic(sat) / Beta = Vcc / Beta Rl

Bdc = ganancia de corriente del transistor

El voltaje de entrada (Vin):

Vin = Ib. Rb + 0.6V

Si usted, reemplaza el valor de Ib(sat) la expresin se transforma en:

Vin = Vcc. Rb / B.RL + 0.6V

Los transistores presentan algunas ventajas sobre los interruptores mecnicos convencionales;

1-4.

No tiene partes mviles, no sufren desgaste y pueden operar un nmero limitado de veces.

El transistor como interruptor es mucho es ms rpido que un interruptor convencional.

El transistor como interruptor no presentan rebote inherente de los interruptores mecnicos.

Cuando un transistor como interruptor acciona una carga inductiva, no se produce arco en el momento de la desconexin. Cuando un interruptor mecnico que acta sobre una carga inductiva se abre, la fuerza contra electromotriz inducida, alguna vez produce un arco entre los contactos.

1.5.4 LOS ELEMENTOS DE CONMUTACION

Los elementos ms empleado que conmutan para transferir la potencia a la carga, o simplemente energizarla por medio de la red de 120 Vac son:

El rel convencional.

El rel de estado slido

El transistor de potencia.

El rel convencional, casi siempre est conformado por:

Bobina

Ncleo de hierro dulce.

Armadura que abre o cierra dos o ms contactos.

Para energizar la bobina del rel, se puede emplear un transistor, que por defecto de una seal de disparo, vaya al estado de saturacin. Cuando esto sucede, todo el Vcc es aplicado a la bobina y se energiza.

Figura1. 3. Rel convencional.

1-5.

Cuando la bobina es energizada, atrae la armadura haciendo que el contacto que tiene adherido(contacto mvil), se cierre o una con el contacto inmvil. Tambin la bobina del rel viene para varias tensiones tales como 6, 12, 24V

1.6 INTERRUPTOR ACTIVADO POR LUZ O SOMBRA

Figura 1.4. Interruptor activado por luz o sombra

1 -6

La figura 1.4, se muestra el diagrama esquemtico completo del interruptor ptico. El sistema consta bsicamente de las siguientes etapas:

Una red deteccin

Un comparador o discriminador de voltaje tipo de ventana.

Un flip-flop doble.

Un rle

Una etapa de potencia.

La red deteccin, desarrollada alrededor de LDR1, convierte variaciones en la cantidad de luz incidente en variaciones de voltaje que son utilizadas por el comparador para disparar el flip flop y controlar la carga en la forma deseada.

En condiciones normales de iluminacin, la fotoresistencia presenta una resistencia del orden de 3K, aumentando a medida que disminuye la cantidad incidente y viceversa. En plena oscuridad la resistencia de la LDR1, es superior a un 1M o 4M, y en presencia de luz solar intensa puede caer por debajo de 1K.

Como resultado y dependiendo del punto de ajuste con el potenciometro (R3), el voltaje de entrada del comparador(Vin), puede variar desde unos pocos milivoltios hasta 12V.

La red (R5 C5), evita que el interruptor se dispare errticamente como consecuencia de cambios bruscos en la intensidad de luz incidente. Los dems componentes cumplen funciones auxiliares. Por ejemplo la resistencias R2 R21 limitan la corriente a travs de la LDR1.

La resistencia R4, circunscribe una rango de variacin a un 1M, y la resistencia R20 simula un valor nominal al 2Flip-flop y el condensador C para efecto de prueba.

El comparador de ventana est desarrollado alrededor de U2 e incluye un selector de modo de disparo (S1), un control umbral con el potenciometro(R10), y un LED, indicador de ventana (D2). Este ltimo se ilumina cuando la salida del voltaje(Vout), esta un nivel bajo de 0V y se apaga cuando el voltaje salida(Vout), esta a un nivel alto 12V..

El flip flop esta estructurado alrededor de U3 y consta de una seccin sincrnica y asincrnica. La primera (Q1), cambia alternadamente del estado con flancos de subida de la salida del comparador y la segunda (Q2), conmuta permanentemente al estado alto (Q1) se hace alta por primera vez y despus de un reset.

1 -7

El interruptor (S2), permite seleccionar entre modo de toggle o alternado y como latch fijo.

El primer caso, el disparo de U3 por parte del comparador energiza y desenergiza alternadamente la carga.

El segundo caso, provoca su energizacin permanente en la carga.

En cualquier caso la carga se puede desenergizar manualmente pulsando el botn de reset (S3).

1.6.1 MODO DE PROGRAMAR EL INTERRUPTOR ACTIVADO POR LUZ O SOMBRA

Dependiendo de la posicin del interruptor (S1), el comparador puede programarse para ser activado por luz, sombra o ambos. Se puede considerar los siguientes casos:

1 caso: El disparo por luz y sombra los interruptores (S1A =S1B = OFF).

El voltaje de salida (Vout), permanece aun nivel bajo.

El voltaje de entrada (Vint), debe ser mayor que (VL) y menor (VH).

Al caer el voltaje de entrada (Vint), fuera de esta ventana como

Resultado de un cambio en el nivel de iluminacin, el voltaje de

Salida se hace alto y dispara el flip flop.

2 caso: El disparo por slo luz, los interruptores (S1A = ON, S1B= OFF).

El voltaje (VH = 12V),

El voltaje de salida (Vout), permanece en bajo mientras el voltaje de

Entrada (Vin), sea mayor que el voltaje bajo (VL).

Cuando por efecto, (Vin), cae por debajp de (VL), el voltaje de salida

(Vout), se hace alto y dispara el flip flop.

3 caso: El disparo por slo sombra, los interruptores (S1A=OFF, S1B=ON).

El voltaje bajo (VL=0) y voltaje de salida (Vout), permanece a un nivel

Bajo.

El voltaje de entrada (Vin) debe ser menor que Voltaje alto (VH).

Cuando por efecto de una iluminacin, el voltaje de entrada (VIN),

Crece por encima de (VH) y (Vout) se hace alto, dispara el flip flop.

Todos los casos, los puntos de disparo de (VH y VL), se fijan con el

Potenciometro (R10).

1 -8

1.7 ACTIVIDAD A REALIZAR

A) PREINFORME

1- Ubicar las caractersticas de fabricacin de las resistencias fotoelctricas.

2- Analizar el funcionamiento de los circuitos.

3- Hacer un diagrama de bloques para identificar cada una de las etapas.

4- Observar las partes del rel

5- Los circuitos deben de traerlos armados en cada seccin de laboratorio y sirve como preinforme.

6- Explicar el funcionamiento del comparador de ventana.

7- Fotocopiar las caractersticas electricas ante DC y Ac de los circuitos integrado LM 393N y CD4027B.

1.7.1 DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

1- Armar el siguiente circuito.

Figura 1.5. Control fotoelctrico.

2- Medir y anotar el valor de la resistencia fotoelctrica con y sin luz.

R(con luz): _______ R(sin luz): ________

3. Con el hmetro:

a)- Ubicar los contactos normalmente abierto(NC) y cerrado(ON), indicar la

mediciones. R(abierto). :________ R(on): _________

b)- Ubicar y medir la bobina del rel:

R(bobina)=_________

4) Medir y anotar el voltaje de polarizacin de los transistores:

a) Con luz

Q1 VBE1= ______ VCE1=________

Q2 VBE2= ______ VCE2=________

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b) Sin luz

Q1 VBE1= ______ VCE1=_______

Q2 VBE1= ______ VCE2=_______

8- Ajuste el reostato R3 para observar la mxima sensibilidad del circuito.

Y Explicar lo observado?.

9- Armar el circuito de la figura 1.4, hacer los siguientes pasos:

a) Disparo por slo luz.

b) Los interruptores (S1A = ON, S1B = OFF).

c) Medir los voltaje en los siguientes puntos VH: ______V

Vout: ______V ; VIN: ______V, VL: _______V,

d) Disparo por slo sombra.

e) Los interruptores (S1A = OFF, S1B = ON).

f) Medir los voltajes en los siguientes puntos VL: ______V

Vout: ________V, VIN: _______V, VH: _______V

g) Disparo por luz y sombra.(S2 = alternado).

h) Los interruptores (S1A =S1B = OFF).

i) Medir los voltaje en los siguientes puntos Vout: ______V

VIN: ______V, VL: ______ V, VH: ______V.

1.7.2 INFORME

1- Debe presentar:

A) Mediciones, clculos y esquemas realizadas en el circuito.(25%)

B) Hacer una sntesis del funcionamiento del circuito.(25%)

C) Resolver las preguntas.(25%)

D) Conclusiones generales.(25%)

1.7.3 EVALUACION

1- Mencione por lo menos cuatro aplicaciones posibles del control fotoelctrico

Que usted ha observado en su entorno:

2- Porqu cambia la sensibilidad del circuito al hacer los diferentes ajustes

con el reostato R3?.

3- Cul es el propsito de la resistencia fotoelctrica en el circuito?.

4- Explicar en regiones trabaja los transistores Q1 y Q2.

5- Explicar en que consiste el transductor pasivo DME.

6- Explicar en que consiste los transductores activos como la fotocelda, el cristal de cuarzo, Imn y bobina mvil.

7- Si usted tuviera que contar sus compaeros al pasar por la puerta del laboratorio que circuito empleara y parte requerira. Explicar

8- Explicar en que consiste el comparador de ventana.

9- Explicar si se cumple los tres casos de la programacin del interruptor activado por luz, sombra y luz y sombra.

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