Electronica Industrial Basica II

M%ffiffi$Wd#',tr? sgRtr/rcro r{Aci'o}{Al DE ADIESTRAl\ttENro EN rRAItA.,o IFiDUsTRTAL

Elti*lQr

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CtfUnCCI : 890CIü643

"{'í:r::nicu c3e Nivel Oper:ativo.

AUTORIZACIÓN Y DIFUSIÓN

MATERTAL DInÁcTICo ESCRrro

FAM. OCUPACIONAL :

OCUPACION

NIVEL

METALMECÁNICA.

uecÁNICo DE MANTENTMTENTo.

rÉcNICo OPERATIVo.

Con la finalidad de facilitar el aprendizaje en el desarrollo de la formación y capacitación en laocupación del VÍECÁNICO DE MANTENIMIENTO a nivel nacional y dejando la posibitidad deun mejoramiento y actualización permanente,- se autoriza la APLICACIÓN Y DIFUSIÓN ¿e

material didáctico escrito referido a ELECTRÓNICA INDUSTRIAL (PARTE II) .

Los Directores Zonales y Jefes de Unidades Operativas son los responsables de su difusión yaplicación oportuna.

DOCUMENTO APROBADO POR ELcERENTn rÉcxtco DEL SENATT

No de Página. 155...

: Jorge Saavedra G

Registro de derecho de autor:

,.rtrTUAN ELECTRÓNICA EASlcN INDUSTRIAL PARTE II

INDICEI

{. Presentación- 3

2.Tarea5-- 4-28,fu MONTAJE DE CIRCUITOS CON TRANSISTORES

3. Tarea 6_ _ Zg4Z& MONTAJE DE CIRCUITO AMPLIFICADOR CON TRANSISTOR

4. Threa 7 43-61I

Ó MONTAJE DE FUENTE DEALIMENTACION CON, ESTABILIZADOR DE TENSIONI

I s. T¡rea I --------- 62-77II r*r MONTAJE DE TIRISTORES Y TRIAC

.6.Tarea 9__ *_ 78-136

#i MONTAJE DE COMPONENTES SEMICONDUCTORESESPECIALES

7, Tarea l0 - 137-148

{* MONTAJE DE CIRCUITOS INTEGRADOS

8, Hoja de Trabajo 149-152

g.ltlledio Ambiente

10. Bibliografía 4 ñ,AI \,t\,

MECANICO DE MANTENIMIENTOa'

ELEcTRÓNICA gASICn INDU$TRIAL pARTE II

,rltrTUAN

PRESENTACION

El presente rnanual de aprendi zaie*orr**Oonde al módulo formativo

ELECTRÓNICA BASICN INDUSTRIAL.

Por la cantidad de tareas se ha dividido en dos parte$, este manual se

denomina ELEGTRÓHn¡ nASnn ll.lDUsTRlAL PARTE ll. Este módulo

formativo es de aplicación en la especialidad de MECANIGO DE

MAHTE}IIifiIENTO.

Hl presente manualestá estructurado por las siguientee tareas:

,Íijr _

MONTAJE DE CTRCUTTOS CON TRANSTSTORES"

ff;ít MONTAJE DE CIRCUITCI AMPL|FICADCIR CoN TRANSISTOR.

i:,;if fvIONTAJE DE FUENTE DE ALIMENTACION CONESTABILIZADCIR DE TENSION.

f¡íi MONTAJE DE TIRISTORES Y TRIAC.

trfi MONTAJE DE COMPONENTE$ $EMTCONDUCTORESESPECIALES.

gA MONTAJE SON CIRCUITO$ INTEGRADOS.

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

MECANICO DE MANTENIMIF|\¡TOa'

3

ELEcTRÓNICA gASlcn INDUSTRIAL PARTE II

JtSNAN

mmffiffi

MONTAJE DH CIRCUITO$CON TRAN$ISTORES

MECANICO DE MANTENIMIENTOa"

4

I

12V

MultimetroDigital

N" OPERACIONES MATERIALES / I NSTRUMENTOS

01

02

I nstala rAnrplifi cador con Transistor NPN

I nsta la rAmp lificad or con Transístor PN P

[ 01 Protoboard

[ 0l transistor BC5488

[ 01 Mr"rltímetro digital

[ 05 resistencias 1 k, 100 r, 4,7 k,47 k,47Ak

f 01 fuentedealimentación DC

[ 0lTransistor BC558B

01 01

PZA. CAN"f DENOMINACION NORMA '

DIMENSIONES OBSERVACIONES

rrA*srutrlPERU

MONTA.JE DE CIRCUITOS CON TRANSI,STORES HT 05 REF

MECANICO DE MANTENIMIENTOTIEMPO: H0J/r: 111

ESCALA: 2005

,-ltr[uAn ELECTRÓNICA EASrcA INDUSTRIAL PARTE II

OPE RA C IÓN ; T.ISTA LA R ATII P LIF ICADO R C ON TRA NS ISTO R IrI P N.

Paeo ,l : ldentificar transistores:

Con el código de cada transistor buscar en el manual de ECG sus caracterfsticas y anotarlosen elancho mostrado.

Transistor lc V"*o hfe F Po Aplicación

BC548B

BC558B

o401

8D135

8D136

Paso 2l Verificarestado de transistores

a) Mida la resistencia entre el emisor yel colector del tra nsistor laresistencia debe serextremadamente alta (centenas deMegaohms) en cualq uier posición.

b) Mida las resistencias directa einversa del diodo base-emisor y deldiodo colector - base, para los dosd iodos la razén entre lasresistencias inversa y directa debeser por ld menos de 1000/1

B


6

,tffifUAn ELECTRóN¡cA eÁstcn rNDusrRrAL pARrE n

OPERACIÓN: MONTAJE DE ctRcutro DE PoLARtzAcÉN DE TRANst$ToR NpN

Paso I :Armar el circuito rnostrado y medir con el multímetro elvoltaje en la base (VB), voltajeen el colector (VC) y el voltaje en el emisor (VE), a estos valores les llamamos valoresmedidos.

Paso 2: Calcular teÓricamente los valores VB, VC, VE, a estos valores les llamamos valoresteóricos.

Paso 3: Comparar los valores teóricos con los valores medidor y hallar los errores.

VT VM ERR

VB

VC

VE

VT = Valor teóricoVM = Valor medidoERR = Error

ERR ='YLYn- xlaaa/oVT

MECANICO DE MANTENIMIENTO7

JATSN¡TN ELEcTRóNrcA gA$cn INDUSTRIAL PARTE n

opERAcÉN: moNtnJE DE ctRcumq DE poLARtzAcÉN DETRANstsroR PNP

Paso l:Armar el circuito mostrado y medir con el multímetro el voltaje en la base (VB), voltaje

en et colector (VC) y elvoltaje en el emisor (VE), a estos valores les llamamos valores

medidos.

Paso 2: Calcular teóricamente los valores VB, VC, VE, a estos valores les llarnamos valores

teóricos.

Paso 3: Comp aw los valores teóricos con los valores medidory hallar los errores,

VT vtu ERR

VB

VC

VE

VT = Valor teóricoVM = Valor medidoERR = Error

ERR'= bJ" x 1oo%V,

Í'/IECAN ICO DE MANTEN I MIENTOa" I

JAtSENAN

EL TRAN$ISTOR BJT

El transistor es un elemento semiconductor qu* ti*ne la propiedad de poder gobern ar avoluntad la intensidad de corriente que cireula entre dos de sus tres terminales (emisor ycolector), mediante la circulación de una pequeña corriente aplicada en el tercer terminal(base).

Este efecto $e conoce con el nombre de amplificación de corriente,

$e utilizan fundamentalmente en circuitos que realizan funciones de amplificación, control,prCIce$o de datos, gtc.

El funcionamiento interna se puede describir a partir de lo ya explicado para los r1iodos, conla diferencia de que este último posee dos unione$ semiconductoras, esto es: eltransistorpo$ee dos zonas semiconductoras, que pueden ser N o P, y entre ambas una muy delgadadel tipo P o N respectivarnente,

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

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

MTCANICO DE MANTñNIMIENTO 9

ELECTRÓNICA EÁSICN INDU$TRIAL PARTE II

gb

t'rSN¡M ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

El sentido de circulación de la corriente adoptado haeta ahora es el de circulación de loselectrones, y como la convención utili/ada toma el sentido opuesto entonces en untransistor del tipo NPN la corriente será entrante por el colector y la base, y saliente por elemisor. c c c

En la figura c tenemos una regla mnemotécnica para recordar la relación entre lascorrientes que atraviesan el transistor,Debido a gue la corriente de emisor será siempre un múltiplo de la base obtendremos losresultados deseador de amplificación. $upongamos que dicha coniente de colector (lc) es

. 100 veces la corriente de emisor (le), entonces si lb = 5 mA; le = 500 mA. Si ahora lb * 2mA; le = 200 rnA. Donde se puede apreciar que una pegueña variación en la corriente debase (-3 mA), produce una gran variación en la de emisor (300 mA). Dicho factor deamplificación es denominado generalmente con la letra griega B (Beta).Ya hemos hecho notar que existen transistores del tipo NPN segrln sea los dopados de lastree regiones, pero entre ambos tipos no existe ninguna diferencia en cuanto a lo funcional,salvo que todos los sentidos de circulación de las corrientes son opuestos en uno y otro,por lo tanto, para polarizar un transistor PNR de igual manera que uno NPN, se deberánutilizartensiones opuestas en uno y otro.Los transistores tienen una característica rnuy interesante que es la capacidad que tienenéstos de entregar una intensidad de corriente constante a una resistencia,independientemente del valor de ésta, es decir gue las variaciones de corriente obtenidaspor la acción de la base, producirán en la resistencia una variación de la tensión, la cual$erá, según la ley de OHM: V = lx RHntonces v dependerá del valor de la corriente de base y d ela resistencia en el colector,siendo V mayor cuando mayor es R, estando fijado el límite por el valor de la tensiónextema a plicada al circuito"Este efecto resulta en una "amplificación de tensión" que es una de las caracteristicas másimportante de los transistores y el motivo por el cuál son de uso casi imprescindible en losmontajes electrónicos^ Esta amplificación de tensión se calcula como la relación entre elvoltaje en la resistencia de carga y la tensión aplicada entre las junturas base*emisor,Los transistores según sea la tecnología de fabricación, se clasifican en grandes gruposcon diferentes características: Bipolares, fet MOSFET, Ut¡t UNION, Hasta elmomento noshemos referido alprimergrupo de ellos


1010

JAIffTUAN ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE II

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

EMISOR COMUN BASE COMUN

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

{COLECTOR COMUN


Zona 6e Saturación

12345V,',

1111

ñtrNAN

I

T

)

ELECTRÓNICA BASrcA INDU$TRIAL PARTE II

Como el transistor en montaje en emieor cornún tiene comportamiento similar al de undiodo polarizado en directa, las curvas son de igual forma. es decir, que existe unadeterminada tensión umbral por debajo de la cual la corriente es prácticamente nula.

También de las caracterlsticas de entrada podemo$ deducir la resistencia de entrada deltransistor, que es la variación de la tensión base-emisor (Vbe) con respecto a la corrientede base (lb).

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

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


1212

táttrTUAN ELECTRÓNICA BASICA INDU$TRIAL PARTE II

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

Algunos de los parámetros importantes de los transistores y que generalmente sonsuministrados por el fabricante son:

Vce (sal) =f6fisión máxima entre colector y emisor trabajando en saturación..

Vceo cTensión máxima entre colector y emisor.

Vcbo = Tensión máxima entre colector y base.

Vebo = Tensión máxima entre emisor y base.

lcmáx = Corriente máxima de colector (valor pico)

lbmáx = Corriente máxima de base (valorpico)

Ptot = Potencia disipable total.

De la misma manera que en las características de entrada podemos deducir la resistenciade entrada, en las características de salida podemos deducir la re$istenc¡a de salida de laforma: Variacíón de la tensión Vce con respecto a lc. otro factorque podemos deducir es láganancia de corriente del transistor (B).

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

Es conveniente fijar el punto oe trau4o del transistor, dependiendo de la tarea quequeremos que éste realice en un circuito y utilizando las curvas antes vistas.Para ello se ha de polarizar al transístor con algunos de los circuitos de polarización queveremos a continuación, pero antes de ello hafemos referencía a la recta de carga de untransistor. Para obtenerla deberemos volver a la familia de curyas de salida ya vista. Larecta de carga es útil dado que nos muestra, en forma gÉfíca, todos los puntos de trabaioposibles deltransistor para una polarización dada

MECANICO DE MANTENIMIEr.¡TO 13' 13

ELEcTRÓNIcA EASIcn INDUSTRIAL PARTE II

JAtsEf{An

En la figura podemos ver la recta de carga superpuesta a la familia de curvas de salida, enla que vemos puntos de interés, los gue pasamos a explicar a continuación:Para el cálculo de la recta de carga consideraremos al transistor en dos de sus estados:corte y saturación.

En el estado de corte lc es prácticamente cero,-entonces podemos concluir que Vc * Vce,la que en nuestro ejemplo es de 12 V. Entonces con lc * 0 V y Vce 12V obtenemos el primerpunto de la recta de carga, al que llamamos P 1 en la gráfica.

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

MECANICO DE MANTENIMIENTCIa"

1414

ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE II

JfrTtrruAn

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

El primer diagrama (A) muestra una configuración denominada polarización por divisiónde tensiÓn. Las resistencias R1 y R2 forman un divisorde tensión, to cual le da el nombre ala configuración. Este tipo de polarización es uno de lo más idóneos y el mejor para trabajaren la zona activa deltransistor.En al parte B de la figura vemos otra forma de polarizador, denominada "polarización debasg".

. Ahora la corriente de base se obtiene a través de R 1 . Este tipo de polarizacién se utiliza encircuitos que trabajan en conmutación, no siendo acon$ejable su uso en transistores a losque se desea trabajen en la zanaactiva.La polárización gue se muestra en C es denominada "polarización por realimentación deemisor"y por medio de ésta logramos una mayorestabilidad del punto e.A la configuración en D se le llama "polarización por realimentación de colectof'.

Aplicaciones más usuales de los transístores

Ya comentamos que al transistor se lo puede montar en emisor común (EC), la basecomún (BC) o colector común (CC). Cada una de estas configuraciones posee ventajas ydesventajas una respecto de las otras, siendo la de emisorcomún la más recurrida alavezque es la de mejor respuesta en la mayor parte de las aplicaciones.Cada configuraciÓn obtiene diferentes coeficientes de ganancias en tensón (GV), asícomo diferentes impedancias tanto de entrada como de salidaA continuación vemos un resumen de las principales características de cada uno de lostres posibles m ontajes.

MONTAJE G.V

Alta

Alta<1

DESFASAJE M Ze Zs

Media

Alta

Baja

E. C.

B. C.

c. c.

180'0"

0"

Media

Baja

Alta

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


1515

ELEcTRÓNICA gASEn INDUSTRIAL PARTE II

JItrNAN

Con un rnontaje en Colector Gomún logramo$ unasalida y junto con el montaje en Basé Común, esadaptadores de impedancia.

muy baja distorsión sobre la señal debastante idóneo a la hora de diseñar

I Clasificación como i¡ para elsilício r

r---- ---J

Codificación de los transistoree

los fabricante d e transistores han introducido un sistema de designación para mejorar la

distinción entre los diferentes tipos de transistores. Los fabricantes europeos utilizanprincipalmente la codificación << PRO ELECTRON>>, consistente en una combinaciónde letras y números.

De acuerdo al sistema PRO ELECTRON, los elementos semiconductores se designancon tres letras y dos números.

Como una derivación de este sistema, los tipos gue son usados en su mayoría en aparatosde radio, de televisión y grabadores de cintas se identifican con dos letras y tres números.

Diseño de transistores

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

A = Material inicialgermanioB = Material inicialsilicioC = Material inicialarseniuro de galio, etc.R = material inicial para fotosemiconductores y generadores Hell

T¡ansi$ores depequeña señal de Si

Tr¡ngistor HFtipo PNP

y NPN


1616

*EEf{AN ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

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

A = Diodo rectificadorde pequeñas u*0",*.; diodo de conmutación

B = Diodo cle capacitancia variable (varicap)

C = Transistor LF (baja frecuencia)

D = Transistor LF de potencia

E = Diodo Túnel

F = Transistar HF (alta potencia)

G = iodos osciladores para aplicaciones HF

H = $onda de campo Hall{Capítulo 5)

L = Transistor HF de potencia

N * Opfo transistor aislador (optoacoplador ) (Capítulo 6)P * Fotodiodo, celda fotovoltáica {Capítulo 5)

Q r Diodo emisorde luz (CapÍtulo 6)

. R = Tiristor (Capítulo B)

S = Transistorde conmutación

T = Tiristor (Capítuto B)

U = Transistor de conmutación de potencia

X = Diodo multiplicador

Y = Diodo de potencia

Z = Diodo Zener

Como tercera letra se utiliza solamente X, Y y Z. Estas letras indican solamente el usocomercial de estos tipos.

Los siguientes dos o tres número$ representan únicamente un número de registro, y notienen ning ún significado técrrico particutar.

De acuerdo al sistema JEDEC, los diodos serán designados por una combinación <<1l'J>> y un número de cuatro cifras. <<1N>> indica que el componente referido tienen unajuntura PN. Consecuentemente, la designación de los transístores comienza can <<2N>>debido a sus dosiuntura$ PN. El subsecuente númerc de cuatro cifras indica simplementeel niimero de registro,

Aparte de los cómponentes semiconductores con estos dos códígos de designación ,haytodavía numerosos tipos de transistores sólo con designaciones específicas cle susfábiicas. "

MECANICO DE MANTENIMIENTCI . 17

17

ELEcTRÓNIcA eAslcn INDUSTRIAL PARTE II

JItrNAN

l**"" t-

f.,

Ganancia de corriente en cortocircuito Conductancia de salida en vacío

U"r-..5VU"* = Const uz o 0 l, = Cgngt i, = g

Á1" ' 15 mA

Al, = 30 pA

Ganancia de corriente conünua

lC" 60 mA* = d= ¡3'¡6 ='60

l, * 100 ¡rA

l. = 100 uA

u.,pA 180

nol. = COnSt i, = g

30AU". = 25 mV AU..={Y

impedancia de entrada de cortocircuito Retroacción de tensión en vacío

r00lro

1

100

MECAN ICO DE MAI.TTEN IM IENTO

Al"=5mAAUr, = 2V

U"* * COnSt üz * 0

AUr. = 50 mV

Alr=2AUA ¡

U"r=5V

1818

,tsEf{An ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Mediciones de un Transistor Bipolar

ldentificación de la polaridad de un trans¡rto,

Existen dos maneras de averiguar la polaridad de un transistor; una de ellas es utilizandoelcatálogo de fabricante o de reemplazos y la otra es haciendo uso de un ohmímetro y paraello primeramente hay que identificar la polaridad del instrumento. Se busca un terminalcomún en el transistorel cual tanga baja resistencia con los otros do$, si se encuentra gueel terminal común esta conectado al positivo del instrumento quiere decir que es un NPN ysi está conectado al terminal negativo del instrumento será un transistor PNP. $i estascondiciones o mediciones de terminal común de baja resistencia no se cumple quiere decirq ue el transistor esta malog rado^

baia resistencia

tt

J

iiT'i"1

baja resistencia baja resistencia

19

baja resistencia

19MECANICO DE MANTENIMI€NTOa"

J.t5ENAN ELECTRÓNICA BASlcA INDUSTRIAL PARTE II

ldentificación de los üermlnales del translstor

Los transistores vienen en presentaciones distintas, desde los más pequeños (pequeñapotencia) de cubierta de plástico hasta los más grandes (de potencia) con cubiertametálica, para cada uno de los tipos existen restimenes de caracterlsticas en los catálogosdel fabricante o de rcemplazos. Asf mismo en estos catálogos están indicados ladisposición de cada uno de los terminales,

Aunque casi siernpre los terminales de un transistor están debidamente identificadas por

eu disposición construc.tiva conforme se indica en el siguiente gráfico; muchas veces al

técnico tiene que recurrir al uso del catálogo y cuando no $e cuenta con ello se puede

utilizar un ohmímetro y medir las resistencias entre terminales.

IúECANICO DE MANTENIMIENTOa'

202A

ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARIE II

JATffifuAn

POLARIZACIÓN DE TRANSISTORES

lntroducción

Una de las principales condiciones para gue un transistor bipolar pueda trabajar comotal es que su unión base-emisor sea polarizada directamente y su unión base-colectorpolarizado inversamente, para cumplir con esto se necesitarían dos fuetes depolarización cosa que resultaría costosa y complicada y que para evitar esto se realizala polarización utilizando una$ resistencias adicionales conectadas de cierta formapara asíutilizar sólo una fuente.

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

Tipos de polarización del BJt

Existen varias formas de polarizar el BJT, entre las más utilizadas o conocidastenemos:

Polarización por corriente de base constante

también llamada polarización de base o polarización fija, la cuale$ r¡na forma difícil depalarizar un transistor para operación lineal porque el punto Q es inestable.

En elsiguiente ejemplo se analizaesta forma de polarización.

MECANICO DE MANTEN IMIEÍ\TTOa'

2121

ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

*trN¡trT

II

)

V

a) Conociendo

Ur. = 12V

R" =3,3kO

R, = 470ka

B = 100 $ilicio

b) Calcular:

lB

lc

U.u

Calculando lu

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

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

f, = 2,43 ¡tA

Calculando l"

l"=g xl,lc = 2,43 mA

Calculando UCE

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

PorAuto,polarización

También denominado polarización por retroalimentación de colector, la RB en estecircuito está conectada a la salida del colector y por lo tanto tienen mejor estabilizacióndelpunto de funcionamiento (a).



JTtrfuAn

lc

a) Conociendo

Ur" I 12V

R, =3,3kf)

R, = 470kd)

B = 100 Silicio

b) Calcular:

lc

lB

1..

ur*

Calculando l.

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

(l* x Rr) * (Ru x _ln_ I = U." -f]

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

U". - Un,

Uon

t¡F

R.+ ?l"=1,42mA


2323

ELEcTRÓNIcA EASICn INDUSTRIAL PARTE II

*trN¡trI

I

,

i

I

r= lc'E f]

Calculando I,

lB=1,42A

Calculando 1..

1."=1.+1,

f ..' 1,4342m A

Calculando U.,

U".=U.r-(1"*xR")

U., = 7,27V

Análisis: Si lB aumenta por alguna razóh, también aumenta lC y produce una mayorcalda de tensión en RC reduciendo la tensión de colector emisor UCE; como UCE =UBC,por ley de kirchoff entonces: Sidisminuye UCE debe disminuir UBE o UBC. UBEes valor constante entonces será UBC que disminuirá, UBC es la calda de tensión enRB; si UBC baja y si sabemos gue UBC = lB RB entonces deberá disminuir lB o RB.

Pero como RB es constante, La única posibilidad es que lB disminuya. Con estomanteniéndose casisiempre una lC cosntante.

Polarización con resistencia de estabilización de emisor

Este tipo de polarización, también llamado "polarización por retroalimentación delemisol'' ofrece mayorestabilización del punto de funcionamiento.

$i porefecto de la temperatura qe produce un aumento de lB e lC, lE por ser igual a lB +

lC también aumentará, este aumento de lE produce un aumento de la caída de tensiónen RE.

UCC = URB + UBE + URE; donde UCC y UBE son valores constantes, entonces la

única posibilidad de mantener la igualdad en la ecuación es que IB.RB disminuya,como la única variable es lB por tanto será. está la que disminuirá corrigiéndoaeautomáticamente cualquieraumento de lB producido por un aumento de temperatura.

MECANICO DE MANTENIMIENTO24

t

dAbffifuAn ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

a) Conociendo

Urr' = 12V

R. =3,3kf¿

R* = 82A {l

Rn * 62akdz

B = 100 Silicio

b)Calcular:

1,,

lr:

I,

U*o

Calculando lo

Ur.=(lo x Ro)*Ur.*(1, xRr)

U"r,= (ln x Ru)+ Uu*+ (p x l, x Ro)

l?. =U.* - Uru

Ru+([]xRr)

l"

)3lr

l*,

U"u

I ; 1.62 sArB

MECANICO DE MANTENINIIENTOa 25

25

ELECTRÓNICA BASlcA INDUSTRIAL PARTE II

JATtrIUfin

Calculando l"

l.*Bxl,

l, * 1,62 mA

Calculando lu

lr=lr+1.

fu = 1,6362 mA

Calculando U.,

U.r=UJ-*(l.xRr)

U.u*U..-(1.xR.)

U** = 5,25 V

Polarización Tipo H

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

R"

l.

),"'lE

R,

r, - U.. R*vrn - R",* R-

rer R.., R82rarr'- Er-fu

M ECAN ICO DE I\IIANTENIM IENTOa'

2626

í:

elecrnóNtcA sÁslce TNDUSTRTAL pARTE n

JttrfuAn

a) Conociendo:

U.. = 12V

lr=4mA

P = 130

blCalcular:

R"

RÉ

Ru,,

R,,

Para realizar los cálculos de las resistencias de polarización de este circuitorecomienda teneren cuenta las siguientes consideraciones:

R* x I, = 0,2 U""

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

U*, * 0,4 Ucc

l, =10 lB

Calculando R,

l" x R.=4,8V

- R"xl"K-='l*

Rc 5= 1,2 k{>,

Calculando R,

U*=lrxÉr=2,4V

- Rs=U;lE

RE = 600O

MECANICO DE MANTENIMIENTO 27"27

,ttrtuAn ELECTRÓHICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Calculando R*

l.=p xl,I

16 =É = 30PA

la = 10 l, = 300p4

R?=*=ryRr=10KC¿

Calculando R'

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

RE=*

R.=600n

Calculando R*

l,,=lr+1,

l.' = 300 FA+ 30 pA= 330 pA

R,

R,=27Ko

MECANICO DE MANTENIMIENTOao

282B

J.*ffifUAn ELEcTRóNrcA BAsrcA TNDUSTRTAL pARrE l

T,ffiWWffi.,ffi,ffi

MONTAJE DE CIRCU¡TOAMPLIFICADOR CON TRAN$I$TOR

MECANICO DE MANTENIMIEIIITO zs

)

i

I

I

¡

)

¡I

Generador defunciones 12V

100

2294,7 K 1,2 K

100 n

NO OPERACIONES MATERIALES / INSTRUMENTO$

01 I nstalar Transísior Amplifi cador [ 0l transistorBCS4SB

f 05 resistencias I k, 1,2 k, 4.7 k, 47 k,100 r

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

I 01 osciloscopiodedoblelrazo

[ 01 generadorde ft¡nciones

I 01 tuentedealimentación DC

f 01 Protoboard

01 01

PZA, CANT. OENOiJIINACIÓN NORMA '

OIMENSIONES OBSERVACIONES

ñSEfU¡trt

PERÚ

MONTAJE DE CIRCUITO AMPLIFICADOR CON TRANSISTOR HT O€ REF.

MECANICO DE MANTEÍII IÍvTIENTOTIEMPO: HOJA: 111

ESCAI-A; 2005

3030

JAItrNAN ELEoTRÓNIcA gAslcn INDU$TRIAL PARTE II

OP E RAC IÓN : I NSTA I-A R AM PLI F ICADOR TRA}IS ISTO R.

Paso I : Armar el circuito mostrado , *on**r el generador de funcione$ y el osciloscopio.

10 mV1 khz

Paso 2: Ajustar el generador de funciones a 10 m v y 1k H? y medir en el osciloscopio elvoltaje de entrada con elcanal 1(V,) y elvoltaje de salida con el canal A(V,) .

Paso 3: Calcular la ganancia de tensión del amplificador con la expresión:

l&V,

Av=

31


31

JAI*N¡trI ELECTRÓNEA eAslca INDUSTRIAL PARTE II

ELATPLIFICADOR POR BJT

Circuitos básicos del transistor r

Un amplificador tiene siempre dos terminales para la entrada y dos terminales para lasalida. Pero, los transistores tienen solamente tres terminales. Por lo tanto, si untransistor debe ser utilizado como amplificador, entonces uno de estos electrodosdebe pertenecertanto para los terminales entrada como para los terminales de salida.En consecuencia hay tres formas posibles de usar los transistores cornoamplificadores.

U-,

o---

Io---

1J\

Errgon conú¡

:{colEcroR coI$úN

--ú

I u"*

+---o

---o| ,.,,+

---€

---sI u,*I

---€

o--

'"^{o--

o--."rl

o---

ttIt\J

J___

6AsE conúr

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

Resistencia dinámica de entradaResistencia dinámica de salidaAm plificación de tensiónAmplificación de corrienteAmplificación de potenciaDesfasamiento entre lae señales de entrada y salidaFrecuencias de corte delcircuito

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

MECANICO DE MANTENIMIENTOa' 32

=tElür*l I ELECTRóNIcA BÁsrcA TNDUSTRTAL pARTE u

Circuito de emisor comúnUn transistor se opera en circuito de emisor común cuando el emisor es el punto dereferencia tanto para la señal de entrada como para la señal de salida. La figura Amuestra un transistor en circuito de emisor común. En la figura se muestra una etapa deamplificación completa con un generador de tensión interna para la señat de entrada,con generación de tensiÓn de polarización de base, con resistencia de carga RL,estabilización del punto de trabajo, y con condensadores de entrada y de salida.Aquí el transistor e$ operado en circuito de emisor común. Por esto, a esta etapa deamplificación completa se la denomina generalmente como << circuito de emisorcomún >>.

En el circuito de la figura B, la tensión de polarización de base se genera por medio deldivisor de tensiÓn formado por R, y Rr. La estabilización del punto de trabajo se logra pormedio de É resístencia de emisor Ru. En relación a la corriente alterna, esta se puenteapor el condensador de emisor C.. El condensador de entrada C, evita un posiblecortocircuito de la tensión de polarización de base a causa del generador de señal. Enrelación a la tensiÓn continua, el condensador de salid? C, aísla la resistencia de cargade la tensión de colector.

A: Principio del Circuito de Emisor Común

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

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

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

MECANICO DE MANTEN|M|E|{TO 33

33

I

l,-I

c. l

+

*stuAn ELEcTRóNrcA eÁsrcn TNDUSTRTAL pARTE u

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

común pueden ser

r*I

iII

emisor

fiI

i

I

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

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

Resistencia de entrada de corriente alterna Fonr

runr;R, IIRrlIr",

Puesto que Rl y R2 son generalmente mucho mayores a rBE, entonces se aplica lasig u iente aproxima ción :

f.n, = fge

Resistencia de salida de corrientq alterna r.",

Íuat=R"llr*

Puesto qub r* generalmente es más grande en comparación á R", entonces se aplica lasig uiente aproximación :

f*r,= Rc

MECANICO DE MANTENIM}ENTOa'

3434


JArtrTUAN

Amplificación de tensión A,

Para la amplificación de tensión se aplica básilamente lo siguiente:

Ai=Corriente altérna de salida 1"", Nc

Corriente alterna de entrada /"*^/,

A, =P[ct

f., * R.

A¡ = hr,.=F

Am plificación de potencia A,

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

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

q=1800

Propiedades caracte rísticasEl circuito de emisor común tiene una alta amplificación de tensión y una altaamplificaciÓn de corriente. En consecuencia, también se produce una alta amplificaciónde potencia. Por estas razones, el circuito de emisor común se utiliza como un circuitoestándarpara amplificadores LF y HF,

Ejemplo:Un transistor BC 237 A se opera en circuito de emisor común, comCI se muestra en lafigura 2.42Parael punto de trabajo U., = 5 V, lC=ZmA; Ur. = 0,62.V éste tiene los siguientes datos:h..= 2,7 k Q; hr,," = 220 hrr. = 18 ¡rS B = 170. Adicionalmente se especifican los valores:Ur= 10V; U*r= 1V'Qlr=5' /u

¿Cúales son los valores deAu, A,, Ao, r,n, y rsar para este circuito de emisor común ?a) Cuando no hay resistencia de carga, y,

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

MECANICO DE MANTENIMIENTO.'

3535

Jt*N¡[1 ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Escogido: elvalor normalizado R. *2.2kdl

r- =!=4gS= fi,rrvA,s B fiO ""'

U*u*Urr- =

1V+0,62V =Z7.SkttÁz=

-

tv 5 11 ,77 ¡tA

Escogido: elvalornormalizado Ro =27 kQ

Rc=ur-u.*-u*,

lc

Ur+ Urr- U*, l0 V + 0,62 V - 1VFT| \,

lu+ l, 6.11 ,77 pA

Escogido: elvalor nonnalizado R, = 120 kO

¡

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

Etapa de amplificación concircuito de emisor común

= 118,7 kO

a) Sin R,

A 0'R. tsñ1,, -' rn,

22AV .2,2R12 3 179,32,7 k{r,

b) Con Rr= 1kf¡

A = p R.' R,. - 220 2'2 kc¿ ' 1kf)'ru [se R"+ R. 2,7 k(l 2,2k{, + 1ko =56

La baja resistencia de carga R.. = 1 kO ' l kO disminuye la amplificación de tensión a

cerca de un tercio.

Am plificación de corriente A,

a) $in R."

A hrr.-A, = lrTb".tr- =

b) Con R.* 1kf¡

= 211,61 + 18 pS '2,2R{)

= 217,31 + 18 pS . 2,2!t0' 1kO

2,2 k{t + lkfiLa influencia de la res¡stencia de carga R, sohe la amplificación de corriente A, es

considerablemente rnenor que su influencia sobre la amplifióación de tensión Au.

^ - hrr"tti- ffi


#AsEENAN ELEcTRóNrcA eAscn rNDusrRtAL pARTE n

Amplificación de potencia Ao

a) Sin R,

Ao = Au'A, * 179,3' 211,6 * 37940

b) Con R,. = 1 koAu = Au . A, = 56, 217.3 = 12168.8

Resistencia de entrada de corriente alterná t-,,,,,

r,n,= Rj ll R, ll ruu=, 120 kf) ll 27 kfi 1ll2,7 kt)f",,,, * 2.4 k{:,1

Valor aBroxim ado ron, * rau = 2,7 k{t

Resistencia de salida de corriente alterna rsa,

1

fru,= Rc ll r*= 2,2 kQ ll lElFruo, = 2,1 kt>,

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

Circuito de colector cornún

Enuncircuitodecolectorcomún,el colectoresel puntodereferenciacomúntanto parala señal de entrada como para la señal de salida.

Principio del circuitode colector común

MECANIÜO DE MAI'¡TENIMIENTOa

Etapa de amplificación con circuito rJe colector cornún

3737

JISTUAN ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

El principio básico de un circuito de colector común está repre$entado en la fig.2.43.La fig. anterior muestra un circuito completo de una etapa de amplificación con uncircuito de colector común, con generador , con generación de tensión de polarización

de base y con resistencia de carga.En el circuito de la tig.2.44la tensión de polarización de base es producida por medio dela resistencia R1 , el punto de trabajo estabilizado por medio de la resistencia de em isorRu. Pero, en el circuito de colector común, esta resistencia de emisor no debe serpunteada por un condensador ya que la señal de salida se torna de R, . El condensador

C1 tiene la tarea de evitar que la tensión de polarizacién de base pueda sercortocircuitada a causa del generador. En términos de corriente continua, elcondensador C2 sepsra la resistencia de Garga de la tensión de ernisor. Amboscondensadores deben tener una capacitancia lo suficientemente alta como para que nose produzca una caída de tensión apreciable en ellos.los valor?s característicos de un circuito de colector común pueden ser derivados deldiagrama delcircuito equivalente de corriente alterna delcircuito de colectorcomún.

W r"n, r,* {ile

Generador I Circuito emisor común Carga

Diagrama delcircuito equivalente de corriente del circuito de colector común.

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

Resistencie de entrada de corriente atterna r"*

La resistencia de entrada de corriente alterna r.n,de un circuito de colector común está

compuestp de ro, y de la amplificación de corriente I multiplicada por la resistencia deemisor Ru,todo junto conectado en paralelo con la resistencia serie de base R I .

r,n,= lrua + p. (RE ll r..]f ll R,


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

3838

JItrruAn ELECTRÓNICA BÁSICA INPUSTRIAL PARTE II

Puesto que rcE ¡ Re ,se apl¡ca lo siguiente:

t"n = (frr. + F. RE) ll R,

Resistencia de salida de corrient" "tt*rná

r"o,

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

fr.r = REll "p

Amplificación de tensión Au

{,,=.au,",= --$!ou'r' -au.n, au^u + auar

La tensiÓn de salida de un circuito de colector común, reducida por el valor de la tensiónde base-emisor, es menor que la tensiÓn de entrada. Por está razón, la amplificación de

' tensiÓn de un circuito de colector común debe ser siempre menor que 1 . Con los valoresdeltransistory los valores delcircuito, la ecuación se lee:

^ - F'R,/1u - T:Rr%,Amplificación de corriente A,

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

A,= F

Valor más preciso:

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

Amplificación de potencia A,

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

" siguiente:

Ao =A,'A,

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

Ao=A,=F


3939

JAISETUAN ELECTRÓNICA BASGA INDUSTRIAL PARTE II

Desfasamiento g dc la señal$i la base del transistor de un circuito de colector común se comanda con el semiciclopositivo, no solamente se aumenta la tensión de polarización de base, sino también la

corriente de base, y por esto también la coniente de colector. Con una corriente decolector mayor, la corriente de emisor también asciende y produce una mayor caída detensión en R* . Por este motivo, en la señal de salida aparece también el semiciclopositivo. Consecuentemente, en un circuito de colector común no aparece undesfasamiento entre la señalde entrada y la señalde salida. Por lo tanto lo siguiente esaplicable:

Q=00Puesto gue en un circuito de colector común la señal del emisor sigue a la señal deentrada sin desfasamiento, el circuito de colector común es conocido generalmentetomo << seguidorde emisor >>.

Propiedades caracte rfetlcasElcircuito de colectorcomún tiene una alta resistencia de entrada y una baja resistenciade salida. Por esta razón, es particularmente apropiado como un circuito de entradapara circuitos amplificadores de varias etapas, porgue solo carga levemente algenerador de señal. En consecuencia, el circuito de colector común e$ usadofrecuentemente en el rango LF para el acoplamiento de la entrada de un amplificadorcon la resistencia interna de una fuente de sefial, inclusive cuando su amplificación detensión es menor gue 1" Por está raz6n a este circuito también se le conoce como<< convertidorde impedancias >>

Ejemplo:En la fig, se muestra al transistor BC 237 Aoperado en un circuito de colector común.Este transistortiene un punto de trabajo Ur, = 5 Vi lc=2 mA; Urr= 0,62 V y tiene los

sig uientes datos: lrr, = 2,7 k{t,$ = 22Ai tce * 55,6 kf,¿ , B = 17A. '

¿Cuáles son los valores [6¡¡, r¡¡r Au, A,y A, gue tiene este circuito con y sin resistencia de

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

lE

10v-5v * 2,5 kO2mA

Escogido : el valor normalizadg R, * 2,7 k{l

2 rnA= 1'l ,77 pA

170

fi1. = ,,9* ;. p,,qr;JJ-eL = to.v ;l,QP,Y,:-lv = 322 koI rf lB 11'77 pA

Escogido : el valor normalizado R, = 390 kll

lfr - u", _lc

I =t =rBB

MECANICO DE MANTEHIMIENTO40

40

-=F

ELECTRONICA BÁ$ICA INDUSTRIAL PARTE II

dtffifuAn

Resistencia de entrada de corriente alternE rnn,

a) $in resistencia de carga

funr F {rr, + fJ' R, ) ll R ,= (2,7 k{lrn," = 235 k()

+ 220 - 2,7 .k{¿} ll 390 kf)

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

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

Amplificación de tensión A

a) $in resistencia de carga

224 . 2,7 k{2

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

b) Con resistencia de carga R, = 1ko

22A (2,7 k{2il 1 kf))

A - F'RoAL'= [l'4+u= =

4,., * 0.995

A - fl .(R*ll RL)Ai)- ftml FJ+

4,, = 0.983

Amplificación de corriente ,4,

A, = {) x 220 (valor aproxim arlol

Valor más preciso:

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

4,, = 210,8

Amplificación de potencia A,

a) Sin resistencia de carga R'

' Ao = Au" A,= 0,995 ' 210,8

Ao= 2A9 '7

rpo 22A (2,7 ko-ll 1 kf¿) + 2,7 kl",

100 s)

I

U.,,t

U* = 'r'19 Y

f-*^..___o*__**

f,, R, 1k

b) Con resistencia de carga R. = 1kf)-

Ar, = Au ' A, * 0,983 ' 21A,8 Elapa cle amplificaCión con circuito de colector connún

Ar,= 2A7,2

MECANICO DE MANTENIMIEN.TO

4141

ñffiN¡M ELEcTRÓNIcA gASEn INDUSTRIAL PARTE II

$umario y comparación ¡

En la figura están listadas y cornparadas las fórmulas de cálculo y los valores

característicos típicos de los tres circuitos básicos del transistor.

Circuito

Circt. de emisor Circt. de colec{or

Resistencia Ecuaciónde entradade corriente_ Valores

alterna tfpicos

f.n,= fsr ll R, ll R,

'ml 'ÉE

0,4 ko ... 5 ka

r*,= R"ll r.,f*,* fc

1 ko ... 10 ko

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

^ - F'R",1., *

-

" fe.

100.,.1000

^ - F'f".,"\* }]+ rcE

A,= [t

20 ... 500

A"= Au'A,

Ao= CI' .Esf"t

2000...50 000

q;180fI

Gircuito eslándar paracircuitos LF y HF

r"nt= (r¡E + p. Rrlll R.

200 kn ,.. 500 ka

r,,,= f"tl Rt ll REp

100 ko ..^ s00 ko

Au'

Au=

<1

S' R*F:ffi

a= rc*(1 +B)R"* f"u

A,= P

20... 500

A"s Au'A,

ft"= p

20...500

q= 00

Convertirjordeimpedancias deetapas de entrada LF

,'",,,= .f- ll R*

50 kn ... 200 ko

r"",= R" ll rro

l*,* (c

50 kr),.. 200 kr)

^ - P t"r'R"ttu-G mn.= P..-&

Udlue

100... 1000

¡= fi1+p

A,= 1

<1

Ao= A, 'A,

Ao= Au

100.. 1000

q= 00

Amplitcador HFapropiado paraf > 100 MHz

Resistenciade salidade conientealterna

Arnplificaciónde tensión

Amplificaciónde coniente

Amplificaciónde potencia

Desfasa-miento (fre-cuencias bajas)

Aplicacién

Ecuación

Valorestipicos

Ecuación

Valorestípicos

Ecuación

Valorestlpicos

Ecuación

Valorestípicos


4242

JAISENAN ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAI- PARTE II

WffiWffiW

TI,IONTAJE DE FUENTE DE ALIÍVIENTACIONCON E$TABILIZADOR DE TEru$l0ru

MECANICCI DE MANTENIMIENTOa'

4343

lI

)

;I

)

)

2V220t1

220 t 12V

N" OPERACIONES MATERIALES / INSTRUMENTOS

01 lnstalar estabilizador'de tension con

diodozener[ 01 transformador220/RV

[04diodos1N4007[ 01 condensador1000 pF/25v

I O?resistencia 330r, 1K

[ 0l diodoZenerdeE,2v

[ 0l transistor D401

[ 01 fuentedealimentación DC

[ 01 protoboard

[ 01 multlmetro digÍtal

01 01

PZA, CANT. DENOMINACÉN NORMA '

DIMENSIONES OBSERVACIONES

*trfu¡ül

PERU

HOlffaE D€ REilTE DEAIJHFITICNoII OOt{ ESTABI.¡ZADOR 0E TFtlSlOll HT 07 REF.

MECANFO DE MANTENIMIENTOTIEMPO: HOJA: 'll1

ESCALA 2005

4444

IdAs

ffifuAn

Operación; INSTALE ESTABILIZhDOR DE TENSTON CCIN DTODOZENER

Paso 1: Armar el circuito mostrado y variar los voltajes de la fuente según indica la tabla yanotar los valores que indica elvoltímetro en la carga"

E v,

4V

6V

BV

10 v12V

14V

16V

Paso 2: Armarelcircuito mostrads y medirelvoltaje de salida

12V220 to**__--_-_rJ

*1e{*{ó/,-r¿*JJ

*

MECANICO DE MANTüfi¡IMIENTO

ELECTRÓNICA BA$ICA INDUSTRIAL PARTE II

4 x 11,14004

4545

,AttrN¡M ELEcTRÓNIcA EASICN INDUSTRIAL PARTE II

Operación: IUIONTAJE DE CIRCUITO REGULADOR SERIE CON TRANSISTOR BJT

Paso 1: Armar el circuito mostrado y variar los voltajes de la fuente según indica la tablaanotar los valores gue indica elvoltímetro en la carga.

E v,4V

6V

8V

10v

12V

14V

16V

Paso 2: Armarelcircuito mostrado y medirelvoltaje de salida.

12V22A IO'.-.-(*1al€¿*{á

*

MECANTCo DE MANTENTMIEIITO46

46

DIOOOZENER

Definición

Los diodos rectíficadores nunca deben Operar en la región de ruptura por que esto puededañarlos. Un diodo Zener es diferente, es un diodo de $ilicio que el fabricante optimizapara trabajar en la regiÓn de ruptura, el diodo Zener es el elennento más importa de losreguladores de tensión, circuitos que mantiene la tensión de carga prácticamenteconstante a pesar de las grandes variaciones en la tensión de linea y de la resistencia decarga

Efecto Tener y Avalancha

La tensión inversa aplicada origina un campo eléctrico que ejerce un fuerza sobre loselectrones deldiodo.

A partir de una determinada tensión y hasta 6V aproximadamente, algunos electrones devalencía son arrancadores de sus enlaces, con lo que se originan portadores de carga quepueden mover$e libremente hecho al cual se denomina denomina efecto Zener,conseguido con los materiales fuertemente dopados.

MECANICCI DE MANTENIMIENTO4V

a

47

5 voltios

Efecto deAvalancha

Efec{oZener

JItritu¡m ELEcTRÓNICA EASrcR INDUSTRIAL PARTE II

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

$fmbolo

Curva de Garacterlsticas

Es pecificac iones Téc n lcas o Ca racterlsticas eléctricas

. Tensión Zener (Ur)

. Corriente inversa máxima (l* O lr)

. Corriente directa máxima (lru)

. Temperatura máxima de la unión, Potencia total ¡

. Resistencia o impedancia dinámica

. Coeficiente de temperatura

. Ruido deldiodo

. Capácidad deldiodo

lr*

20

Garacterlsücas de un diodo Zener


484B

ELECTRóNICA sÁstcn tNDUSTRIAL pARrE n

Aplicaciones ,

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

AU.

60

un*

,oo *.KV

l* en mA

Estabilización con diodo Zener

Rangos rJe tensión

La tensiénZener indicada para un diodo Zener usualmente se aplic a paraunacorriente l,=5¡rA. Hoy en día $e suministran diodos Zener con tensioneg Zenerentre Ur= 2.4V y U r= 47V. De todas formas, también se producen cliodo s Zenerde potencia para tensíones Zener de hasta LJ, T 200V.Los valores cJe lasdiferentes tensiones Zener de' los diodos de ilna serie correspondenfrecuentemente a la serie F.24, es decir, existen solamente diodos Zener eon"tensiones

Zener de 2,4V;2,7V; 3,0V;3,3V;3,6V;etc. La tensión Zener indicadano obstante tiene todavía una cierta tolerancia,la cual depende del grado decalidad del'diod oZener, y puecle estar entre 1 olo y 1A a/o

MEGANITO DE MANTENIMIEMIO 49a' 49

ELEcTRÓNIcA eAsIcR INoUSTRIAL PARTE II

#rtrfil¡sl

Designaclones

Para poder distinguir los diferentes grupps de tensiones con las tolerancias asociadas dediodos Zener de un tipo básico, se añaden letras adicionales a las designaciones de tipodeltipo básico (ej. BZX 83). De acurdo alsistema <rPRO ELECTRON>, las diferentes letrastienen el siguiente significado:

A *, 1oloi B *.To/oi C t5o/o; D *.1}a/o.

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

BZX 83

Tipo básico

$ilicioDiodo ZenerTipo industrialNumero de registro

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

Donde:

c 6V8

Tolerancia Tensión Zener

C *.5o/o 6,8 V valor nominalB

ZX83

V, = Tensón de entradaV; * Tensión de salidal, = Corriente en el zénerl. = Corriente de salida

9 a 12V7v5mA24a50 mA

MECANICO DE MANTENIMIEHTOa"

5050

ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE II

J'rttrfuAn

Fuentes de alimentación reguladas

Es una fuente no regulada que incluye un reguladorde voltaje"

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

Regulador por diodo Zener

Donde: V* = Tensón de entradaV, = Tensión de salidal. = Corriente en el zénerl* = Corriente de salida

I a12Y7v5mA2Aa50mA

Con el uso de este circuito podemos asegurar una tensión máxima a la salida del circuitoindependientemente de las fluctuaciones originada en la entrada del mismo.

Este circuito es muy sencillo de implementar, solamente tendremos que ver cual es el valorde la resistencia Rlim que será la resistencia limitadora que absorberá la diferencia detensión que quereüla$:'recortar en la entrada

Para elcálculo de la misma hacemos:

V,{minJ - V-

l.{min} + l,{móx)


5151

,ArffiTUAN ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Donde: .

Ve(min) sTénsiÓn de entrada mlnima

V$ = Tensión de salidalz(min) = Coniente mlnima que circula por el diodo (Dato obtenido de la hora

de datos del fabricante)'ts(máx)= Corriente máxima que atraviesa la carga

$i por ejemplo, nuestra fuente de entrada varla entre 9 y 1 2V y queremos a la salida una

tensión de 7 V entonces Rlim será.

RlimW (9-7){0,005+0,050} * 2/0,055 = 36,36 O

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

Vemos que Rlim tiene gue $er menor o igual a 36,36 ohms, ¿prer exiete en el mercado

dicho valor de resistencia? Como ya vimo$ en el capftulo 1, cuando hablamos de las

resistencia$, que ng,tqdgp lgq,,y3,lpr$9,,d,g fegiplgnSins,e,$tán, #sp"pnihlq$* sólo podrerno$

encontrar ciertos valores para las resistencias. Pero en este caso no habremos de

preocuparnos dado que para Rlim tenemos una cota de menor o igual a 36,36 fl , entonces

bastará con elegir un valor próximo a éste pero sin pasarlo. De la tabla de valores vemo$

que el que más se aproxima ee 33 A , por lo tanto elegimos éste

Ya tenemos el valor ohmico de la resistrencia, ahora nos falta ver qué potencia va a disipar

la resistencia, para ello multiplicamos la corriente que la atraviesa por la tensiÓn que cae

en ella (Ve-Vs)

La corriente es: l=2133= 60,60 mA

Entonces P =2V x 60,60 mA =0, 12W

Elegimos una Rlim cuta disipación de potencia sea 1/2 W

Precauciones con la polaridad ¿el OiodoZener

La potencia deldiodo Zener determina la rnáxima corriente permisible para eldiodo y hay

que tener muy en cuenta de gue en el circuito no sobrepase esta corriente lo que producirá

la destrucción del dispositivo, una regla general hay que hacerlo trabajar como máximo

MECANICO DE MANTENIMIENTO 52at

52

JATSENAN ELEcTRóNrcA gÁsrcn TNDUSTRTAL pARTE n

EL REGULADOR SERIE POR BJT

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

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

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

En el stock encontraremos el BD1 35.

2" Se designa eldiodo Taner:

U|=UO + UBE = I V + A,T V = 10V

PD* UZxIZ*10V x0,01 V= 0.1 V

Luego, el Zener tendrá la característica IJZ= 1 0 V ; PD = 1l2W

3" Se calcula la R*

u.,

lBlo = ggA = 2,b mAB 200

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

U,-U, 15V-9V-l- = ffin-= 4Bo-

l*=1,

Rs= R.'= 470 -(Valor comercial)

T, 'u

R,

MECANICO DE MAhITENIM IENTOa' 53

53

JATtrilffil ELEcTRÓHICA gASEN INDUSTRIAL PARTE II

Circuito Reguladorde tensión con componentes discretos

Este tipo de fuente está constituida por un regulador serie simple al cual se la ha agregadoun divisor de tensión para derivar una muestra de la tensién de salida, asl misrno se le ha

agregado un transistor que opera c,omo una amplificador lineal y gue toma la muestra deldivisor de tensión como realmentación con el cuál se coRtrola corriente de su colector.Además sólo se necesita un diodo Zener de una tensión próximo de 6 V como referenciapara asl rnantener el coeficiente de temperatura próxirno de cero conservando una granestabilidad que es amplificada con el amplificado de realimentación de tensión.

EJemplo: $e requiere una fuente regulada de tensión con realimentación de Uo = 10 V ;

lo = 0,5 A ¿gue especificación tendrá cada uno de su$ cornponentes si se alimenta con

una Ui = 15 voltios? l

1 o $e seleccionan los transistores

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

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

lr* 1,5A; Po= 20W ; hrr=200

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

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

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

3' $e calcula los valores de R,, R2, R,


5454

JAIffiruAn ELEcTRÓNIcA gAslca INDUSTRIAL PARTE II

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

UOyquer= Tp

lP = 100 a 200 lO si lO = 500 rnO ==r lP = B,B mA

r = .=1=Q,Y.- * g030 O3,3 mA

a) Calculando R2

R2 = ,vfiJ I = 6,2 V¡-3030, = 1878,6 Quo 10v '!v'u'r.'¡É

==> R2 = 1 I k() {valor comercial}

c) Se estima R1 = 680 ()

R3 = 500o (potenciómetro)

4'Se calcula R4

lrr=lO=0,5A lC1 *5mA

lu'= #=+f;tA*=2'5mAR4 E Vl - (U0.+ UBE2)WR4E lfyÉ**Yü*fl0=##"a586,62r)

==> R4 = 560 f) (valor comercial)

R5*ffi=ffi= *fu3seoe==> RS * 910 e (valor comerciat)

Circuito regulador de tensión cqn lirnitador de intensidad de corriente

' Los reguladores en serie en los capítulos anteriores no cuentan con alguna proteccióncontra circuitos.

Si accidentalmente se realiza un cortocircuito en los terminales de la carga, se tendrá- como respuesta una corriente de salida (lO) muy e.levada que destruirá al transistor o a

los diodos de la fuente no regulada porsobrepasar sus valores límites de FD.


55

,rrtrN¡[l ELEcTRóNrcA gAstcn TNDUSTRTAL pARTE u

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

La R6 se calcula para gue produzca una caída detensión de0,6 aA,7 V al valordelímite de coniente (lOmáx) para así poder polarizar al transistor T3, ponerlo en

eaturación y derive una cantidad importante de corriente para gue no siga aumentandol82 y como consecuencia no aumente lO.

Ejemplo: La coriente de salida de una fuente regulada lO se necesita limitar a 0,5 A

¿cuáles serán los componentes a seleccionar?

a) Se selecciona un transistor de pequeña potencia, en este caso se ha seleccionado

un NPN más especlficamente al BC 108C este transistor trabajará en conrnutación o

sea que cada vez gue existÍa un cortocircuito o un consumo mayor a 0,5 A entonces el

transistor estará conduciendo y mientras la corriente sea mayor a 0,5 A el transistorpermanecerá en estado de bloqueo

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

*=>RS = UglL =to

Luego, R5 será de

Y- E 1,4t¿0,5 A

1,5 O (valor comercial)


5657

JATSENAN ELECTRÓNICA BÁSICA INDU$TRIAL PARTE II

Circuitos osciladores y conformadores de onda

Conceptos

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

(a) Onda sinusoidal (d) Diente de síerra

(b) Onda cuadrada(e) CInda triangular

(c) Tren de impulsos

;'ff]::|1:r +

Estos circuitos se emplean en todo tipo de equipos electrénicos desde radios, trasmisoresy receptores de televisiÓn, computadora$, osciladores, generadores de señal a medidoresde frecuencias d ig itales

Partes de un oscilador

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

58IvIECANICO DE MANTEN|M|ENIO

ST

h

Periodo

^trru¡trI

l-

I

i

F

ELECTRÓNICA BASEA INDUSTRIAL PARTE II

Reguladore$ de tensión integrados r

Todas las fuentes de tensión constante q¡le emplean técnicas de circuitos integrados son

ofrecidas por diferentes fabricantes bajo las descripciones regulador de tensión frja y

regulador de tensión variable, estas contienen alrededor de 20 funciones de transistor,varios diodos zener y aproximadamente 20 resistencias. integrada$, y trabajan baio elprincipio de las fuentes de tensión constante con amplificador diferencial. El practicante

no necesita estar familiarizada con la técnica del circuito interno, ni con el trabajo de los

tra nsistores ind ividua les.

Estos reguladores de tensión integrados generalmente tienen tres terminales, para latensién de entrada Uent, para la tensión de salida Usal y para masa o tensión dereferencia. Consecuentemenle a estos se les denomind reguladores de tres pines.

Debido a la limitación de corriente y protección térmica integradas, estos reguladores sonmuy inseniibles a cortocircuitos o sobrecargas. Dichos reguladores permiten unaconstrucción simple de las fuentes de alimentación de potencia.Mediante la circuitería apropiada con componentes adicionales, se'pueden construirrápida mente ,para propósitos especiales, fuentes de alimentación de potencia conbuenas características a bajo costo.

Reguladore$ de tensión fiia de las series 78xx y 79xx

Aparte de un gran número de tipos individuales de regutadores de tensión fija, dos seriesde reguladores de tensión son hoy en día de uso generalizado. Estos los producen variosfabricantes con los mismos datos y se ofrecen como la serie 78xx y la serie 79xx. La serieT$xxesta diseñada para tensiones de salida positivas con valores fijos entre + 5 V y 24V,mientras que la serie 79xx es para tensiones de salida negativas con valores fijos entre - 5

V y 24Y.El número que aparece en el lugar representado por xx en el número de serie indica la

tensión de salida. Por ejemplo, el número de serie 7805 indica una tensión de salida de + 5

V, y el número de serie 7915 una tensión de salida de - 15 V. Los reguladores de tensiónfija se aplican para corrientes de carga desde 0,1 A hasta 5 A. $e producen diferentesdiseños de capsulas, de acuerdo a la carga.La resistencia interna dinámica de los reguladores de tensión fija, en las series 78xx y79xxes del orden de n = 20 m Valores.de G = 500 a G = 5000 se pueden determinarcomofactores de alimento (G = Uent / Usal), dependiendo del modelo de la serie.Existen circuito básicos y sencillo$ para la instalación de los reguladore's, sin importar sus

l" l"-{r0V

l-lr-,I{'0v

MECANICO DE MANTENIMIENTOat

58

*SENAN ELECTRÓNICA BASrcA ¡NDUSTRIAL PARTE II

En todos los reguladores, la tensión de entrada U,", debe $er por lo rnenos 2 V rnás alta guela tensión de salida Uu,,. Los dos condensadores Cu", v C,ur también necesitan serconectados externamente. Para el condensador C.", son nonnales valores entre 47A pF y

22AA pF. Si la distancia física de los reguladores hasta elcondensadorCentes grande.

Reguladore$ de tensión ajustable

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

+40V + 1.25 ... + 37 V

-40v ,1,?5... - 37 V

LM 317

MECANICO DE MANTENITUIENTOat 59

59

frtrN¡M ELECTRÓNICA BASlcA INDUSTRIAL PARTE II

La tensión de salida se ajusta utilizando el potenciómetro R2. Para la resistencia R1 los

fabricantes especifican un valor de R 1 > 120f,l . Con elobjeto de minimizar la corriente quepasa a través deldivisorde tensión, ugualmente se selecciona un valormayor.La tensión de salida se obtiene a partir de la relación de R, y R, como:

Usal E 1,ZS 1*# V

Para el trabajo óptimo del regulador es conveniente ordenar las resistencias R1 y R2 a ladistancia más cort¡a posible del médulo regulador" para el condensador de entradaadicional, colocado directamente en el módulo, se requiere un valor C, = 0,1 ¡rF.La coniente nominal de ambos módulos €$ l*0, = 1,5 A. La limitación de corrienteintegrada limita la corriente de carga I l, = 2,2 A. La potencia de pérdida perrnisible es P*n"

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

Otro regulador ajustable es el tipo L200 (fabricado por SG$ -ATES). Este tiene cincoterrninales. Consecuentemente existe la posibilidad de programación de tensión ycorriente. Para el L200 son ceracterfsticos los siguientes datos:

Tensión de entrada máxim aMáxima diferencia de tensión entrada/salidaTensión de salida ajustableCorriente de salida ajustable

40v32V

3... 37 V0....24

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

MECANICO DE MANTENIMIENTO:

60

60

ñffitUAn ELEcTRóNrcA BÁsrcA rNDU,srRrAL pARrE n

I

La tensión de salida se calcula utilizando la fórmula:

Para que el transistor de salida interno conmute adecuadamente la resistencia R1debería se RT1 < 1 k . La corr¡ente de salida se limita por medio de la ¡esistencia R3.Su dimensionam iento se realiza de acuerdo a la fórmula:

para R3 = 0 , la corriente de salida máxima lsalmáx = 2,s A. Los reguladores de tensióntienen inclinación a oscila¡ debido a que su método de trabajo se basa en el proceso dela técn ica de regulación,. Por lo tanto, para prevenir las oscilaciones, se conectancondensadores adicionales entre la entrada y masa y entre la salida y masa.se puede requerir de mayor compensación dependiendo de la aplicación y de lanaturaleza de la construcción del c¡rcuito. se debe hacer referencia a los cuáles delfabricante.

MECANICO DE MANTENIMIENÍO., 6161

ELEcTRÓNICA AASrcA INDUSTRIAL PARTE II

Jt*NAN

wffiffiffiffiw

MONTAJE DE TIRISTORES YTRIAC

MECANICO DE MANTENIM}ENTOa"

6262

Osciloscopio

0,1 1rF/600V

224 {)

NO OPERACIONES MATERIALES / I NSTRU M E NTOS

01 lnstalar circuito de tiristor y triac [ 01 TRTAC 600V/10A

[ 01 D/AC

[ 02condensadores0,l pF/600V

I O2resistencias 22Ar,1 K[ 01 potenciómetro

[ 01 lampara 22AV

[ 0l osciloecopio

[ 01 protoboard

I Puntas de osciloscopio 10:l

01 01

PZA. CANT. DENOMINACIÓN NORMA I DIMENSIONES OBSERVACIONES

JtsNrm

PERÚ

MONTAJE DE TIRISTORES Y TRIAC HT 08 REF.

MECANICO DE MANTENIMIENTOTIEMPO: HOJA: 111

ESCALA: ?o5

6363

ELECTRÓNIcA gASICe INDU$TRIAL PARTE II

ñtrlu¡fil

OPERACIÓN: INSTALAR CIRCUITO CON NRÉTOR

Paso I : Verificar componentes, equipos y accesorios a utilizar.

Paso 2: Armar el circuito mostrado y conectar el osciloscopio,

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

0,1 pFl600V

0,1 t¡F/600V


6464

ñSEfUAn ELECTRóNIcA BÁsrcA TNDUsTRTAL pARrE

'

OPERACIÓN: INSTALAR CIRCUITO CON TRIAC

Paso I : Verificar componentes, equipos y accesorios,

Paso 2: Armar el circuito mostrado y conectar el osciloscopio.

Lámpara

0,1 nF/600V

220 #

Paso 3: Graficarlaonda que aparece en elosciloscopio,

IL'IECANICO DE MANTENIMIENTO 65a

65

0.1¡tF/600V


*trTUAN

TIRISTORES

lntroducción

A diferencia de los transistores bipolares y de los FETS, que operar comoamplificadores lineales o como interruptores. Los tiristores sólo pueden trabajar comointerruptores. Estos son dispositivos semiconductores de cuatro capas gue medienteretroalimentación interna produce un enclavamiento o enganche.

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

Glasificación

Existen diferentes tipos de tiristores como se indica a continuación:

TIRISTOR DIODODIACTIRISTOR SCRTRIAC

Diodo de cuatro capa$ (SHOCKLEY)Tiristo r d iodo bidireccionalTiristortriodoTiristor triodo bidirecciona I

El tiristor Diodo o Diodo Shockley

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

AT

.*P

N

p

N

K

A

P

N N

P P

N

K

MECANICA DE MANTENnIIENTO.,66

66

*SETUAN ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE II

Funcionamiento del diodo $hockley r

Cuando se aplica una tensión inverga a este diodo, las dos uniones PN exterioresquedarán al norte, osea, polarizando en sentido inverso y por el diodo solo circulara unadébil corriente inversa. Cuando se le aplica una tensión en sentido directo sólo quedaráalcorte la unión PN central.Mientras la tensión aplicada sea menor que la tensión de encendido circulará tambiénuna corriente de poca intensidad de igual valor que la inversa" Cuando se sobrepasa latensión de encendido (UE) el efecto de avalancha provocará la aparición de un grannúmero de portadores de carga libres en la unión PN polarizada inversamente, con loque eldiodo se cuatro capas se pondrá a conducir.

Una vez que un diodo de cuatro capas comienza a conducir (tensión de ruptura) latensiÓn a través de él cae a un valor pequeño, dependiendo de que tanta corriente estecirculando por é1.

bloquea --->

bloquea ----,>

bloguea ---{'

Polarización directa Palarización inversa

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

Símbolo

AN-l K

MECANICO DE MANTENIMIENTOa' 67

ot

ELEcTRÓNICA EASICN INDU$TRIAL PARTE II

JATtrNAN

f¡fr

I:¡

:I

t5/35 ¡uA

U *nn.0,51 1,2 v

Uoo***2OI2AAv

uo

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

EL DIAC

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

_m*'-=- L,

Los DIAC son muy utilizados para realizar circuitos de disparo del $CR y TRIACpermitiendo obtener, con condensadores de poia capacidad y volumen corrienteselevadas de disparo,

Estos elementos tienen el mismo principio de funcionarniento que el diodo se cuatrocapas con la única diferencia que el DIAC puede disparar y conducir hacia ambossentidos

Las tensiones de disparo $uelen darlo los fabricantes entre 20V y 32 V.

Curva de caracterfsticas

A O ANODO

ZONA DEBLOOUEO EN

ZONA DE BLCIOUEOEN SENTIDO

DIRECTO

lF

l*/mNSA

0,05 / 0,2 ps

I

LIP

N

P

-l2

MECAN tCO DE MANTET.IIMIENTo68

68

dAsSE¡UAN ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Símbolo

',-ffi-',Curva de características

ELSCR

Estos elementos pueden considerarse como una evolución de los diodos de cuatrocapas, a los que se les ha añadido un electrodo de mando, también denominadopuerta.

Cuando el electrodo de mando o puerta no está conectado el SCR se comporta comoun diodo de cuatro capas

Este elemento actúa comCI interruptor de alta velocidad y se utiliza generalmente encircuitos que funcionan con potenciales de varios cientos de voltios y por que puedanpa$ar hasta varios cientos de amperios.Siendo su mayor uso en regulación de velocidad de motores de corriente continua.

"Principio de funcionamiento del $CR

A un transistor $CR puede hacérsele trabajar como circuito abierto (dejándoloblogueado en sentído directo) o puede hacérsele disparar a un estado de conducción'en sentido directo, aplicando un impulso corto de potencia relativamente bajo el

J:::'-1::::11;MECAN ICO DE'VIANTEFIIMIENÍCI

Zana de conduccióndeldiodo de cuatro

capa$ izquierdo

Zana de conduccióndel diodo de cuatro

capa derecho

697A

*trN¡trI ELECTRÓNICA BASrcA INDUSTRIAL PARTE II

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

Terminalde Fuerta

Elfuncionamiento puede dividirse de la siguiente manera:

Polarización inversa.- La polarización negativa del ánodo respecto del cátodo, eltiristor se encuentra en estado de bloqueo inverso y solamente pasa una corriente defuga de valor bajo. en estas condiciones las uniones J1 y J3 están polarizadas enseritido inverso.

Polarización directa.- La polarización positiva del ánodo respecto del cátodo, pero sinseñal de puerta. En este caso se dice que el SCR está bloqueado en sentido directo,puesto que se comporta como una resistencia elevada.Solamente pasa una pequeña corriente de fuga. Puede verse también que aunque J1y J3 estén polarizadas en sentido directo la unión central J2 está invertida. Por lo querespecta alcircuito equivalente, se puede explicarel bloqueo en sentido directo porqueal no tener la puerta señal aplicada , TrZ se bloguea. Solamente puede pasar unacorriente de fuga pequeña.

Palarización en sentido directo con señal aplicada a la puerta,- Si se aplica un impulsode polarización directa entre la puerta y cátodo mientras el ánodo sea polarizando enforma positiva respecto delcátodo, eISCR estará obligado a conducir.

El tiempo de conmutación es r"¿p¡Ao (microsegundos) y puede pasar por elcomponente una corriente grande, limitada solamente por la resistencia externa. Latensión de ánodo a cátodo cae a un valor bajo, normalmente 1 V.

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


Terminal de Ánodo

70

,AltrfuAn ELEcTRÓNIcA eAsIcR INDUSTRIAL PARTE II

El circuito de los dos transistores tiene un taio de realimentación positiva, puesto quecada uno tiene su colector cableado a la base del otro. Por este motivo los dostransistores conducen rápidamente y permanecerán así aún cuando se retire la señal,el conjunto solamente puede dejar de conducir por reducción de la corriente de ánodopor debajo de un valor conocido como "corriente de retención" o corriente demantenimiento,

En los circuitos de corriente alterna los SCR dejan de conducir todos los semiciclos,cuando la tensión de la fuente de alimentación pasa por cero y se hace negativa; estoautomáticamente hace gue deje de conducir. En los circuitos de corriente continua seemplean técnicas especiales para reducir la corriente de ánodo a cero, para hacer queno cond uzca ese componente.

Existen otras dos condiciones, aparte de la señal de la puerta, que harán que el $CRbloqueado en sentido directo entre en conducción.

Sobrepasando la tensión directa máxima de ruptura en sentido directo.Aplicando una onda de tensiÓn de subida rápida entre ánodo y cátodo, normalmentemayor de 50 V por microsegundo. Este "efecto de rapidez" se explica porque lacapacidad interna (uniÓn J2) puede alimentar una parte de una tensión de ánodo desubida brusca a través de la puerta. Esto hace que el SCR conduzca.

Siendo estos dos efectos indeseables.

Símbolo delSCR

El símbolo del SCR es lo rnismo que el de un diodo rectificador al que se le añade unterminal llamado puerta {G).

I

. Curvas de características del SCR

En el siguiente gráfico se tiene representado la curva característica de la l, en funciónde (U') donde podemos observar que conduce en el primer cuadrante conduccióndirecta y bloquea en eltercercuadrante.

MECANICO DE MANTENIMIENTO 71

71


,rtEEIUAN

Coniente de

Tensión lnversa

directa

Tensión directamáxima de rupturaen sentido directo

,l

i Region de descargainversa

Tenslón Directa

Bloque en sentido directo

Reverse current

Especificaciones técnicas del SCR

Las especificaciones técnicas más importantes delSCR son:

Corriente media en directo (IFAV).- Es la máxima corr¡ente media que puede circularporelSCR.Tensión de pico invrerso (URWM).- Es la máxima tensión de pico gue puede soportar elSCR en polarización inversa.

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

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

f Corriente de mantenirniento (lM)f Tensión de mantenimiento (UH)f Qorriente de enganche (lL),? Tensión deenganche {UL}/ Tensión de disparo (UD).

f Tensión de cresta alestado bloqueado (UDWM)

f Tensión dlrecta de pico repetitivo (UFRM)

,/ Tensión inversa de pico no repetitivo (URSM)

/ Carriente máxima de pico no repstitivo (IFSM)

Así mismo en la curva de caracterlsticas del SCR podemos notar regiones en laausencia de corriente de comando.


7272

,AsffiNAN ELECTRÓNICA BÁ$ICA INDUSTRIAL PARTE II

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

2. Aumentando la tensión directa $e presenta la tensión de avalancha de la unióncentral, esto es la tensión de disparo o ruptura con U" = 0

3. Región de resistencia negativa no observable con elosciloscopio.

4. RegiÓn de pequeiia impedancia, es la región de conducción directa

Si se aplica una corriente de comando sobre la puerta, se desp laza hacía la izquierda latensión de ruptura (U,.).

CCRRIENTEuE Áruono (l')

Uorr, 1E¡.¿stóru

Áruono - cÁrcr:r:

Hoja de datos técnicos del $CR

Estos datos son proporcionados por el fabricante, agrupándolos y formando catálogoscon las características de cada cCImponente asi como también su forma, dimensiones

.y ubicación de terminales.

Mf;CANICO DE MANTENIMIENÍO T373

ELEcTRÓNICA gASNN INDUSTRIAL PARTE II

,Artrtu¡m

Hoja de datos de $CRs de potencia. .

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

thyristors ¿ {00Armsthyristors ¿ 100 Aeff

cB -265 (MU 169) Oele l€ad ; rirhltoC,athocla leacl : rcdApprox. Lengfi: 300 rn¡n

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

MECANICA DE MANTENIMIENTOa"

Typ¿sl,?

(A)

o:'"

Vr**(v)

lr,*.o

10 ms

(A)

l* €}Vo"otl* @Voo,n,

T, = 125oC

máx(mA)

To*= 25oQ dvlüoe 60%

V''to"

min

{V/ps)

Casev,,o

máx(v)

lo,máx(mA)

vr" I lrurnáx

M (mA)

1400 Arms/T,,* = 80 oC T, = 125 oC ln t = I 125 000 A? s

TN 931 OlTN s31 02Tr.¡ 931 04TN 931 06TN 931 08TN931 10TN93t r?TN931 14TNS3l 16Tt't 931 'r8TN 931 20

80r

lm2ú04m6m8m

10m1m14m16ü18m2ffi

15ffi) 1A 3 m 1,S 2m0 38

1 900 Arme/T,^* = 8O oC Ti = 12S oC t? | = 3 I 25 OOO Ar s

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

1210

fm2ú4m6rD8ff)

r0m12m14&

25 000 40 3 2m 1.35 2m0 3(n

o@T'*1?5{C

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

7474

?*

SETUAN ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

EL TRIAC

Es un elemento semiconductor de tres electrodos, perteneciente a la familia de lostiristores, urJo de sus electrodos es su terminal de control llamado puerta (G) y los otrosdos son los electrodos principales de conducción.

Este dispositivo puede pasar de un estado de bloqueo a un régimen de conducción, enlos dos sentidos de polarización (lery 3er cuadrantes) y volver al estado de bloqueopor inversión de la tensión o por disminución de la corriente por debajo del valor demantenimiento lH"

EITRIAC es pues la versión bidireccional del SCR, en su repre$entación eléctrica se lepuede comparar con la asociación en antiparalelo de dos SCR como se indica en elgráfico siguiente

r r,

N

pl.al, f I- -

lN

T,

El funcionamiento es similar alde los $CR. Así el TRIAC dejará pa$ar la corriente o labloqueará en ambas.direcciones y puede serdisparado para gue produzca, en una uotra dirección, las señales de puerta positivas o negativas.

El TRIAC conduci rá carrectamente si:

GO-

a)T2 (+¡11 (-)G (+)

blr2 (-)T1 (+¡

G (-)

Primer cuadránte

Tercer cuadrante

MECANICA DE MANTENIMIENTOa" 75

75

Jrr*N¡[1 ELEcTRÓNICA gASICR INDUSTRIAL PARTE II

Slmbolo

Curva de características

Ejemplo de aplicación del DIAC y TRIAC

mando de potencia (corte por fase)

G#T2 Tr


7676

,AttrfuAn ELECTRÓI.IICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Prueba del SCR y TRIAC

Un SCR es un diodo conmutable que en la conrJucción no activada, bloquea lacorriente en ambos sentidos de circulación. Aplicando un pulso positivo de tensión alelectrodo de control, elsCR pasa alestado de conducción.un circuito de prueba se basa en estas propiedades der scR.

Prueba con el ohrnímetro.- El polo positivo del instrumento se conecta ánodo y el polonegativo alcátodo del $CR, Uniendo ahora momentáneamente elelectrodo de control(puerta) al ánodo (que corresponde alpolo positivo del ohmímetro), el$CR debe pa$aral estado de conducciÓn. Este estado debe mantenerse aún interrumpiendo laconexión entre el electrodo de control y el ánodo. El SCR sólo vuelve al estado debloqueo interrumpiendo {aunque sea momentáneamente) la conexión con elohmímetrc.

Prueba con probador de continuidad.- En lugar del ohrnímetro,probador de continuidad formado por una lámpara en serieprocedimiento de prueba es el mismo.

puede emplearse uncon una batería. El

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

MECANICO DE MANTENIMIEN.TO 7777

^trlNAn rlecrnÓN¡CA NASrcR INDUSTRIAL PARTE II

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


7878

frtrluAn ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE II

WWW

MONTAJE NE COMPONENTHSSEMICON DUCTORES ESPECIALE$

ffi"trffiW,#,Wui';y,iflffi Wlft,,ffi

MECANICO DE MANTENIN/HENTOa'

797g

\i€NTILAI}üR-lJJ-¿*r

'+'ij.rl 22rN

MOr]3820

NO OPERACIONES MATERIALES / INSTRUMENTOS

01 lnstalar circuito son dispositivos sensores I Termistor NTCa cr 1M324? MOC 3020? TRIAC 8T136e Ventilador? Resistencia

01 0lP7A. CANT, oENOiIINAclÓil - ]{ORMA' OIMEIiISIONES MATERIAL OB$ERVACIONES

*ñt¡iltHT 09 REF.

MECANICO DE MANTENIMIENTOTIÉMPO; HOJA: lllESCALA: 2005

8080

ELECTRONICA BASICA INDUSTRI.AL PARTE II

OPERACION T

INSTALAR CIRCUITO CON DISPOSITIVO$ SENSORES

PAS0 1 ldentificar y verificar cornponentes

01 Resistencia de47dl01 Resistencia de220Q0 1 Optoacloplador MOC302001 Triac 8t13601 Bocina de 22AV01 lnterruptor (ON / OFF)0l Fuente de alimentación de bV

PASO 2 ARMAR ELCIRCUITO MOSTRADCIÍNTERRIJPÍOR DE PUERTÉ

- ( SETJSOR DÉ ALftMA

l --'-' * ---1tltiIt¡iti

I

svlg--..1

tI

I

I 47.;¡L-*'v1Á-

.. ...... .... .!MOC 3020 i rf{rAc 220v

_--*o

+

PAso2Armar el circuito mostrado y verificar el optoacoplador

.PASO 3

una baja resistencia.

pAS0 4 Cerrar el inerruptor S1 y verificarque $e active la sirena

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

MACANIC.A DE MANTENIMIET{TO." ?" 81

81

SIRENAilr-.1-J-0IIIItt

,

;It1t;ltItti+ñT-iltlrJ r ....,

r

t

ffiifuAn ELECTROHICA BASICA I}IDUSTRIAL PARTE II

PASO 6 ARMAR CIRCUITO SENSOR YACTUADOR DE CCINTROL DE TEMPERATURA

En el circuito mostrado el sensor de temperatura es un termistor NTC el cual ingresa aun comparador de voltaje, según la comparación de voltaje en la entrada delamplificador operacional la salida esta en 0 voltios o 5 vottios.

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

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

Cuando la temperatura baja el NTC sube su resistencia disminuyendo elvolkje en elterminal 3 por debajo del valor de voltaje en el terminal 2 y la salida del amplificadoroperacional se vuelve cero , el triac se bloquea y el ventilador se apaga, permitiendo

. un controlde la temperatura ambiente

PASO 1.- Armar el circuito de la figura

tI

JL-ls:

-i1."

PASO 2 .- verificar funcionamiento

OBSERVACIÓNCon el pcitenciómetro de 500 ohmios se puede ajustar la sensibilidad del control.

yql¡l"{¿.afif?

330 t* - ilt---- ---l

)| ;f- rr,,* ',"1$

,r'.r rl lL___ír I3':t20

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i__ _ _l

T$ECAN ICA DE ÍUIAHTENMIEiITO

8282

*tsET{AN ELECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

o PTOACOPLA DORES(OPTOA tS LA DO RES)

INTRODUCCiÓN:

Con el paso de los años la tecnología deavanzado considerablemente. lndagandotécnicas de proceso que han permitido aconfiabilidad y disminuir su costo.

ELOPTOACOPLADOR

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

Esquema de un optó acoplador

Cuanta mayor intensidad atraviesa el fotodiodo, mayor será la cantidad de fotonesemitidos y, por tanto, mayor será la corriente que recorra el fototransistor. Se trata deuna manera de transmitir una señal de un circuito eléctrico a otro. Obsérvese que noexiste comunicación eléctrica entre los dos circuitos, es decir existe un lrasiego deinformación pero no existe una conexión eléctrica: la conexión es óptica.

Las implementacionesde un optó acoplador son variadas y dependen de la casa quelos fabrique. Una de las más populares se ve en la Figura 2. Se puede observar comoel LED, en la parte superior, emite fotones que, tras atravesar el vidrio, inciden sobre elfototransistor

MECANICA DE MANTENIUIE]'¡TO 83a'83

estado sólido en la optoelectrónica haen nuevos y mejorados materiales ylos dispositivos tener mayor eficiencia,

ABC

f ;"|{l

KE

,tsEf{¡m ELECTROTTIICA BASICA IT'IDUSTRIAL PARTE II

Esquema constructivo de un optó acoplador

Obsérvesetambién elaislamiento eléctricoentre fototransistory LED ya mencionado.

'-¡ úú rrrr ¡ | ¡r.r I r¡-rnr I ¡¡¡ ¡ ¡. ¡ !¡! rtr r*!r 'r I r¡ F ¡¡' .¡frtr.. ¡ ¡¡¡r f .¡r"¡rr¡'r-¡ar¡ú¡.rar'¡,rrr'.r'r...¡.rúr¡Í¡i¡-r¡rrrr¡r¡r.¡r....r.'¡¡-¡

iJIECAI{ICO DE MAilTEIIIilIENTO 84

ELECTROT.IICA BA$ICA INDU$TRIAL PARTE II

ESTRUCTURA INTERNA GENERAL DE LOS OPTOACOPLADORES

EstructúraLa figura siguiente muestra la perspectiva interha de un optó acoplador, Una resinaaloja al elemento sensitivo alaluz(fototransistor o fototransistor de salida Darlington )que esta rodeado por otra resina que permite la transmisión de la luz.

Una señal luminosa es transmitida por un diodo emisor de luz hacia el transistorfotosensitivo a través de la resina transmisora de luz interna.

La resina albergue y la resina interior tienen el mismo coeficiente de la expansión.Él alto aíslamiento voltaje se obtiene gracias al gran área existente entre la resinaexterna y la interna que no es modificada por los cambios de temperatura pues loscoeficientes de expansiÓn son iguales, además, si la temperatura aumenta lasresinas se expanden obteniéndose como resultado una mayor área entre lose lementos cond uctores.

PERSPECTIVA INTERNA DE UN OPTOACOPLADOR

RESINA INTÉRNA "

RESINAALBERGUE ,." '

estructura interna de un optó acoplador

Diferentes tipos de Optó acopladores

Fototransistor:se compone de un opió acoplador con una etapa de salida formadapor un transistor BJT.

$e trata de un transistor bipolar sensible alaluz.

85METANICO OH MAftTENIMIÉñ¡TO

85

b

I

I

l ELECTRO}IICA BA$ICA IHDUSTRIAL PARTE II

Símbolo del fototransistor

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

Elfuncionamiento de un fototransistor viene caracterizado por los siguientes puntos:

Un fototransiitor opera, generalmente sin terminal de base (lo=O) aunque en algunos casoshay fototransistores tienen disponible un terminal de base para trabajar como un transistornorrnal.

La sensibilidad de un fototransistor es superior a la de un fotodiodo, ya que la pequeñacorriente fotogenerada es multiplicada por la ganancia deltransistor,

Las curvas de funcionamiento de un fototransistor son las que aparecen en la siguienteFigura. Como se puede apreciar, son eurvas análogas a las deltransistor BJL sustituyendola intensidad de base por la potencia luminosa por unidad de área que incide en elfototransistor.

l0mWlcm'

TmWlcm'

3mWlcm'

0mW/crnt

Curvas caracterlsticas de un fototransistor tipico

ii¡[l*

irlECAtllCO DE ItAt{TEltllftilENTOat

8686

1

,rttrf{An ÉLECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Fototriac: se compone de un optÓ acoplador con una etapa de salida formada porun triac ¡

triacdriver

Fototriac de paso porcero: Optó acopladoren cuya etapa de salida se encuentraun triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta altriacsólo enlos cruce por cero de la coniente alterna,

Zeiro cross

5a:,

DEScRlPclÓN DE uN oPToAcopl,ADoR TíptcCI DE TEXAs IN$TRUMENTS

Básicamente un optó acoplador consiste en un diodo infrarrojo de arsenuro de galio(GaAS), como la etapa de entrada y un fototransistor npn dá sificio corno etapá Oesalida (esta es.la descripción de un optó acoplador típico de Texas lnstrumenis). Elmedio de acople entre el diodo y el sensor es un transmisor infrarrojo (lR) de cristal.Los fotones emitidod desde el diodo (emisor) tienen ciertas tongituOes de ondaestablecidas . El transistor sensor responde más eficientemente d fotones cuandoestos tienen la misma longitud de onda establecida, es decir el diodo emisor y elfototransistor están acoplados en el espectro para lograr un funcionamiento óptimó Ueoptó acoplador.

Se puede utilizar una fuente de corriente entre el colecto r y la base del sensor pararepresentar la corriente virtual generada en la base por loé fotones incidentes,'estacorriente de base es proporcionala la cantidad de radiación desde el diodo, ái*¡i*oljempo las capacitancias de unión entre el colector y la base son las que generan lostiempos de levantamiento (rise time) y de caída (falliime) que se obtiene ál aplicar unescalÓn de corriente a la entrada del fotodiodo. A continuación se muestran loscircuitos equivalentes para el TlL1Ozffll 1 03 Y para el TlLlZ0rrll 121 se muestran tascapacitancias antes mencionadas.

MECANICO DE MANTENIIIIENTO."- 87a

87

,AttrN¡M ELECTROITIICA BA$IGA IiIDUSTRIAL PARTE II

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

Fig. 2 T ermin¿l conections aad equivalentctueuít for tha TlL1zCI/TlLl2l

CARACTERÍSTICA ELECTRICAS

Existen muchas situaciones en las cuales se necesita transmitir información entre circuitosconmutadores aislados eléctricarnente uno del otro. Este aislamiento(aislamientogalvánico) ha sido comúnmente provisto por relés o transformadores de aislamiento..'Existen sin embargo en el mercado otros dispositivos capaces de proporcionar elaislamiento requerido, los cuales son rnuy efectivos para solucionar este tipo de situacionesEstoe dispositivos se llaman optoacopladores, los optoacopladores son más necesarios ensituaciones donde se desea protección contra altos voltajes y aislamiento de ruidos, asícomo cuando el tarnaño de dispositivo es un factor a considerar. Al realizar un acople entredos sistemas mediante la trasmisión de energla radiante (fotones), se elirnina la necesidadde una tierra cornún , es decir que am.bas partes acopladas pueden tener diferente voltajesde referencia, lo cualconstituye la principalventaja de los optoacopladores.

La señal de entrada es aplicada al fotrernisor y la salida es tomada del fotorreceptor. Losoptoacopladores son capaces de convertir una señal eléctrica en una señal luminosamodulada y volver a convertirla en una señaleléctrica.

UECAT{ICO DE MANTEilITIE}ITO

88

ELECTRONICA BASICA IHDU$TRIAL PARTE II

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

Los fotoemisores gue se emp_le_af en los optoacopladores de potencia son diodos queemiten rayos infrarrojos {IRED) y los fotorreceptores pueden ser tiristores otransistores.

Cuando "[at*t*

una tensión sobre los terninales del diodo IRED, este emite un haedg rayos infrarrojo que transmite a través de una pequeña guia-ondas de plástico ocristal hacia el fotorreceptor. La energía luminosa que incide sobre el fotorreceptorhace que este genere una tensiÓn eléctrica a su salida. Este responde a las señalesde entrada, que podrian ser pulsos de tensión.

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

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

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

.

Estos dispositivos pueden resistir grandes diferencias de potencial,dgRen{endo del tipo de acople medio y la construcción del empaquetado. Elvidrio lR sepa a el emisor y el sensor en el TlL1027TtL103y filtZATT\L1Z1tienen una capacidad de aislamiento de 1000 voltios, la resistencia deaislamiento es rnayor que 1 OE 1 2 omhios,

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

desde el diodo de entrada el ruido de modo común es recha zada.

MECAI{ICO DE MAI¡TEN|M|Ef,|TO B9ao\J 4.,

,.ttrNAN ELECTRO¡IIGA ÉASICA I}IDU$TRIAL FARTE II

3. Gananciade corriente:La ganancia de corriente de un optó acoplador es engran medida determinada por la eficienbia de los sensores npn y por el tipo detransmisión media usado . Parael TlL103 ganancia de corriente es rnayor queuno, el cual en algunos ca$os elimina la necesidad de amplificadores decorriente en la salida. Sin embargo ambos el TlL102lTlL103 Y elTlL1201TlL1 21 , tienen niveles de salida de coniente que son compatibles conlas entradas de circuitos integrados como 54n 4TTL. Las gráficas 3 y 4muestran la relación entre la corriente de entrada y de salida típicaproporcionado por el fabricante.

qIffi.!4ncrtJ

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* lF*ínpr;t üiode frrrward Cunent{m6,}

Fig. 3 Typícal lnpuh¡Futput currrr¡lrei¡tiorrxi{tr íor ihe f iLi?üii7\

0.1 4,4 1 4 10 4ü 100lF=input üiode Farv+ard Cr.rnent{n$,J

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

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

Caracteristicae principeles de loe Optoacopladore$

La razón de transferencia de corriente (CTR)

La raz6n de transferencia de corriente (CTR) de un.optó acoplador es la proporcióndelvalorde la coniente desalida a la corrientedeentrada.

EICTR es un parámetro equivalente al hFE, factorde amplificación de un transistor.

El CTR es uno de las características más importantes üe bs optoacoples, así como ela islamie nto de voltaje.

IIIECAT{ICO DE ñilANTE}IIUIEHTOa'

r00

9090

^trluAn ELECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

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

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

ZLo afecta los cambios en la temperatura ambiente, y

3 varía conforme eltiempo pasa.

Garacterísticas CTR vs. lF { lF: corrienüe directa que fluye a través del diodo}

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

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

{d } ps?s01 , p*2ff*5, pgassl , p#hfif,,$, p#25&",

CURí4E¡JT TRAf'jSFIR RATI0 itTFti us.fTüf{YdAHT] CilfifiHNT

.,i.iil¡ f¡.l i::.íi I :t ',ii '::tt

1,, - F*rw'arrJ üurr**t - m¡'\

- IError! Marcador no definido.

MANTENTMTENTO DE MANTET¡IM|EHTO 91a'

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JAttriNAN ELECTROT¡ICA BASICA IT{DUSTRIAL FARTE II

Característlcaa CTR vs Ta

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

OonOe se nota la dependencia del CTR de la temperatura.

La gráfica de abajo muestra esto mismo pero para las series que se indican.

.FLi^

'a)

rf,'¿11

L

n

'it

1.2

p$2s01, pszffi5, P$2S61, p$25SS, p$25S1

Coniente dp salida normalizada contra t*rnflsratura

rfr ,/ / /_.t ?"tlt.at .."-

rf

,r .F* h\ ¡"'.-

-e

Ncxnmlizrd to 1.flSt Tn * ?.5 "0il,*$l?lA,Vlr*SV

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Tn " Amhir:nt Temnsrature

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,, n.?"11

MECANICO DE TAHTE}IIITIEIITOa"

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T¡.Tu l'.r

92

i,f,75 l nrl

92

dAbffif{An ELEcrRoNrcA BAsrcA TNDUsTRTAL pARrE *

Degradación de largo plazo del CTR

La razon de transferencia de corriente (CTR)esta determinacla por la eficiencia delLED como emisor de luz, la eficiencia en la transmisión de luz entre el LEDy elfototransistor, la sensibilidad a la luz del fototransistor, y el HFE del transistoi Elcambio del CTR debido al tiempo es principalmente causado por la reducción en laeficiencia en la transmÍsión de luz del LED"

Tambien ta degradaciÓn e$ mayor conforme (CTRse reduce) la corriente directa delLED aumenta y cuando la temperatura de operación aumenta.

La siguiente figura muestra la degradación del CTR a través deltiempo

t17 ?ffi#ffiww ffiwriww

{.}.{;

{'r .1\;..! t

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ELECTROHICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

AlcorurÁs soaRE oPToAcoPLADoRES

También llamados optoaisladores, estos dispositivos están disponibles en cualquiercombinación que involucra fuentes de luz y fotodetectores.

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

1. la emisión eléctrica puede ser superior que aquella separación de untransformador o RF" Esto es porque los fotones menos cargado$ no estáninfluenciados por campos electrostáticos o magnéticos.

2. En aplicaciones de encendido o selección, el inherente problema mecánico talcomo lo son saltos de contacto, ruido, intermitencia, mantenimiento,csnfiabilidad, transitorios, y tiempos de vida son eliminados porque no hayunión directa en los optoacopladores.

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

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

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

IIIECANICO DE TANTE]TIIUIENTOa"

94

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JIsEfuAn ELECTROI.IICA BASICA I}IDUSTRIAL PARTE II

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

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MECANICO DE MANTENIMIENTO 95¡

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ñtrNAN ELEGTROI{ICA BASICA IHOUSTRIAL PARTE II

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r[EcAiltco DE rAilTENrtf,rE]lTO 96

JTEEN#N ELECTRO}TIGA SASICA INDU$TRIAL PARTE II

La segunda nueva característica es elvoltaje de aislamiento, el cuales elvoltaje entrela entrada {fuente) y la salida, (detector) por debajo del cuál el optoacoplador nointerrurnpirá su señal.

Fste valor queda determinado por ta capacitancia de acoplo y la resistencla entre lafuente y el fotodetector del optoacoplador. La mayoría de los optoacopladore$ estádiseñado$ con la fuente y el detector lo más cercana posible, separados sólo por unapequeña capa de dióxido de silicio, con un voltaje de separación mínimo de 1 aZkV,

La figura muestra que el rango máximo de datos de los optoaisladores varía desdeunos cuanto hertz para unidades de fotoresistor hasta de 10MHz para las versisnes lC(lntegrated Circuits). También note de la figura que un valor generalmente se sacrificapara el CTR en el LEDlFototransistor discreto y en los optoaisladortes Darlington,clonde las separaciones entre ambos circuitos ofrecen un alto CTR y una excefentevelocidad.

También hay que mencionar que las técnicas de protección son también apOcablespara el caso de los optoacopladore$. Esto es que el LED de entrada debe sergeneralrnente limitado en corriente por una resistencia o series de resistencias yprotegido de voltajes inversos que exceden el rango permitido.

' Una gran cantidad de optoacopladores están disponibles, pero a continuaciónmostraremos algunos de los más comune$.

O PTOAI$LADOR FOTOCON DUCTCI R.BU LK

La primer columna de la figura rnuestra las caracterÍsticas de una típic a lámpara ICd$e fotoconductora, a optoacoplador fotoresistor" El valor más bajo esrepresentativo de un lámpara incandecente, donde la máxirna velocidacl la podemosobtener con una lámpara de neón de descargade gas.

DESVENTAJA:

La velocidad de estos optoaisladores e$ limitada por las caldas de tiempo demilisegundos de los detectores fotoresistivos y la constante de tiempo térmico de laslámparas que se usan como fuente.

PRINCIPALES VENTAJA$:

Los fotoresistores optoacopladores tienen una elevada sensibilidad (r.iR auy riVin), lalimplicidad de un resistor cuya magniturJ es controlada'por luzy sus característicasbilaterales sin encontrar un voltaje de compensación como los encqntrados en losfotodetectores sem icond u ctores

MECAI{ICO DE MA¡{TENIMIENTOa

9797

ELECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

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APLICACIONES' .

lncluyen circuitos análogos tales como receptores de audio donde sus característicasbilaterales le permiten usarse para ajuetarAcC, y monitoreo de circuitos de disparo dealtovoltraje.

OPTOACOPLADO RES LED /FOTOTRANSISTOR :

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

APLICACIONES:

La mayoría de los optoacopladores estás en sistemas digitales donde se haceninterfaces entre optoailsadores y familias lógicas digitales.

La séptima columna de la figura muestra la variación del LED fototransistor que ofreceuna considerable mejora en los valores de datos que mantienen un equivalente CTR.' En este caso un LED ilumina un fotodiodo y su corriente de salida fluye a la base conuna elevada velocidad en el transistor (no fototransistor). Tal arreglo elimina la grancapacitancia inherente entre la base y el colector en la extensa área de base delfototransistor, y es por eso que ofrece mayor-velocidad.

La figura muestra dos aplicaciones de optoacopldores.El circuito de la figura a) provee de una gran velocidad en el indicador de status deUnea de voltaje. El aislador tipo darñngton es usado para reducir los requerimientosde encendido de LED y he ahl el bajo consumo del monitor. Para un monitoreo en laUneade AC el diodo es nec€sario para mantener el rango de voltaje inverso sinexcedente y el resistor limit¡ante debe ser lo suficientemente grande para lirnitara lFalvalor deseado . Paradc el diodo no se requiere

Lafigura b muestra uri optoaislador en una aplicación típica de transmisión de señalperiférícade una computadora.

i,IECA NICO DE MANTENIIT,IE NTO

9898

JATtrNAN ELECTRONICA EASICA IIIDUSTRIAL PARTE II

Circuitos y recomendaciones para la medicion de las caracteristicas de losOptoacoples

MECA NICO DE ltilANTEñllMlEttTO"'- 99'oott tt

cAnÁrTrRísilc¡r lvlblndl* de rr.ediciún y crrndiciones Circuitn tln m¡:trliciísn

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ELECTRONICA BASICA IIiIDUSTRIAL PARTE II-úrr¡¡:r¡r..rtr.Itrrnn¡.r.tr¡.f.nrr'rrrrr¡¡rrrrtrilr rr.rrn¡rrrrrqt!r-¡rr¡-rrrrrr¡r.¡.-rntrn¡.r¡rtrrrfr¡.r ¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡¡ ¡¡¡ ¡ ¡¡¡ r i----li''iiiii a¡' i ¡ ¡ ¡ ¡ g ¡¡¡r ¡¡ ¡¡¡ -

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Apliquc un voltac regulodo a la*dida del optoacaplado wCEI.Afu*la la fuenta de Foder a l¡n*¡üida para madir la coriente [lCEf*uando la corriente di¡acta deldi'ods tieñs cl valw de la co¡rienteregd¡da. tl tTR *c d6 por

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WW&U I ELECTRüI{ICA BASICA |h|DU$TRIAL PARTE n

MECA}IICO DE MAIb¡TñI{IMIENTO101

101

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ELEGTROHICA BASICA IiIDUSTRIAL PARTE II

FOTOSENSORES

Los detectores de luz, dispositivos basados en la tecnologla de semiconductores desilicio, producidos en gran escala, gue convierten las señales de luz en señaleseléctricas, son otra parte importante de la moderna imagen de la optoelectrónica delsemiconductor.

Elfotodiodo.

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

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Fotodiodo sensible a la luz con unión pn polarizadainversamente

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ñtrTUAN ELECTROHICA BASICA IHDU$TRIAL PARTE II

El fotodiodo exhibe un pico de respuesta en una longitud de onda radiantedeterrninada. Paraesta longitud de onda,se produce la máxima cantidad de pareshuecos-electrén en la proximidad de la unión.

El máximo de la curua de respuesta espectral de un fototransistor típico se halla en850 nm, aproximadamente.

La totalidad de los detectores de luz comunes consisten en una unión a fotodiodo yun amplificador. En la mayoría de dispositivos comerciales, la coniente delfotodiodo se halla en el margen corrprendido entre el submicroamperio y lasdecenas de microamperios, pudiendo añadirse a la pastilla un amplificador por uncoste mínimo.

Fotodiodo de avalancha.

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

Fototransistor.

El transistor sensible alaluzes una de las combinaciones fotodiodo amplíficadormás simples. Dirigiendo una fuente de luz hacia la unión pn polarizadaen sentidoinverso (colector-base), se genera una corriente de base, que es amplificada porla ganancia de corriente deltransistor,

MECANTCO DE MAHTENnTIEHTO 103a. 103

trNAN ELECTROIIICA BASICA IT{DUSTRIAL PARTE II

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

Fotodarlington.

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

. Amplificador fotodarlington.

Foto SCR.

El circuito equivalente con dos transistores del rectificador controlado de siliciomostrado en la figura ilustra el mecanismo de conmutación de este dispositivo.

La coniente debida d los fotones, generada en la unión pn polarizada ensentido inverso, alcanza la región de puerta y polariza en sentido directo eltransistor npn, iniciando la conmutación.

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dñtffiruAn ELECTROT{ICA BASICA INDU$TRIAL PARTE II

Resistencía dependiente de la luz {Light Dependent Resistor } LDR

El LDR es una resistencia que varía su valor dependiendo de la cantidad de luz que lailumina. Los valores de una fotorresistencia cuando está totalmente itumin ada ycuandoestá totafmente a oscuras varía, puede medirde 50 ohmios a 1000 ohmioá(1Kt en iluminación tolal y puede ser de 50K (50,000 Ohrns) a varios rnegaohmioscuando está a CIscuras.

Símbolo de la fotorresistencia o LDR

El valor de la fotorresistencia (en Ohmios) no varía de forma instan láneacuando sepasa de luz a oscuridad o al contrario, y el tiempCI que se dura en este proceso nosiempre es igual si se pa$a de oscuro a iluminado o si se pasa de iluminadoa oscuro,Esto hace que el LDR no se pueda utilizar en muchas aplicaciones, especialmenteaquellas que necesitan de mucha exactitud en cuantp a tiempo para cannbiar deestado (oscuridad a iluminación o ilurhinacion aoscuridad) y a exactiiud cle los valoresde la fotorresistencia al estar en los mismos estados anteriores..$u tiempo dere$puesta típico es de aproximadamente 0.1 segundos.Pero hay rnuchas aplicaciones en las que una fotorresistencia es muy útil. En ca$osen que la exactitud de los carnbios no es importante como en los circuitos:

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ELECTRCIiIICA BASICA IIIDUSTRIAL PARTE II

-Luz noctuma de encendido automático, que utiliza una fotonesistencia para activaruna o mas luces alllegar la noche.

- Relé controlado por luz, donde el estado de iluminación de la fotorresistencia, activao desactiva un Relay (relé), que puede tener un gran número de aplicaciones

El LDR o forresistencia es un elemento muy útil para aplicaciones en circuitos dondese necesita detectar la ausencia de luz de dla

ENiISlÓf{ Y RECEPCIÓN DE INFRARROJOS

lntroducción

Las comunicaciones inalámbricas son interesantes desde todos lo puntos de vistay en todos los ámbitos tecnológicos. El fin principal que persigue la Robótica Móviles la creación de sistemas completamente autónomos y un grado de autónomapuede ser la comunicación entendida en un sentido amplio, es decir, entre variosrobots, entre los robots y un ordenador base, entre los robots y otros elementos delentorno o entre los robots y los propios humanos.

Existen varias tecnologías que no$ van a permitir el establecimiento de. comunicaciones inalámbricas del tipo de las mencionadas pero en este documento

nos vamos a centrar en las comunicaciones mediante infanojos que, por ejemplo,van a servir para enviar señales al robot, establecer y detectar balizas en el entorno,comunicar varios elernentos o enviar ordenes al robot utilizando mandos a distanciaconvencionales.

Las ideas que aqul se comentan también pueden utilizarse para la construcción desensores de detección de obstáculos sin mas gue cambiar la disposición y colocaciónde los elementos emisor y reeptor. De hecho, el mayor uso de este tipo de montajessuele $er precisamente el de servir de base a $en$ores utilizados durante lanavegación. Sin embargo, la aparición de dispositivos como porejemplo los GP2tl02 o los GP2D12 de Sharp que también utilizan infranojos aunquede una forman ligeramente diferente lo que permite conocer incluso la distancia a laque se encuentran los. objetos dentro de un determinado rango, hacen gue el uso deinfrarroios para la simple detección de la presencia de obsiáculos este perdiendointerés.

Recepción

Vamos a comenzar por definir y comentar la parte de la. recepción de la señal infrarrojaya que, por un lado, es sumamentd sencilla de conec{ar a un microcontrolador y, por

. otro, es la gue nos va a obligar a diseñar y ajustar los circuitos que necesitamos en laparte de la emisión.

Fara la iecepción vamos a utilizar un dispositivo que incluye en el mismoencapsulado el receptor de luz infrarroja, una lente y toda la lógica necesaria para

- distinguir señales moduladas a una determinada frgcuencia, Concretamente, en este

MECA ¡r rCO DE [f At{TEt{ tf6t EitTOa'

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,tSETUAN ELECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

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

Figura 1: lS1U60 de Sharp

En el mercado existen otras alternativas tanto de la misma compañia como otrosfabricantes. Sharp también proporciona otros receptores de infrarrojos comCI porejemplo los 1S1U621, similares a los aquí utilizado$ pero con mas rango de recepción(8 rnetros frente a los 5 de los lS1U60). De otros fabricantes se destacan los PNA4602o PNA4612 de Panasonic, los LTM-97DS-38 de Liteon o los SFH51 1 0 de $iemens. Enesta comparativa puede encontrarse información adicional sobre las prestaciones deunos y otros.

MECAHICO DE MAHTE!ÚIruEilTOat

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JATtrÍuAn ELECTROI'IICA BASICA IiIDUSTRIAL PARTE II

CARACTERISTICAS DELSENSOR DE EFECTO HALL

Los sensores de efecto Hall, basados en un fenómeno clásico del electromagnetismodescubierto por Edwin Herbert Hall en 1879, son actualmente empleados en una granvariedad de aplicaciones prácticas, incluyendo lectores de tarjetas magnéticas, detectoresde proximidad, sensores de velocidad, medidores de potencia eléctrica, brujulaselectrónicas, sistemas de ignición, etc.

Con la variación de la coniente podemos producir la variación del campo magnético que esquien influye sobre el sensor de efecto hall.

Los otros rnétodos de medición de mniente como shunts y transformadores de corrientetambién entregan una buena respuesta antediferentes situaciones, limitados por los nivelesde coniente a medir.

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ELECTRONICA BASICA I¡IDUSTRIAL PARTE II

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l..jts Sswr¡tt*firs rn**:..il* r:i**trnnir,rs ú.rsnr|e s* gnu.sttntr r¡n l,;* #ir\lütJtl{trúefi q\.1*rntrJ*n i;a t;*T t*ibn t.r*nsv*r*ril.

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rnngnt:tico,,!t.ifi niu*:lli:í¡irs (r1*i*1 a ü.Í) vrsit.i,sg) {::t.iartú{ti;t rxsr*n* tk:nr:sL:rE: riiirriptrt

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MECANTCO DE MAh¡TÉNtfi,ilE¡{TO 10g. 109

sEfuAn ELECTROIIICA BASICA lf,lDUSTRnL PARTE il

MEDICIÓT'¡ OE TEMPERATURA

La Medida de la temperaturqconstituye una de las rnediciones más cornunes e importantesefectuadas en los procesos industriales, estableciéndose sus limitaciones según el tipo deaplicaciÓn, la precisión, velocidad de captación, distiancia entre el elemento dé medid'a y elaparato receptor y por el tipo de instrumentcí indicador, registradoro controlador necesarío.

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

Relativos:

Grado CelsiusGrado Fahrenheit

Absolutos:

Grado KelvinGrado.Rankine

Se utiliza una gran variedad de transductores para medir temperatura, algunos de ellos laconvierten directamente en una señal eléctrica, y otros empiean la combinación con untransductor.

Los medidores de temperatura más rornunes son:

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

MEDIDORES DE TEMPERATU RA

1 .TERMÓUTTNOS DE VIDRIO

Este instrumento posee un depósito de vidrioel cual contiene un lujo cuyo cuerpo se dilatapor acción de calor expandiéndose a travésdeltubo capilar graduado para med[rla temperatura

En las unidades señaladas por eltermómetro. :ii!.¿:'i

.;, I

Figura .- Termómetro de Vidrio{Cortesía deAnvi}

MECAHICO DE lillAl{TEHttuilE}tTo 110at

110

JATsÉIuAn ELECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Los márgenes de trabajo de los fluidos empleados son:

35 hasta + 2B0oC200 hasta + 20oC110 hasta + 50oC70 hasta + 100oC

2.TERMOCUPt.AS

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

A. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El comportarniento de un terrnopar se basa en la teoría del gradiente, según lacual los propios hilos constituyen el -sen$or. Cuando se calienta uno de losextremos de un hilo, le produce una tensión en función del gradiente detemperatura desde uno de los extremCIs del hilo al otro, y el coeficiente deSeebeck, una constante de propCIrcionalidad, varía de un metala otro.

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

Metal A

MercurioPentanoAlcoholTolueno

MECAT{ICO DE MAÍ.ITÉ¡¡IñdIIEHTOat

*-+--.-+'l'É

Metal B

Fig Representación delas uniones o juntura de una Termocupla

q*-,

. ;, Juntura de Referencia Juntura de Medición l.

111111

ELECTROIITCA BASTCA IIIUUSTRIÁ,L PIRTE II

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

CmgflCACÓf*t

La claeiftcación de las tennocuplas ha sido esteHecida por laAN$|, tornando encr¡enta la respuesta de voltafe ven¡us ternpenatura, el deeempeño en el rnedisambiente y la vida ritil.

Cuadro 3.1 Tipo de Termocuplas

Tipoe de ilombr¿de

Termoupla los Matertales

B Platho 3ü% Rodio {+}Plaffis6% Rodio {-}

C Tungnteno S%Renio (+)Tungsteno 26% Renb {-)

E Cromel (Cr -Nf) 1+¡CongHrtan (Cu - Nl} (+

J Acero {+¡Conetantan (-)

K Cromel(+)Alumel {-}

N Ñhroeil (+)Ni$il (-l

R Plat¡no 13% Rodio f+)Plannc {-}

S Platlno f096 Rodio {+}' Flatino {-}

T Cobre {*¡Constafitan t-)

mV NOTAS

Conüaminado lácilmenteO.67 - 13.499 Requiare gotemir5n

- No resista la axidadón

g ?8.12 Eldernayürvottaje/at

:1.52 50,05 Atrnósfera reductora. Hieno seoxida a altas temperaturar

-1,51-5f.05 Atmüshres oxidantee

- Uso general. [fefor resistencie a' o¡(idacjón

18.636 Atmósfera CIxidanteContaminado fácilmente'

0 15.979 Contaminado fácilmenteAtmósfera Oxidante

-5.28 20,60 E¡trable a temp" Cryogénicas, Atrn. Oxidanteey reductoas

UsosAplicacionesRango {oF}

100- 3270

30{p -42W

32 - tWA

-300 f6{x}

-3CI0 2300

:*-23m32 - 29000

32- 28ú0

-3{A 750

frEcAilrco oE mAilTEl$tlEilToa'

112112

ELECTRONICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

f¡tffiruAn

-l:-IIII

f*III

i

i

Ijt

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I,I

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lItIIl

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100

90

80

70

60

50

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30

20

10

0

'10

É¡-f0o.otrt-otl-¡Á;!trgpittf,

tltt ltl10ü0

Temperatura ('C )

Figura 37,- Características de salida de termopares

3.TERMORESTSTENCTAS (RTD)

El cambio en la resistencia de un metal hace posible mpaso de corriente eléctrica. La construcción clásica deun RTD consiste en una bobina de alambre delgado de

Ilatino*plafüro

,otf rE temperatura a través del

crrbre, níquelo platino fijado a un bastidorde soporte, .'f#También se fabiican depositando una película delgada tffi i:',):,',,í

rJe platino sobre un substrato de cerámica. Estos trfiltl;wwfJe plailno Sobre un SubstrAto de cerafTllca. h,st0s .tllit:i;,WRTbs, requieren menos platino y son más baratos. T#fiWLos RTDs se cara cterizan por tener una excelente ,:;fi,:,;

linealidad en elrango de operación. WPara trabajos abalatemperatura se emplean resistencias 'W

de carbón. Cuando se necesita bajo costo se empleancobre y níguel, pero con la desventaja de una linealidadreducida.

Los rangcrs de los RTDs varían entre 10 ohnls para losmodelos deia$a y varios miles de ohms para los RTDsde película metálica.

¡

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

Fig. Termoresistencia PT100Cortesía de Endress + Hausser

6s

MECANTCO DE MAHTEN|MTENT0a 113

113

trTUAN ELECTROT{ICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

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

Platino : -200 a S50 oC

Cobre : -100 a 260 oC

Nfquel : -100 a 205 oC

Pelfcula de platino : -50 a 550 oC

A. VENTAJAS

* Comportamiento linealen amplio rangode operación.

- Amplio rango de temperatura, aplicación para altas temperaturas.

- Fácildeintercambiar(estándar).

- Mejor estabilidad a altas temperatura.

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

B. DESVENTAJAS

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

- Baja sensibilidad.

- Altocosto.

- No sensa la temperatura en un punto,

- Afectado por choques y vibraciones.

4. TERMISTORES ¡

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

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

MECANICO DE i/IANTE}¡IIilIEI{TOa'

114114

,ttrTUAT ELECTRONICA BASICA INDU$TRIAL PARTE II

Los termistores se conectan a puentes deWheatstone convencionale$ o a otros circuitos dbmedida de resistencia. En intervalos amplios detemperatura, los termistores tienen carqclerísticasno lineales. Ssn de pequeño tamaño y su tiempode respuesta depende de la capacidad térmica y dela masa del termistor variando de fracciones desegundo a minutos.

Figura .- Montaje de TermistoresComerciales(Cortesia de gmelectronica)

Los termistores encuentran su principal aplicación en la compensac¡ón detemperatura, como temporizadores y como elementos sensibles en vacuómetros.

Los termistores, son detectores resistivos fabricados normalmente deserniconductores cerámicos, ofrecen una impedancia mas alta con respecto a losRTD, la reducción de los errores provocados por los hilos conductores hacen bastantefactible el uso de la técnica de dos hilos. Su alto rendimiento (un gran cambío deresistencia con un pegueño cambio de temperatura) permite obtener medidas de altaresolución y reduce aún más el impacto de la resistencia de los hilos conductores. Porotra parte, la bajÍsima masa térmica del termistor minimiza la carga térmica en eldispositivo sometido a prueba.

Como inconveniente deltermistor es su falta de linealidad. Exigiendo un algoritmo deI i ne a I iza ción para obtener mayores resu ltad os.

5. TRAN SD UCTO RES DE TEM P ERATU RA BASADOS EN S EfuI I CCIN D U CTOR ES

Existen muchos dispositivos basados en la sensibilidad térmica de lossemiconductores para funcionar como transductores. Los tres tipos más cCImunesson: las resistencias semiconductoras volumétricas, los diodos y los circuitosintegrados.

A. RESISTENCIAS SEMICONDUCTORASVOLUMÉTRICNS

I

Son los dispositivos semiconductores más sencillos. Varían su t:esistencia con un' coeficiente positivo de temperatura de 0,7Yo por oC. Trabajan en un rango detemperaturas desde los -65oC hasta los 200oC siend a razonablemente lineales(t0.5%). Tienen el aspecto de resistencias de % W y su resistencia nominal vadesde 10 hasta 1 0k con tolerancias de 1a/o a2Aa/o. $on dispositivos de bajo costo.

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

MECANICO DE MAHTET'll$tlEtlTCIa' 115

115

,ttrNAN ELECTRO}IICA BA$ICA I¡IDUSTRIAL PARTE II

B, DIODOSSEMICONDUCTORES ¡

Su principio de funcionamiento se basa en la proporcionalidad del voltaje dejuntura eldiodo a la temperatuia del mismo, para los diodos de Sllice el factor deproporcionalidad es de -Z.2nVFC. Los rojoe de temperaturas de este sen$or esde *40oC hasta 15oC. Son muy utilizados por su bajo costo, lineales, bastantelineales y de respuesta rápida.

Desventaja: dos diodos del mismo tipo pueden tener diferentes valores inicialesde voltaje de juntura, por lo tanto se deben incluir circuitos de calibración.

I|' c. ctRcutrostNTEGRADos

I Esb tipo de transduc'tor e altamente lineal y el porcentaje de enor es rnenor al

| 0.05%en cierlorangodeternperature.II Como traba¡a con conientee el ruido no lo afecta, y corno estas son pequeñas elI cabniamiento propio es despreeiable. Además puede ser uülizado como unI sensor remob de temperatlra pues las cafdas en la llnea serán muy pequeñas.I

I 6. P|RóMETRoSDERADTACóN

Los pirórnetro$ de radiación se basan en la ley de Stefan-Boltzman (K), donde laintensidad de energfa radiante(w) emitida por la superficie de un cuerpo aumentaproporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta(T) del mismo, esdecir, W=KT4. Desde el punto de vista de medición de temperaturas industriales, laslongitudes de onda térmicas abarcan desde 0,1 micras pa'a las radiacionesultravioleüas, hasta 12 micras para las radiaciones infrarrojas.

La radiación visible ocupa un intervalo entre la longitud de onda 0,45 micras para elvalor violeta hasta 0,70 micras para el rojo.

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

Los pirómetros ópticos miden la temperatura de un cuerpo en función de la radiaciónluminosa emitida.

A. PIRÓMETROSÓPICOS

Los pirómetros ópticos manüabs se basan en la desaparición delfilamento de una, lámpara al compararlo visualmente mn la imagen del objeto enfocado. Pueden

ser de dos tipos de corriente variable ó constante en la lárnpara, con variación delbrillo de la imagen de la fuente; ver figura

MECAT{ICO DE ilAl{TEillfrllENTOao

116116

ELECTROI-IICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Fersiena. persiana

w&,, n,

Lampara dec0rnpSracion Ternperatura

den¡asiaCobaja

Teniperal{racrtrrecla

'ferfipnrátura

Crrnasiadoalla

Lempant lle' enfcque

Figura .- Pírómetro$ Ópticos a).Corriente Variable b). Variación de brillo de lafuente

Los pirÓmetros ópticos automáticos consisten en un disco rotativo pararnodular laradiaci¡én del objeto y la de una lámpara estándar incidiendo en un fototubomultiplicador. Este envía una señal de salida en forma de onda cuadrada deimpr-rlsos de corr¡ente cont¡nua convenientemente acondicionada para modificarla corriente de alimentaciórr de la lámpara estándar hasta coincidir con el brillo dela radiación del objeto y de lalámpara.

En algunos modelos, el acondicionamiento de señal se realiza con unmicroprocesador permitiendo alca nzar una precisión de t0,5% en la lectura.

El pirómetro dirigido sobre una superficie incandescente no proporciona unatemperatura verdadera sila superficie no es perfectamente negra.

{iuperficie det objetoque se estaexaminanclo

./

Figura .- Principio del Pirómetro Optico de desaparición rle filamento

LenleI

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f'íECANICO nE fiilANTEHIM|EHTOa 117

117

ELECTROHICA BASICA IHOUSTRIAL PARTE II.r¡.¡.r-rú[a.0r¡trrtrr-[trilrlrr¡ilrr¡¡r-¡r[.¡r¡n¡rrrr¡rf.rrr¡rtrrlrrrr¡nrrlF-rr-¡¡.¡.¡¡-¡¡,,rrr¡,rrrr,,r,,.,rr,,r,,¡r'r¡i¡-rrrr.¡¡rr¡trr¡¡.rr-ú.¡-¡¡r-¡¡,¡.¡tr-

B. HRÓMETROSDE RADIACÉNTOTAL I

El pirómetro de radiación total, figura 42 está formado por una lente de pyrex,sllice o fluoruro de calcio concentrando la radiación del objeto caliente en unatermopila formada porvarios termopares de Pt-PURh, de pequeñas dimensiones ymontado$ en serie. La radiación está enfocada incidiendo directamente en lasuniones calientes de los termopares. Su reducida masa los hace muy sensible apequeñas vibraciones de la energla radiante, y, además muy resistentes avibraciones o choques, La parte de los termopares expuesta a la radiación estáennegrecida, para aumentar sus propiedades de absorción y proporcionar lafuerza electromotriz máxi ma (f . e. rn. ).

r---II

ItIIII

ttill-, -------,r

Figura ,- Pirómetrode Radiación total

La f.e.m" proporcionada por la termopila depende de Ia diferencia de temperaturasentre la unión caliente (radiación procedente del objeto enfocado) y la unión fria.Esta última coincide con la de la caja del pirómetro, es decir, con la temperaturaarnbiente. La compensación de ésta se lleva a cabo mediante una resistencia deníquelconectada en paralelo con los bornes de conexión delpirómetro y colocadoen su interior para igualar la temperatura de este cuerpo. Al aumentar latemperatura ambiente aumenta el valor de la resistencia de la bobina de níquel,compensado la pérdida de la f.e.m. de la termopila para calentar el cuerpo delinstrumento. En los bornes de la termopila va conectado un cable de cobrellegando haeta el instrumento.

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

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

MECANICO DE ÍTIAT.ITENIñTIENTOa'

Obieto

118118

JrtSETUAN ELECTRONICA EASICA INDU$TRIAL PARTE II

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

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

MECANICO DE MANTENIMIEHTO" '- 119a

119

rt I rr -r. I I I I I trtrt r¡t I r¡-trtr[t tr trrr[rr r rr ¡ all rlrl ll rl lr. lr !al_ ¡r.fr¡!¡r Í¡trr¡rr¡r ¡ ¡ I .. -¡rELEcTRóMcA aAslcn INDUSTRTAL pARTE n

¿cÓno opERAlt Los st$TEltAs ForovonAtcos?

DISTRIBUC¡Óru DEL SI$TEMA

Un sistema fotovoltaico convierG la radiación solar en energía eléctrica. Loscomponentes de los sistemas solares FV pueden ser muy distintos pero en general ladisposición delsistema y los principios de funcionamiento son siempre los mismos.

Un s:stema fotovoltaico consiste de un panel o módulo, una unidad de control, unabaterla de alma.:enamiento (opcional) y la carga eléctrica. El panel fotovoltaicoconvierte la radiación solaren corriente continua con un nivelde voltaje fijo. Muchos delos paneles surten potencia a un voltaje de 12V" La corriente depende de la intensidadde la radiación solar,

La unidad de control está en el centro del sistema y dirige a la corriente desde el panelfotovoltaico ya sea directamente a la carga eléctrica (uso final) o a la batería dealmacenamiento. $i hay una carga eléctrica cuando no hay sol. la unidad de controldirigFá energfa desde las baterlas a la carga. Las baterlas se necesitan paraalmacenar la energfa gue se utilizará después, por ejemplo durante la noche o díasnublados.

El uso final de la electricidad puede ser cualquier aplicacién eléctrica, desde una simplebombilla de luz hasta pegueñas máquinas o bombas. Los sistema$ fotovoltaicosgrandes pueden también utilizarse para generación eléctrica a gran escala y en esosca$o$ los sistemas fototoltaicos serán conectados a la red.

Como se mencionó, los módulos fotovoltaicos generarán potencia a un voltaje CC de12V (o a veces 24V). $i se utilizan artefactos eléctricos estándar, es necesario cambiareste bajo voltaje CC a. un voltaje mayor CA (110 o nOV) con 50 Hertz de potencia. Paraesta conversión de tC a CA. se utiliza un inversor. Esto se hace antes del uso final ydespués de las baterfas porque no puede almacenarse electricidad CA.

Los::ablcs que se ,utilizan en el transporte de electricidad desde los paneles a loscontroles. baterfas y uso f¡nal deben diseñarse para corriente CC de bajo voltaje. Estosignifica gue, si la misma cantidad de energla debe transportiarse, deberán ser másgruesos que los cables gue generalmente se usan para 224V.

Ejercicio¿Por qué los cables para distribuir energla solar son más gruesos que los utilizadospara los sistemas de220V de uso común en los hogares?

CELDAS FOTOVOLTAICAS, PROCÉSO DE PRODUCiIÓ¡¡

El proceso de producción de las celdas fotovoltaicas es una actividad compiicada dealta tecnologia gue requiere de inversiones gigantesca$. Desde el punto de vistaeconómico no ea interesante arnlar una pequeña planta defabricación en países endesarrollo porque el precio las celdas que se fabrican es proporcionalmente inverso

MECANICO DE MANTENIMIENTOa" 120

128

SEfUAn ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

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

PANEL FOTOVOLTAICO

REGULADOR /CONTROLAOOR

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LUZ DEtt

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EMERGENCIA

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RADIO

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MECANICO DE MANTENIMIENTO. o'- 121

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Wtí{ií,}

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JISETUAN

I

ELECTRÓNICA gASICN INDUSTRIAL PARTÉ II

Básicamente el proceso de producción de celdas cristalinas consiste en producción deobleas y fabricación de celdas a partir de éstas

Las obleas (láminas muy delgadas de s¡lic¡o cristalino) se cortan de un blque sólido desilicio. Se produce un silicio policristalino enfriando un contenedor de silicio derretido.El cristalino puro se produm sacando un lingote del silicioderretido. También es posiblehacer crecer cristal directamente sobre una placa de metal, eliminando así el procesodecorte (que es elcostoso).

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

PAN ELES FOTOVOL TAICOS, MÓDU LOS

. Generalmente las celdas hechas en forma redonda o cuadrada son del orden de los100 cm'? . El voltaje de una dlula es aproximadamente de 0.5\1 w. Paratener un voltajemayor. como de 12a24V un número de celdas se conecta en serie. Para el cargado debateiías elvoltaje de salida de un módulo debería siernpre ser un pCIquito más alto queel voltaje de la batería. Esto significa que un niódulo FY diseñado para cargar batería de12V debería producir alrededor de 17-1 3V, dicho módulo puede hacerse, por ejemplo,de 36 celdasde silicio en serie (36 x 0.5 = 18 V).

Todas las características básicas de un panel fotovoltaico están señaladas bajocondiciones estándar (radiación = 1 ,000 Wm', T = 25'C):

Potencia Pico [WpJ= Máxima salida de potenciaen Watts pico (porejm. 36Wp]

Corriente de cortocircuito [Al * Corriente entre los polos conectados de un módulo (porejm. 2.31Apara un módulo de 36 Wp)

Voltaje abierto M- Voltaje entre los polos de un módulo sin carga (por eim. 20.5 V paraun médulo de 36 Wp)

Generalmente, el voltaje de un panel fotovoltaico es constante, sin irnportar laradiación. Sin embargo, la comente es directamente proporcionala la radiación, Por lo

. tanto, la salida de potencia de un panel es. también, directamente'proporcional a laradiación,

MECANICO DE r1/IANTENIMIENTOa'

122122

JATSETUAN ELEcTRóNtcA eAslcn INDUSTRIAL pARTE l

Ejemplo: Salida de un paneltípico de 60 Wp: ,

Radiación Condiciones Voltaje en Coniente de $alida de[W/m2J climáticas circuito abierto cortocircuito Potencia

tvl tAl twl

100 Nublado 15500 Pocas nubes 191,000 Despajado 2A

0.5 62,5 30560

A altas temperaturas, la salida de un panel disminuye. En promedio, dibminuirá unA.ía/o porcada grado Celsius porencima de la temperatura estándar.

Ejemplo: A 50 grados Celsius, la salida de un panel de 60 Wp disminuirá: O0 x 0.S% x(50-25I= TWatt

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

Como $e mencionara anteriormente, no tiene sentido comenzar a producir celdasfotovoltaicas a pequeña escala. Es posible sin embargo importar las celdasfotovoltaicas para ensamblar los paneles, más que importar los paneles completos.Esto puede hacerse con herramientas relativamente sencillas y se practica a pequeñaescala en los países en desarrollo.

Ejercicio :

¿Cuales son los voltajes de operación típicos de los sistemas solares de energía?

Ejercicio: )A continuación incluimos un ejemplo de las especificaciones técnicas para un módulosolar:

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

MECANICO DE MANTEN¡MIENTOat

123123

,ttrTUAN ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

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

¿Cuárrto üempo tornará cargar una bbtería vacia, cuya capacidad nominal es de 90 Ah,en una localidad con seis horas diarias de radiación solara 1,000 Wlm'?

COM PONE NTES ELÉCTRICOS

Unldad de control

Como puede deducilse de la disposición del sistema la unidad de control es und ispos itivo localizado en el centro del sistema fotovoltaico.

$us funciones son las siguientes:

L Dirigir la electricidad generada en los paneles fotovoltaicos hacia el uso final si eltiempo de demanda de electricidad coincide con las horas de sol.

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

lll. Dirigir la electricidad de la batería al punto de usd final cuando la demanda excedala generación de potencia del panelfotovoltaico.

lv. lmpedirque la baterla se sobrecargue y descargue.

v. lmpedirdaños en los cables para evitar cortocircuitos.

vl. lndicar elfuncionamiento del sisterna fotovotfaico y el estado de cargá.

MECANICO DE MANTEN1MIENTOa'

wiwiwá-¿N¡i¡i¡r&ti¡!íf:.?.!1,;nr :w

124124

dAbffiruAn ELECTRóNIcA gAstcn TNDUSTRIAL pARTE n

Para elegir una unidad de control, deberá estar al tanto de varios aspectos. Lascaracterísticas princípales de la unidad $on:

' Máxima corriente aceptada, prCIveniente de los módulos fotovoltaicos (por ejm. S A)

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

' lndicador de bajo voltaje de Ja batería (por ejm. LED)

' lndicador de carga solar (por ejm, LED)

' Voltaje de entrada de carga de batería (Depende deltipo de batería. Para uná bateríasellada, será de 13^3 - 14.0 V)

' Voltaje de entrada de descarga (para una batería sellada, entre 11 .4y 11.9 Volt)

' Tipo de rEgulación (estado sólido y con un relay)

' Dispositivo de reseteo (autonnático o manual)

. ' Protección eléctrica (fusibles paracortocircuito o iluminación)

' Protección contra polaridad inversa (fusible o diodo bloqueacJor)

' Voltajes de entrada regulables

Las unidades de control pueden venderse como un todo o pueden ensamblarselocalmente. Unidades de control confiables y probadas están disponibles pero en lospaíses en desarrollo, puede resultar difícil o muy costoso compradas.

Una unidad de control puede fabricarse localmente pero uno debe tener muchocuidado al diseñár su propio controlador. Como el controlador es el corazón de unsistema fotovoltaico su funcionamiento determina el comportamiento y tiempo rle vidadel sistema coÍnpleto. Una unidad de control que extrae demasiada electricídad de labatería causará latalla temprana de ésta y tal vez incluso pueda dañar log cables ydispositivos. Un controlador que apaga los paneles antes de tiempo influye en laeficiencia del sistema, Por lo tanto es aconsejable usar sólo diseños probados.

Aún con diseños ya probado$ uno debe tener.cuidado al construir sr.¡s propios diseños.Errores con la tolerancia correcta y la calidad de las partes electrónicas se cometenfácilmente. Debe haber suficiente enfriamiento y ventilación del circuito electrónicopara evitar el recalentamiento de los componentes pero la caja que alberga esto, debetambién ser a prueba de agua. Las conexiones a la unidad control cjeben hacerse de talmanera que los usuarios menos capacitados no puedan cometer errores fatales, etc.

MECANTCO tlE FíAI{TENIMIENTO Q5125

JArtrÍ\lAn

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L

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I

ELECTRÓNIcA gAsICe INDUSTRIAL PARTE II

Estas son algunas observaciones y hay rnuchos otros temas prácticos que elfabricante de unidades de control ha tenido gue solucionar, a través de años dedificultades, experiencias prácticas dq I + D.

Las unidades de control pueden diseñarse para realizar más tareas y no simplementela de controlar las corrientes y la carga/descarga de la batería. También puedecontrolar diferentes usos finales (como darle prioridad a grupos de aplicaciones encaso de falta de fluido) y puede monitorear el comportamiento de todo el sistema(aungue la mayoría de los controladores sólo dan un indicador de estado).

Otro aspecto de las unidades de control moderna$ es el MPPT o máxima potencia depunto tracción. Esto significa que el controlador deterrnina el punto óptimo de trabajode la curva FV: ¿qué voltaje operativo da la mayor eficien cia?

Ejercicig:

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

Ejercicio:

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

Cables

Los cables utilizados en un sistema fotovoltaico están cuidadosamente diseñados.Como el voltaje en un sistema fotovoltaico es voltaje CC bajo,12oz4V,las corrientesgue fluirán a través de los cables son mucho más altas que las de los sistemas convoltaje CAde 110 o 220V. La cantidad de potencia en Wattproducida por la batería opanelfotovoltaico está dada por la siguiente fórmula:

P=Uxl

Donde U es la tensión en Voltios e I es la corriente: en Amperios. Para suministrar unapotencia a 12V significa que la corriente será casi20 veces más alta que en un sistemade 220 V. Esto quiere decir que cables mucho más gruesos deben usarse para impedirel recalentamiento e incluso la guema de los cables,


126126

SENAil ELEcTRóNrcA sAstce TNDUSTRTAL pARrE u

El tamaño de los cables lo mostramos en la siguiente tabla, la corriente máxima quepuede fluir sin recalentar el cable y la cantidad de potencia gue puede producirse adiferentes voltajes.

,

Tabla : Tamaño de los cables. corriente máxima y potencia

Tarnaño delcable, co¡te de

tirea secciclnal

n'nn?

Lloniente Máxima

IA]

r0t52A

30

35

50

7{)

q0

12V

Ilotencia genera<fa I W l

24V 22AV

t.01.5

2.5

4.0

_ 6.0

tfi.O

r 6,0

25.0

170

180

240360424600840

24t|3ó0480'l2a

{J40

1 200

I 680

2t 60

22AA

3300

44$$

66A()

77(J$

I I 00{)

I 5400

I 9800

De esta tabla se deduce claramente que a voltajes bajos, sólo bajas demandas depotencia pueden abastecerse o cables muy gruesos deben utilizarse . Para alcanzaruna potencia de 1 kW a 12V un cable de 25.0 mm'debe utilizar$e para suministrar tantocomo 20 kWa 22AV. Esto aumenta el precio delsistema drásticamente debido a que loscables más gruesos son más costosos.

Tome en cuenta que estos tamaños sólo se aplican para cables cortos. $e utiliza otroenfoque en lo que se refiere a un módulo de energía eólica donde el punto de partida esla máxima caída pernisible de voltaje sobre el cable, dado el largo, voltaje y corriente.

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

Cuando se diseñan sistemas más grandes, uno debe realizar un análisis decostoleficiencia para elegir el voltaje operativo más adecuado. Más aún sería mejorreunir pequeños grupos de paneles y de ser posible hacer el voltaje de operación más

. altoque 12a24V.

Ejercicio:

Los sistemas FV pequeños operan a 12V. ¿Por qué los sistemas mediano$ y grandestrabajan a 24V?

MECANICO OE MANTENIMIENTOa'

127127

ELEGTRÓNICA BASlcA INDUSTRIAL PARTE II

Ejercicio r r

¿Qué tipo de cables usarfa paraloq siguientes sistemas?

l. S0Watt, 12Voltios

2. 1 0000 Watt, 220 Voltios

3.2000Watt, l2Voltios

A da ptadores, convertldores

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

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

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

lnvergor

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

W:"m:ffiffiffi

MECANICO DE MANTENIMIENTOa" 128

1?8

ffiffiNffil'\ ELECTRÓNICA BÁ$ICA INDUSTRIAL PARTE II

Un inversor puede parecer una solución tácil par:a convertirtoda la ealida rJel sistemasolar a una potencia CA estándar pero tiene varias desventajas. La primera e$ queaumenta el costo y cornplejidad de sistem a.Para muchas aplicaciones no es nece*arioen lo absoluto utilizar un inversor. Por ejenrplo para el alunrbrado es mejor invertir enluces de bajo voltaje de eficiencia en lugar de invertir en un inversor. ¡Más aún. enalgunas aplicaciones. por ejemplo para radios. la primera coea que se hace con lapotencia gue ingresa es convertirlaen bajo voltaje CC!

Un inversor también consume energia y portanto disminuye la eficiencia general delsistemaLa ventaja del inversor es que el voltaje de operación es mucho más alta y por tantopuede evitarse el uso de cables grue$os, especialmente cuanclo deben usarse cableslargos podria ser etonómicamente viable utilizar un inversor.

Ejercicio :

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

Ejercicio:

Observe eldiagrama cle una unidad de controly determine su funclonamiento

Ejercicio

¿Porqué se recomienda el uso de artefactos gue CIperan con corriente continua debaiavoltaje, en lugar de aquellos que le hacen con corriente alterna y quÉ requieren de uninversor de voltaje?

ACU M U LADOR ES ( BATER inS)

INTRODUCCIÓN

Los acumuladore$ $on parte esencial de las instalaciones FV y deben di¡nensionar$e,instalarse y rnantenerse adecuadamente si se desea que la instalación funcione deforma óptima

Un acumuladorse distingue de una simple pila eléctrica en r¡ue áste es $u$ceptible deser recargado muchas veces. En el estado actual de desarrollo de la técnica de losacumuladores electricos estos resultan aún demasiada voluminCI$o$, pesados, y máspesados, y más earssde lo que seria deseable, teniendo en cuentalatimita¿acañtrctadde energía eléctrica que pueden acumular, es riecir, el trabajo útil que se puedeobtener.

MECANICO tlE PdAF¡TÉNIMIENTO es129

JÉItrNtrI

I

IF'I

I

ELEcTRÓNIcA eASrcn INoUSTRIAL PARTE II

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

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

Gapacidad estimada de almacenam iento

$e denomina capacidad a la cantidad de energfa que una batería puede almacenar.Por ejemplo. un tanque de agua con una capacidad de 8,000 litros puede almacenarcomo máximo 8,000 litros. Del rnismo rnodo, una baterla sólo puede almacenar unacantidad fija de energía eléctrica que por lo general figura en la parte exterior de labatería.

La capacidad de lina batería se mide en amperios horas (Ah). Esto indica la cantidad deenergía que puede generar una batería antes de descargarse completamente (obser;eque la unidad ampl-rios horas no es realmente una medida de energia; para convertiramperios horas a energía en watts-hora, multipllquelos por el voltaje de la bateria).Teóricamente, una batería de 100Ah deberá generar una coffiente de 2Apara 50 horas{es decir,2 arnperios por 50 horas es igual él 100.imperio-horas}. Sin embargo, lacapacidad de almacenamiento estirnada es un parámetro generat, y no una medidaexacta, del tamaño de la bateria', ya que la capacidad cambia segÚn la antiÉ:iiedad yestado de ta batería, así como según la velocidad a la que se sustrae la potencia.$i la corriente se extrae rápidamente de la baterla, su capacidad se reduce


130130


Carga, descarga y estado de carga r

La corriente de carga es la corriente eléctrica de la que está provista una batería, yque está almacenada en ella. Así como toma más o menos tiempo llenar un tanque deagua, Dependiendo de la velocidad con que ingrese el agua; eltiempo reguerido paracargar completamente una batería depende de la magnitud de la corriente con la cualse carga. Las baterías se cargan utilizando módulos solares, energía de la reclconectada a un cargador de batería, diesel" petróleo o un motor de auto conectado aun alternadordeltamaño adecuado o a un generador.

Se puede determinar aproximadamente la cantidad de energía recibida por unabatería (Q. en amperios horas), multiplicando la corriente de carga(1, amperios) por eltiempo de carga (T, en horas):

Q (cantidad de carga en amp-horas) = 1 (corriente de carga en amperios) x T (tiempoen horas)

Si se multiplica esta fÓrmula (Q) por el voltaje de batería, se obtendrá la cantidad deenergía suministrada a la batería, expresada en watt horas.

No se debe cargar baterías a una corriente mayor de un décimo de su capacidadestimada. Por lo tanto, una batería de 70Ah no deberá ser cargada a una corriente demás de7 amperios.

D.escarga es etestado de la batería cuando su energía está usada por una carga (porejemplo, luces, radio, televisión, o bombas de agua). La corriente de descargarepresenta la velocidad a la que se sustrae corriente de la batería. $i desea, pueáecalcular la cantidad de energía extraída de la batería durante un periodo de tiempo(como en el caso delcargado de energía), mulplicando la corriente de descarga por eltiempo de uso de la carga. Por ejemplo, una lámpara que consume 1"2 anperiosutiliza, para cuatro horas, 4.8 amp-horas de energía de una bate ría (1.2 amperios x ¿horas = 4.8 amperios-horas).

El estado de cargarepresenta la cantidad de energía restante en la bateria. Ésteindica si una bateria está completamente cargada, cargada a medias ocompletamente descargada. En el caso de una batería de plomo*ácido, es posiblemedir su estado de carga utilizando un higrómetro o un voltímetro.

Ejercício

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

tu

MECANICO DE MANTENIMIENTO,"131

131

ELECTRÓNICA BASrcA INDUSTRIAL PARTE II

Ciclo, Ciclo de vida y Profundidad de descarga

En un sistema solar de iluminación eléctrica, una batería se carga diariamentemediante un módulo de celda solar y luego, se descarga debido al uso durante la nochey la madrugada. Un periodo de carga junto con su correspondiente periodo dedescarga conforman lo que llamamo$ un ciclo. Por ejemplo, en un ciclo, una baterla de100 Ah podria cargarse hasta un g5% de su capacidad durante el día, y luegodescargarse a un 75oh de su estado de carga durante la noche, debido al uso de lasluces y de la televisión.

El ciclo de vida de una batería es el número estimado de ciclos de duración de unabateria. La mayorla de baterlas tienen un ciclo de vida de varios miles de ciclos; laebaterlas de niquel-cadrnio tienen un ciclo de vida más largo que el de las baterías deplomo-ácido. El ciclo de vida promedio de una baterfa (el cual debe ser especificadopor el fabricante o el distribuidor) es el número estimado de ciclos de duración de unabaterfa antes de que su capacidad disminuya a un 80o/o de su capacidad originalestirñada. El ciclo de vida real se acorta debido a descargas profundas, altatemperatura, falta de mantenimiento, y demasiadas descargas a alta velocidad. Estoes tfpico durante largos periodos nublados, o cuando la carga es mucho mayor gue laentrada de sol.

Autodescarga

Si permanemn constiantemente descargadas, las baterías perderán $u cargalentamente mediante un proceso llarnado autodescarga. La autodescarga es elresultado de una reacción quimica ocurrida dentro de las celdas de la batería. Elporcentaje de descarga de una baterla depende de la temperatura del ambiente y deltipo de baterla (es decir, aquellas baterlas con gran acumulación de ácido en lasuperficie tienden a tener un Porcentaje de autodescarga más alto).El clima cálido aumenta el porcentaje de autodescarga, Por lo general, las bateríasnuevas no se descargan másde un íalo al mes. $in embargo, en climascálidos, lagbaterías de plomo-ácido ueadas pueden perder hasta un 40olo de su capacidad al me$,.si no se les carga regularmente. Por lo tanto, para evitar altos porcentajes de descarga,Ud. deberá:

Guardar la baterla en una caja de madera, o en una bandeja no metálica

Mantenga limpia la parte superior de la balería

Mantenga los terminales limplos y engrasados


132132

ffiffiNATI ELECTRÓNICA aÁ$cn INDU$TRIAL pARTE II

Tipos de baterías ,

Existen varios tipos de acumuladores, ppdiéndose establecerdiversas clasificacianesde acuerdo a su morfología y a su construcción interna, o a razan del uso a que vandestinados. De esta manera se habla frecuentemente de acurnuladores estacion artos,de tracción o de otros tipos específicos.

Los dos tipos de baterías más cornune$ en el actual mercado mundial son las bateríasde plomo-ácido y baterías de níquel-cadmio. En Perú, las más comercializadas son lasbaterías de plomo* ácido Ambos tipos de baterías contienen diferentes electrr:dos yd iferentes soluciones de electrolito.

figq_q_de b.ateria,$jp pla'fnp_: :

Baterías paraautos

Las baierías para autos son de plomo-ácido cle descarga ligera, utilizadasrnayormente para pCIner en marcha los motores de autos. Su porcentaje deautodescarga es bajo (1Aala al mes cuando son nuevae), con un sicla cle vida larga,,cCImpuesto de ciclos cortos. No son la mejor opción para almarnnar energíadestinada a generar electricidad FV. Sin embargo. muchos hogares peruanos iasusan para encender radios. televisore$ y luces" puesto que $e fabrican local. son b1 ratas y están al alcance de todos.

Baterías de plomo antirnonio {M otriz)

Las baterías de ptorno antimonio son de ciclo profundo, originalmente diseñadaspara poner en marcha vehículos eláctricos. Añadir antimonio al electrodo permite ala batería resistir ciclos profundos de entre 50%-B0ola de dee carga. $in embargo. susporcentajes de autodescarga son más altos, por lo que requieren adicionarles conmás frecuencia de aguadestilada.

Baterias $elladas (Gel)

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

IIIECAT.IICO DE MATüTENINÍIEI'{TCI

133133

,tSETUAN ELEcTRÓNICA EA$CA NDUSTRIAL PARTE II

Baterías solares

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

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

Un porcentde de autodescarga bajo, entre Zalay 4o/a almes

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

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

Lae baterías contienen ácido sulfririco. Asimismo, generan mezclas explosivas degases de hidrógeno y oxígeno en cada celda. Un cortocircuito en los terminales dela baterfa puede generar corrientes muy altas. Para estar en capacidad de

' manipular baterías con un riesgo mínimo, deberán tomarse algunas medidas deseguridad muy simples.

No deje que objetos de metal conecten ambos terminales, posltivo ynegativo, de la baterÍa.

Hacer cortocircuito en los terminales de la bateria provocará chispas. Si elcortocircuito dura cierto tiempo. tanto el cableado como la batería secalentarán considerablemente. Esto puede producir fuego. o puede hacerque la batería explote.

$ea muy cuidadoeo al echar agua a una batería

Las baterías contienen ácido. Si eete ácido cae al os ojos. puede ser muypeligroso. Hsto se evita utilizando lentee de protección. En caso de que caigaácido en los ojos, mantengalos abiertos y enjuáguelos inmediatamente conmucha agua. Luego. congulte a un médico. '

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


134134

ELEcTRóNtcA gAslcn TNDUSTRTAL pARTE n

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

Al cargar una batería. cologue sus manos debajo de ella para evitar quese resbale o se caiga. Uña caída puede provocai ¿anos en los electrodosy ocasionar cortocircuitos internos, Esto puede provocar que la bateríaexplote. Al cargar una batería, levántela firmemente.

Ns*hsgas-hispag-c"er-qa_deura.batgua

Les baterías producen una mezcla de gases de oxígeno e hidrógeno queexplota cuando se enciende. Evite hacer chispas y no fume o hagasoldaduras cerca de una batería

Riesgos para el medio ambiente

Las baterias usadas, al igual que las lámparas fluorescentes, constituyen unrieigo para el medio ambiente. Sea cuidadoso al desecharlas; no las coloquejunto con la basura norrnal. Por lo general, pueden ser devueltas al fabricante odistribuidor para ser recicladas,

. Ejercicio :

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

Ejercicio :

¿Porqué resulta imposible hablar en términos generales del tiempo de vida de unabatería:

Ejercicio :

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

Estructuras de soporte

como los paneles solares deben mirar al sol sin interferencia de obstáculos en losalrededores, los paneles generalmente egtán colocados en una posición alta, sobre unteche o un poste

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

MECANICO DE MANTENIMIENTO 135¡' 135

ñtrfu¡m ELEcTRÓNIcA gASIcn INDUSTRIAL PARTE II

En segundo lugar existe la posibilidad de ir¡tegrar paneles al techo. Esto significa quelos paneles actuarán como parte del tejado y que los materiales del techo como lastejas se ahorraran" Los paneles ya son bastante fuertes a prueba de agua, entoncespara qué desperdiciar materiales üe construcción. Otra ventaja es que la carga delviento se disminuye cuando los paneles están colocados en eltecho más que sobre eltecho.

En tercer lugar, los paneles puede colocarse en un techo plano sobre un marco que losoporte. El marco está hecho de metal y fijado al techo (con permos grandes) o eehacen lo suficientemente pesados utilizando concreto. La ventaja es gue se puedeescoger cualquier dirección e inclinación pero, claro, el marco aumenta los costos delsistema. Estos marcos también se utilizan en instalaciones en áreas planas sobre elpiso.

$i no. hay un techo adecuado disponible, será necesario elevar el panel a cierto nivel afin de evitar las sornbras; pudiéndose hacer con postes. Esto sólo se logra con panelespequénos utilizando construcciones parecidas a la de los postes de alurnbrado público.También se utilizan los postes para evitar daños potenciales en los paneles causados,por ejemplo, porganado o niños que iuegan en los alrededores.

Los módulos fotovoltaicos sobre marcos o postes pueden equiparse con mecanismosde tracción que ,ajustran los panelee de tal manera gue estén siempre mirando al sol,Estos sistemas son muy costosos y complicados, generando nurnerosos desperfecto$,y por lo tanto no se utilizan comtlnmente. Para sistemas más grandes podrla seratractivo utilizar los mecanismos de tracción, pero para sistemas pequeños lasinversiones no pueden justificarse por un mayor rendimiento.

Bajo todas circunstancias los paneles deben colocarse de tal manera que estén a lamano para realizar trabajos de limpiezaY mantenimiento.


136136

rf*tFE$üAN EIñCTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE II

WffiW%-W,ffi

MOh¡TAJE CON CIRCUITO$IruTHGRANOS

MECANICO DE MANTENIMIENT0 rcT137

f@l''

12V

12V

T=1.1 .R.C

I NEsssl 3

NO OPERACIONE$ MATERIALES / INSTRUMENTOS

01

a2I lnstalarcircuitocon integrado 555

I lnstalarcircuito con multivibradorastableI

I

I

I

t

01 circuito integrado NE55503 resistencias 10 K

02 resistencias 1 K,330 r02condensadores0,l pF

06 condensadores 0,'l pF, 1 pF, 10 pF,

100 pF,220¡tF,1000 pF

0l Pulsador01 Led0l Osciloscopio01Cronómetro

01 01

PZA. CANT, DENOMINACIÓN NORMA '

DIMENSIONES OBSERVACICINES

,Al#NAN

PERU

MONTAJE DE CIRCUITOS INTEGRADOS HT 10 REF.

MECA''IICO DE MANTENIMIENTOTIEMPO: HOJA: 111

ESCALA: 2005

138138

ELECTRÓN'CA BASICA PARTE II

,rt5ENAN

OPERACÉN: INSTALAR CIRCUITO

Paso l: Armarelcircuito mostrado.

12V

CON MULTIBRADOR A$TABLE

o't ut

rPaso 2: Carnbiar el condensador C según los valores indicados en la tabla y gráfica la forma

e onda y anota los valores de la frecuencia y el periodo.

c F T

0,01 F

0,1 F

1F

10F

100 F

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


nF-{E 3

139139

ELEcTRÓNICA gASICn INDUSTRIAL PARTE II

,AlffN¡trI

OPERACION ; INSTAISR CIRCUITO COH INTEGRADOPaso I : Armar el circuito mostrado.

5SS

12V

Pulsador F

Paso 2: Variar el condensador "C" según los valores que indica la tabla y rnedir el tiempo de

. duración del pulso y anotarlos.

C Tiempo

1pF

100 ¡r F

100 ¡r F

2A pF

1000 p F

f'yj_558 g


140

MA


Circuito lntegrado 555

lnstrucciones y car¡cterísticas

El dispositivo 555 es un circuito integrado muy estable cuya función primordial es la deproducir pulsos de temporización con una gran precisión y que además puedefuncionar como oscilador.Sus ca¡acterísticas más destacables son:

Temporización desde microsegundos hasta horasModos de funcionam¡ento

,:/ Estable.,/ Aplicaciones

Temporizador,.-/ OsciladorI Düisorde frecuencia.., / Modulador de frecuencia

¡,r' Generado¡ de señales triangulares

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

ESPECIFITACIONHS SENER,ALE$ BEL 555

5- 10- ,t s-vOLTt0$ volTto$ volTto$ t'IorAs

Frecuencia máxinra (Astable) 500 - Kfrz a Z -MHz Varia con el fulfg y eldiseño

Nivel de tensÍón (medio) S.3 - V 6.6 - V 10.CI - V Nr:nrinat ,

Error de frecuencia (Astable) -5 o/a -5 ah -g ola Temperat ura ZboC

Error de temporizacian -1 ú/a -1 % -1 % 'lbmperat ura ZS'C(monostable)

Máxirno valor de Ra + Rb 3.4 - Meg 6.2: Meg 10 - Meg

Valar mínimo de Ra

Valor rninima de Rb

5-K . 5-K 5-K

3-K 3-K 3-K

Reset VHA/L (pin-3) a.4 t< 0.30.4 I < as a.4 t< .03

Corriente de salida (pin-3) -Z0A ma -200 ma -200 ma

;_,___TrE .,, , .,

MECANICO DE MANTENIMIENTO 141:a 141

*s¡{An

I

I

t,I

t


A continuación se mostraran los modos de,funcionamiento que posee este circuitointegrado.En los e$quemas se hace referenqia al pastillaje del elemento, al igual que a lasentradas y salidas en cada montaje.

Fu ncion amiento rnonoestable

Cuando la señal de disparo esta a nivel alto (ej. 5V con Vcc 5V) la salida se mantiene anivel bajo (0V) que e$ elestado de reposo,

Una vez se produce el flanco descendente de la señal de disparo y se pasa por elvalorde disparo, la salida se mantiene a nivel alto {Vcc) hasta transcurrido el tiempodeterminado por la ecuación:

T = 1.1 *Ra* C

Es recomendable , parano tener problemas de sincronizaciónque el franco de bajadade la señal de disparo sea una pendiente elevada, pasando lo más rápido posible a unn ivel bajo (idealmente 0V).

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

MECANICO DE fuIANTENIMIENTO

:.

27

36

142

142

ttffisüAn ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

Circuitos integrados tem porizadores

Las aplicaciones como osciladores, gen*r"lor*s de pulso, generadores cle rampa uonda cuadrada, multivibradores de una disparo, alarmas contra robo y monitores detensiÓn, requieren un circuito capazcie producir intervalos de tiempo medido.El circuito integrado temporizadar más popular es el 555, fue introducido primero porSignetics Corporation, similar a los amplificadores operacionales de propósito general,el 555 es confiable, fácil de usar en gran variedad de aplicaciones y de bajo costo. El g55también puede CIperár con tensiones de alimentación de + 5 v a + 18 v., por tanto escompatible tanto con los circuitos TTL como los amplificadores operacionaleg,

El temporizador 555 (Timer)

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

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

fVI ECANICO DE MANTENIMIENTO

:.143

143

Jrt#NAN ELECTRÓNIcA EA$cn INDUSTRIAL pARTE II

cero externa y la paüta 4 se conecta directamente a la fuente de alirnentación (UCC).

Observe el amplificador inferior su entradb se denomina disparador (pin2); debido al

divisor de tensión, la entrada no inversora tiene una tensión fijado a + UCC/3; cuando latensión de entrada en el disipadot es ligeramente menor que + UCC/3, la salida del

operacional va e un nivel alto tensión (entrada r del flip flop) y pone a cero al flip flop.

Finalmente la patita o pin 1 es la tiena del integrado, mientras que la patita I es la de

alimentación. El timer 555 funcionará con cualquier tensión de alimentacióncomprendida entre los 4,5 V y 16 V.

M ultivibrador ilonoesta ble

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

R .tt

Urnbral0

[-]f u.',,

- I Salidao --r (b)

Funciona como sigue; la entrada al disipador es ligeramente menor que +UCC/3 eloperacional inferior se va a un nivel de tensión alto y pone a cero el flip flop; esto haceque el transistor se corte permitiendo cargarse al condensador. Cuando la tensión deurnbra.l es ligeramente mayor Que + 2UCC|{ el operacional superior tiene por salida un

nivel alto de tensión, lo cual pone a uno flip flop; tan pronto como la salida Q llega a uno,el transistor conduce y el condensador se descarga rápidamente.


.'* Dieparo

144

144

#AsffiNAN ELEcTRóNtcA eÁsrcn INDUSTRIAL pARTE u

La figura anterior muestra las formas de ondd típica, la entrada al disparador es unpulso angosto con un valorde resposo de + UCC;el pulso debercaer pordebajo de las+ UCC/3 para poner a cero al flip flop i permitirle cargarse al condensador, cuando latensión de umbral excede ligeramente los + 2 UCC1{ el flip flop se pCIne a uno, estosatura al transistor y descarga al capacitor, como resultado, obtenemo$ un pulsa desalida rectangular. El condensador c tiene que cargarse a través de la resistencia R; amayor valor de la constante de tiempo; mayor es el tiempo que toma el condensadorpara alcanzar los 'r 2 UCCI3; en otras palabras, la constante de tiempo RC controla elancho del pulso de salida. Resolviendo la ecuación exponencial para la tensión decondensador, se obtiene la siguiente formula para el ancho del pulso

Por ejemplo, $i R = 22 KN y C = 0"06BMF , entonces la salida clel temp orizadormonoestable 555 es:W = 1 ,'l x22 x 10'x 0,068 x 10'a = 1 ,65 minNormalmente el diagrama esquemático no muestra los operacianales, ni al flip flop uotros componentes internos al temporizador 555, se muestra un diagramaesquemático como el de la, para el circuito temporizador 555 funcionando en modoffionoe$table, sólo $e muestran las patitas o pines y cornponentes externosincidentalmente,

DISPARO

El pin 5 {de control) es polarizado'a tierra a través de un pequeño condensadCIr,típicamente de 0.01 ¡r f, esto proporciona un filtrado para el ruido que se introduce pCIr

la tensiÓn de control cuando se conecta a tierra el pin 4 inhibe al temporízadar 55S,para evitar puestas a cero accidentales, ordinariarnente se sonecta el pin 4a la fuentede alimentación como se rnuestra en la anterior.

MECANICO DE MANTEN|MIÉNTO 14s

145


JAItrN¡TN

MULTIVIBRADORASTABLE

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

(a)

(b) *U.t

0

l.*w¡l I

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

Cuando la tensión del condensador cae por debajo ligeramente de + UCC/3, eloperacionalinferiortiene un nivelalto en su salida y esto pone a cero alflip flop.

La figura anterior (b) ilustra las formas de onda, comb se observa el condensador detemporización tiene un voltaje creciente y decreciente exponencialmente; la salida esuna onda rectangular. Como la constante de tiempo de carga e$ mayor que la dedescarga, la salida no es simétrica el estado de puesta en uno dura más tiempo que elde puesta a cero. Para especificar cuan asimétrica es la salida, se utiliza el ciclo deservicio (dutycycle) definido como:

MECANICO DE MANTENIMIENTO:.

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JñItrTUAN ELECTRÓNICA BÁSICA INDU$TRIAL PARTE II

R-WD= -i- x 100%

Como ejemplo: Si W = 2M$ y T = 2,5MS, entonces el cíclo de servicio es:i' '

P= # x\l}a/s* 80%

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

s = 1'44TRa +?RW

Y elciclo de trabajo o servicio es:

D = {H} xlaao/o

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

0,01pF

(a)

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

Oscilador Controlado por Tensión

La figura'siguiente muestra un oscilador controlado por tensión (vco, del inglés voltajecontrolled oscilador).

MECANICO DE MANTENIMIENTO 147tn

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ñtrfu¡trr

(b)

(a)

La patita 5 (de control) se conecta a la entrada inversora del operacional superior,

normalmente la tensión de controles + 2 ucc/3 a causa del divisor de tensión interno,sin embargo en la figura anterior la tensión del potenciómetro externo contrarresta la

tensión interna es decir ajustando el potenciómetro podemos variar la tensión decontrol, la figura anterior ilustra la tensión en bornes del condensador temporizador.Observe que dicha tensión varfa entre + Ucontral 12 V + Ucontrol. $i aumentamosUcontrol, elcondensadortoma mayortiempo para cargarse y descargarse portanto la

frecuencia disminuye. Como resultado, podemos cambiar la frecuencia del circuitovariando la tensión de control. lncidentalmente la tensión de control puede provenir deun potenciómetro o de la salida de otro circuito transistorizado u operacional, etc.

MECANTCO DE MANTFNTMTENTO

a'

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ELECTRÓN|CA BASTCA TNDTJSTfrIAL PARTE il

#A*ffiTUAN

W,,":e:{::ft ,,3 {,:r%, W;:ftW;#'""tr; W;8. #kr'",{:#, {}rr,,b'{:ft

MECANICO DE MANTFNIMIENTO

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^trN¡M

01, ¿Cuál es la tensión pico a pico del rizadoque se obtiene de un puente rectificadorsi la corriente en la carga es de SmA y la

capacidad del filtro vale 1000pF? .

al 21.3pVbl 56"3nVcl 21.3rnVd) 41.7mVe) N.A,

92. Con una tensión rectificadora en mediaonda en la resistencia de carga,

¿Durante que parte de un ciclo fluyecorriente en la carga?a) 00b) 90oc) 180od) 3600

. e) N.A.

03, ¿Qué tensión de pico en la carga seobtiene de un puente rectificador si latensión en el secundario es de 15Vrms? (emplee la segundaaproximaciónI

a) 9.2 Vbl 15vc) 19.8 Vd) 24.3 Ve) N.A.

04. La resistencia interna de un 1N4001 esal 0 Ohmiosb) 0.23 Ohmiosc) 10 Ohmiosd) 1 Kohmiose) N.A.

05. Con la misma tensión delsecundario y elmismo filtro, ¿Cuál de los siguientes

I

factores produce la menor tensión en lacarga?

a) Un rectificadorde media ondabl Un rectificador de onda completac) Un puente rectificadord) lmposible saberloe) N.A,

06. La tinica ocasión en la que es necesarioutilizar Ia tercera aproxírnación escuando :

a) La resistencia de carga es pequeñab) La tensión de la fuente es muy grandec) Se detec{an averfasdlT. A.e| N. A,

g7, Suponga que en un rectificador demedia onda la tensión de red puedefluctuar entre los 105 y 125 V rms. Con' un transformador reductor 5:1 , latensién de pico en la carga esaproximadamente de

Al 21 VBl 25Vc) 2e.6 vD) 35.4 VEl N.A.

08. S¡ la tensión de red es de 115 V rms, unarelación de espiras de 5:l significa quela tensión en el secundario esaproximadamenteA) 15VBl 23Vcl 30vD) 35VE) N.A.


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JrttrTUAN ELECTRÓNICA BASICA INDUSTRIAL PARTE II

09. Cuando la corriente por el diodo es 13, La tensión umbral de un diodo esgrande, la polaridad es aproximadamente igual a

a) Directa a) La tensión aplicadab) lnversa , b) La banera de potencialc) Escasa c) La tensión de rupturad) Al revés d) La tensión con polarización directae) N.A. elN.A.

f4. En un transfurmador reductor, ¿Qué10, Si la resistencia es nula, la curva por magnitudes mayor?

encima de la tensión umbral es a) Tensión en el primarioa) Horizontal b) Tensión en el¡ecundariob) Vertical c) N¡nguno de los dosc) lnclinada en 45o d) No hay respuesta posibted) T.A. e) N.A.e) N.A.

15. Cual es la tensión de pico en la carga en11. Un transformador tiene una relación de un rectificador de onda compleh si la

espiras de 4:1 ¿Quál es la tensión de tensión delsecundarioes de 20V rmspico en el secundario sise aplican '115V A) 0Vrms alarrollamiento primario? B) 0.7 Val40.7v Cl 14.7V' b)64.6 V D) 28.3Vc)163 V E) N.A.d) 170 v

12, ¿Cómo está polarizado un diodo que noconduce?

a) Directamenteb) lnversamentac) lnsufic¡entemented) Alrevése) N.A.

MECANICO DE MANTENIMIFNTO

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ELECTRÓNICA EA$Cn INDUSTRIAL PARTE II

JISNAN

La 5S

lo "s" sElRl

CLASIFICARSeparar lo que es útil de lo qué no lo es.Eliminar del área de trabajo todos los elementosinnecesarios y gue no se requieren para realizar nuestra labor.

20 'irs" sElroil

ORDENARUn lugar para cada cosa y cada cosa en su lugar.organizar los elementos que hemos clasificado comonecesarios de modo que se puedan encontrar con facilidad.

30 "$rú sElso

LIIIIPIARAcaba con la suciedad y evita ensuciar.

Limpiar el sitio de trabajo y los equipos, y prevenir la

euciedad y el desorden con un pensamiento superior de limpieza.

40 *sñ SEIKETSU

CONSERVARTodo arreglado y limpio, es bueno para nuestra saludflsica y mental. Por ello hay que preservar altos nivelesde organización, orden y limpieza en nuestra vida diaria,

50 .'s'sHlTsuKE

AUTODISCIPLII{AOrden, rutina y perfeccionarhiento constantes.Convertir en hábito el empleo y utilización de los métodosestablecidos para el cumplimiento de las 4'$ anteriores.

MECANICO DE MANTENIMIENTO

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ffin¡d[n ELECTRÓNICA BÁSICA INDUSTRIAL PARTE II

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MECANICO DE MANTENIN¡1IENTO 153t"

' 153


ñstfuAn

COTiITAil'IINACÉH POR DE$PERDICIOS

La acumulación de desperdicios sólidos en vertederos o basurero$ al libre o endepósitos inadecuados e$ un problema gue afecta a casi todo el planeta. Cadaaño en los palses desarrollados, $e convierten en chatarra millones deautomóviles junto con toneladas de hierro y acero. También $e acumulan millonesde toneladas de desechos minerales de las explotaciones mineras y lasfundiciones,

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

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

GONTA]UIINACIOH POR PETROLEO

El petróleo se ha convertido en un fuerte contaminante del ecosistema marino. Laperforación de pozos en la plataforrna continental de rnuchas partes del mundoesta sujeta a accidentes gue provocan la liberación directa de petróleo almar.

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

CONTAMINACÉ}.I POR RUIDO

El ruido es un sonido inarticulado y confuso, mas o menos fuerte gue causa unasensación desagradable y molesta. El hombre esta sometido a una ampliavariedad de ruidos que van desde los apenas perceptibles hasta los que causandaño. El ruido se mide en decibeles (unidades para medir las variaciones de lapotencia del sonido ), Una batidora eléctrica produce'87 decibeles, el tránsito deuna calle céntrica alcanzaentre 80 y 100 decibeles y con solo 30 mas se llega alumbraldeldolor.

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ELEcTRóNrcA eAstcn TNDUSTRTAL pARTE u

ñtrtu¡trl

BIBLIOGRAFIA

Principios de Electrónica Paul MalvinoEditorial Esmeralda Mora

Electrónica Analógica SENATI

MECAN ICO DE IúANTENIMIENTOa'

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n,r$il

o. i,.a

PROPIEDAD INTELECTUAL DET, SENATI PROHIBIDASU REPRODUCCIÓN YV'ENTA SIN LAAUTORIZACIÓN

CORRESPONDIENTE

EDICIÓrrlENERO 2: 07

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

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Electronica Industrial Basica II