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SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL MANUAL DE APRENDIZAJE CÓDIGO: 89001545 Profesional Técnico ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN COMPUTACIÓN E INFORMÁTICA

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SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL

MANUAL DE APRENDIZAJE

CÓDIGO: 89001545

Profesional Técnico

ELECTRÓNICA E

INSTRUMENTACIÓN

COMPUTACIÓN E

INFORMÁTICA

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 5

Tabla de Contenidos TAREA1: IDENTIFICA Y ANALIZA RESISTENCIAS. .......................................................... 9

1. EQUIPOS Y MATERIALES: ......................................................................................... 9 2. ORDEN DE EJECUCIÓN: ............................................................................................. 9 3. OPERACIÓN. ................................................................................................................ 10

3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL. ......................... 10 Identifica las resistencias según el material utilizado para su construcción. .......... 11 Identifica y calcula el valor nominal de una resistencia por código de colores. ...... 15 Identifica y calcula el valor nominal de una resistencia por código de marca. ....... 17 Calcula resistencias equivalentes en circuitos en serie. ............................................ 17 Calcula resistencias equivalentes en circuitos en paralelo. ....................................... 19 Calcula resistencias equivalentes en circuitos mixtos. ............................................... 22 Utiliza la ley de Ohm. ....................................................................................................... 27 Utiliza la ley de Kirchhoff. ................................................................................................ 29 Utiliza el teorema de Thévenin y Norton. ...................................................................... 30 Utiliza el teorema de máxima transferencia. ................................................................ 32 Utiliza el teorema de Millman. ......................................................................................... 33 Utiliza el teorema de sustitución. .................................................................................. 34 Utiliza el teorema de reciprocidad. ................................................................................. 35

FUNDAMENTO TEÓRICO. ................................................................................................ 37 VOLTAJE (V): .................................................................................................................... 37 CORRIENTE. .................................................................................................................... 39 POTENCIA. ....................................................................................................................... 41 PREFIJOS. ........................................................................................................................ 41 RESISTENCIA. ................................................................................................................. 41 CLASIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA. ..................................................................... 42 RESISTENCIA FIJAS. ..................................................................................................... 42 POTENCIÓMETRO: ......................................................................................................... 47 TERMISTOR. .................................................................................................................... 50 FOTORESISTENCIAS..................................................................................................... 54 RESISTENCIA VDR (VOLTAGE DEPENDENT RESISTORS). ............................... 56 CÓDIGO DE COLORES. ................................................................................................ 57 CÓDIGO DE MARCA....................................................................................................... 60 MULTÍMETRO o MULTITESTER o POLÍMETRO. .................................................... 61 TIPOS DE MULTÍMETROS. ........................................................................................... 62 MULTÍMETRO ANÁLOGO: ............................................................................................. 62 MULTÍMETRO DIGITAL. ................................................................................................. 63 NODOS, TRAYECTORIAS, LAZOS Y RAMAS. .......................................................... 67 LEY DE OHM. ................................................................................................................... 68 LEYES DE KIRCHHOFF: ................................................................................................ 71 RESISTENCIAS EN SERIE Y EN PARALELO. .......................................................... 74 TEOREMA DE THEVENIN Y NORTON. ...................................................................... 78 TEOREMA DE LA MÁXIMA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA. .............................. 81 TEOREMA DE MILLMAN. ............................................................................................... 83 TEOREMA DE SUSTITUCIÓN. ..................................................................................... 86 TEOREMA DE SUPERPOSICIÓN. ............................................................................... 88

TAREA2: IDENTIFICA Y ANALIZA LOS CONDENSADORES. ....................................... 92 EQUIPOS Y MATERIALES: ............................................................................................... 92 ORDEN DE EJECUCIÓN. .................................................................................................. 92

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 6

OPERACIÓN: ........................................................................................................................ 93 NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL. .................................... 93 Identifica los condensadores según el material utilizado en su fabricación. ........... 93 Calcula el valor de su capacidad por el código de marca. ......................................... 95 Calcula la capacidad equivalente en circuitos en serie-paralelo............................... 96 Utiliza el generador de señales. ..................................................................................... 97 Utiliza el osciloscopio. ...................................................................................................... 99 3.7. IMPLEMENTA FILTRO PASA BAJO RC. ........................................................ 101 3.8. IMPLEMENTA FILTRO PASA ALTO RC. ........................................................ 104 3.9. IMPLEMENTA FILTRO PASA BANDA RC. ..................................................... 106 3.10. IMPLEMENTA FILTRO RECHAZA BANDA RC.............................................. 109

4. FUNDAMENTO TEÓRICO. ...................................................................................... 111 4.1. CONDENSADORES. ........................................................................................... 111 4.2. CLASIFICACIÓN .................................................................................................. 112 4.3. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE UN CONDENSADOR .................. 115 4.4. CONDENSADOR ELECTROLÍTICO ................................................................ 116 4.5. CONDENSADOR DE ESTADO SÓLIDO ......................................................... 117 4.6. CONDENSADOR DE ALUMINIO. ..................................................................... 117 4.7. CONDENSADOR DE TANTALIO (TÁNTALO). ............................................... 117 4.8. CONDENSADOR DE POLIÉSTER. .................................................................. 118 4.9. CONDENSADOR PLÁSTICO. ........................................................................... 118 4.10. CONDENSADOR CERÁMICO. .......................................................................... 118 4.11. IDENTIFICACIÓN DE SU CAPACIDAD. .......................................................... 120 4.12. CAPACITORES SMD (S ..................................................................................... 121 4.13. CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR. ........................................ 122 4.14. ASOCIACION DE CONDENSADORES. .......................................................... 124 4.15. REACTANCIA CAPACITIVA (XC). ..................................................................... 127 4.16. CONCEPTOS PREVIOS PARA FILTROS. ...................................................... 128 4.17. NÚMEROS COMPLEJOS O IMAGINARIO. .................................................... 131 4.18. OPERACIONES CON NÚMEROS COMPLEJOS. ......................................... 132 4.19. CLASIFICACIÓN DE LOS FILTROS. ............................................................... 133 4.20. ESCALA SEMILOGARÍTMICA........................................................................... 140 4.21. FILTRO PASA BAJO RC. ................................................................................... 141 4.22. FILTRO PASA ALTO RC. ................................................................................... 142 4.23. FILTRO PASA BANDA RC. ................................................................................ 143 4.24. FILTRO RECHAZA BANDA RC. ........................................................................ 144

TAREA3: IDENTIFICA Y ANALIZA LOS INDUCTORES. ................................................ 146 1. EQUIPOS Y MATERIALES. ..................................................................................... 146 2. ORDEN DE EJECUCIÓN: ........................................................................................ 146 3. OPERACIÓN. .............................................................................................................. 147

3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL. ....................... 147 3.2. IDENTIFICA LAS BOBINAS SEGÚN EL MATERIAL UTILIZADO EN SU FABRICACIÓN. ............................................................................................................... 147 3.3. CALCULA EL VALOR DE SU INDUCTANCIA POR EL CÓDIGO DE MARCA. ........................................................................................................................... 148 3.4. IMPLEMENTA FILTRO PASA BAJO RL. ......................................................... 149 3.5. IMPLEMENTA FILTRO PASA ALTO RL. ......................................................... 151 3.6. IMPLEMENTA FILTRO PASA BANDA RLC. ................................................... 154 3.7. IMPLEMENTA FILTRO RECHAZA BANDA RC.............................................. 156

4. FUNDAMENTO TEÓRICO. ...................................................................................... 159 4.1. BOBINAS. .............................................................................................................. 159

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 7

4.2. CLASIFICACIÓN DE BOBINAS......................................................................... 160 4.3. BOBINA CON NÚCLEO DE AIRE. .................................................................... 162 4.4. BOBINA CON NÚCLEO SÓLIDO. ..................................................................... 164 4.5. BOBINA DE NIDO DE ABEJA. .......................................................................... 166 4.6. BOBINA TOROIDAL. ........................................................................................... 166 4.7. ASOCIACIÓN DE BOBINAS. ............................................................................. 167 4.8. CÓDIGO DE COLORES. .................................................................................... 168 4.9. CÓDIGO DE MARCA. ......................................................................................... 171 4.10. RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LA BOBINA. ......................................... 172 4.11. FILTRO PASA BAJO RL. .................................................................................... 174 4.12. FILTRO PASA ALTO RL. .................................................................................... 175 4.13. FILTRO PASA BANDA RLC. .............................................................................. 176 4.14. FILTRO RECHAZA BANDA RLC. ..................................................................... 178 4.15. TRANSFORMADOR. ........................................................................................... 180 4.16. PROTOBOARD. ................................................................................................... 181

TAREA3: IDENTIFICA Y ANALIZA UN DIODO. ............................................................... 183 1. EQUIPOS Y MATERIALES: ..................................................................................... 183 2. ORDEN DE EJECUCIÓN: ........................................................................................ 183 3. OPERACIÓN. .............................................................................................................. 184

3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL. ....................... 184 3.2. IDENTIFICA LOS PRINCIPALES TIPOS DE DIODOS. ................................ 184 3.3. IDENTIFICA LOS CÓDIGOS DE MARCA DE DIODOS. ............................... 186 3.4. IMPLEMENTA CIRCUITOS BÁSICOS CON DIODOS. ................................. 189

4. FUNDAMENTO TEÓRICO. ...................................................................................... 198 4.1. MATERIALES SEMICONDUCTORES. ............................................................ 198 4.2. POLARIZACIÓN DEL DIODO. ........................................................................... 199 4.3. CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO. ....................................................... 201 4.4. MODELO MATEMÁTICO. ................................................................................... 203 4.5. DIODO LASER. .................................................................................................... 204 4.6. DIODO ZENER ..................................................................................................... 205 4.7. DIODO LED. .......................................................................................................... 207 4.8. DIODO DE CRISTAL. .......................................................................................... 209 4.9. DIODO DE CORRIENTE CONSTANTE ........................................................... 210 4.10. DIODO TÚNEL O ESAKI. ................................................................................... 210 4.11. DIODO GUNN. ...................................................................................................... 211 4.12. DIODO OLED (ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE). ................................. 213 4.13. FOTODIODOS. ..................................................................................................... 215 4.14. DIODO CON PUNTAS DE CONTACTO. ......................................................... 215 4.15. DIODO PIN. ........................................................................................................... 216 4.16. DIODO SCHOTTKY. ............................................................................................ 216 4.17. CIRCUITOS LIMITADORES............................................................................... 217 4.18. RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA. ................................................................. 219 4.19. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA. ....................................................... 221 4.20. CODIFICACIÓN. ................................................................................................... 222 4.21. ENCAPSULADO DE DIODOS. .......................................................................... 225 4.22. DIODOS SMD. ...................................................................................................... 226

TAREA4: IDENTIFICA Y ANALIZA UN TRANSISTOR. ................................................... 228 1. EQUIPOS Y MATERIALES. ..................................................................................... 228 2. ORDEN DE EJECUCIÓN. ........................................................................................ 228 3. OPERACIÓN. .............................................................................................................. 229

3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL. ....................... 229

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 8

3.2. IDENTIFICA LOS PRINCIPALES TIPOS DE TRANSISTORES BIPOLARES DE JUNTURA (BJT). ...................................................................................................... 229 3.3. IDENTIFICA LOS CÓDIGOS DE MARCA DE UN TRANSISTOR BJT. ...... 230 3.4. IDENTIFICA LOS PRINCIPALES TIPOS DE TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO (FET). ......................................................................................................... 231 3.5. IDENTIFICA LOS CÓDIGOS DE MARCA DE UN TRANSISTOR FET. ..... 232 3.6. IMPLEMENTA CIRCUITOS BÁSICOS CON TRANSISTORES. .................. 233 3.7. IMPLEMENTA FILTRO PASA BAJO ACTIVO. ............................................... 240 3.8. IMPLEMENTA FILTRO PASA ALTO ACTIVO. ............................................... 245 3.9. IMPLEMENTA FILTRO PASA BANDA ACTIVO. ............................................ 250 3.10. IMPLEMENTA FILTRO RECHAZABANDA ACTIVO. ..................................... 253

4. FUNDAMENTO TEÓRICO: ...................................................................................... 256 4.1. TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNTUTA (BJT). ............................................... 256 4.2. TIPOS DE TRANSISTOR DE UNIÓN BIPOLAR. ........................................... 259 4.3. REGIONES DE OPERACIÓN DE UN TRANSISTOR BJT. .......................... 261 4.4. TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO (FET). ............................................ 262 4.5. TIPOS DE TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO. .................................... 263 4.6. ZONAS DE TRABAJO DEL FET. ...................................................................... 265 4.7. TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO METAL ÓXIDO SEMICONDUCTOR (MOSFET). .................................................................................. 266 4.8. ZONAS DE TRABAJO MOSFET. ...................................................................... 268 4.9. ENCAPSULADO DE LOS TRANSISTORES. .................................................. 269 4.10. CÓDIGO EN EL ENCAPSULADO DE LOS COMPONENTES SEMICONDUCTORES. ................................................................................................. 271 4.11. ENCAPSULADOS PARA CIRCUITOS INTEGRADOS. ................................ 275 4.12. REGULADORES DE VOLTAJE ......................................................................... 277 4.13. AMPLIFICADOR OPERACIONAL. .................................................................... 278

TAREA 4: UTILIZA SOFTWARE DE ELECTRÓNICA. .................................................... 283 1. EQUIPOS Y MATERIALES. ..................................................................................... 283 2. ORDEN DE EJECUCIÓN. ........................................................................................ 283 3. OPERACIÓN. .............................................................................................................. 284

3.2. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL. ....................... 284 3.3. UTILIZA PROGRAMAS SE SIMULACIÓN ELECTRÓNICA. ........................ 284 3.4. UTILIZA PROGRAMAS PARA CREACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS. 287 3.5. ELABORA SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS BÁSICOS. .. 298 3.6. ELABORA SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS BÁSICOS. .. 299

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 9

TAREA1: IDENTIFICA Y ANALIZA RESISTENCIAS.

El Técnico en Redes y Comunicación de Datos, al término de esta tarea podrá

identificar y reconocer las principales características técnicas de las

resistencias. Para ejecutar esta tarea deberá desarrollar las siguientes

operaciones:

Identifica las resistencias según el material utilizado para su construcción.

Identifica y calcula el valor nominal de una resistencia por código de colores.

Identifica y calcula el valor nominal de una resistencia por código de marca.

.

1. EQUIPOS Y MATERIALES:

Fuente de alimentación regulable de laboratorio.

Milímetro digital

Resistencias fijas de: Resistencia de hilo bobinado, Resistencia de carbón

prensado, resistencia de película de carbón, Resistencias de película de

óxido metálico, Resistencias de película metálica.

Resistencias variables: Potenciómetro de mando, Potenciómetro de ajuste,

Potenciómetro rotatorios, Potenciómetro múltiples, Termistor NTC (K252),

Termistor PTC, Foto resistencia, Resistencia VDR.

Resistencias SMD con código de marca de 03 dígitos, Resistencias shd con

código de marca de 03 dígitos.

Bombilla

2. ORDEN DE EJECUCIÓN:

Identifica las resistencias según el material de construcción.

Identifican la resistencia según su potencia.

Identifican y calculan su valor nominal por código de colores.

Identifican y calculan su valor nominal por código de marca.

Calcula resistencias equivalentes en circuitos en serie.

Calcula resistencias equivalentes en circuitos en paralelo.

Calcula resistencias equivalentes en circuitos mixtos.

No basta saber, se debe también aplicar. No

es suficiente querer, se debe también hacer.

Johann Wolfgang Goethe

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 10

Utiliza la ley de Ohm.

Utiliza la ley de Kirchhoff.

Utiliza el teorema de Thévenin y Norton.

Utiliza el teorema de máxima transferencia.

Utiliza el teorema de Millman.

Utiliza el teorema de sustitución.

Utiliza el teorema de reciprocidad.

3. OPERACIÓN.

3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL.

Normas de seguridad:

Identifique el lugar de los extinguidores y la ubicación de las salidas del

laboratorio.

Recuerda dónde está situado el botiquín.

No pongas en funcionamiento un equipo de laboratorio sin que el instructor

haya revisado la instalación.

No utilices ninguna herramienta o equipo sin conocer su uso, funcionamiento

y normas de seguridad específicas.

Maneja con especial cuidado el material frágil.

Informa al instructor del material roto o averiado.

No fumar, comer o beber en el taller.

Utiliza una bata o mandil siempre bien abrochado, para proteger tu ropa.

Guarda tus prendas y los objetos personales y no los dejes sobre la mesa de

trabajo.

Procura no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras

dentro del laboratorio.

Ten siempre tus manos limpias y secas. Si tienes alguna herida protégela.

Mantenga su puesto de trabajo limpio y ordenado, para evitar accidente.

Mantenga las herramientas ordenadas para evitar accidentes.

Normas de protección ambiental:

Recuerda la ubicación de los tallos para elementos tóxicos.

Los componentes electrónicos son tóxicos.

Si salpicas la mesa, límpiala con agua y sécala después con un paño.

Al acabar la práctica, limpia y ordena el material utilizado.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 11

Los desechos tóxicos, generados en la tarea deben recolectados y

entregados al instructor para ser depositados en tacho de elementos tóxicos.

Identifica las resistencias según el material utilizado para su

construcción.

El participante realizara el reconocimiento de los diferentes tipos de

resistencias teniendo en cuenta el material utilizado para su fabricación,

siguiendo normas de seguridad y protección ambiental.

Identifica el tipo de material y sus principales características de

Resistencias Fijas:

Para esta operación el instructor debe proporcionar al aprendiz resistencias

fijas que estén fabricados de distintos materiales: Aglomerados, hilo bobinado,

carbón prensado, película de carbón, película de óxido metálico, película

metálica, metal vidriado.

1. Identifica resistencia fija de aglomerados.

Color de la

cubierta

Código de colores Potencia Material Utilizado

para su fabricación

2. Identifica resistencia fija de hilo bobinado.

Color de la

cubierta

Código de colores Potencia Material Utilizado para

su fabricación

3. Identifica resistencia fija de carbón prensado.

Color de la

cubierta

Código de colores Potencia Material Utilizado para

su fabricación

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 12

4. Identifica resistencia fija de película de carbón.

Color de la

cubierta

Código de colores Potencia Material Utilizado para

su fabricación

5. Identifica resistencia fija de película de óxido metálico.

Color de la

cubierta

Código de colores Potencia Material Utilizado para

su fabricación

6. Identifica resistencia fija de película metálica.

Color de la

cubierta

Código de colores Potencia Material Utilizado para

su fabricación

7. Identifica resistencia fija de metal vidriado.

Color de la

cubierta

Código de colores Potencia Material Utilizado para

su fabricación

Identifica el tipo de material y sus principales características de

Resistencias Variable:

Para esta operación el instructor debe proporcionar al aprendiz resistencias

variables como: Potenciómetros, Termistores y LDR.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 13

1. Identifica resistencia variable por movimientos mecánicos o potenciómetros.

Nombre de la

Resistencia

Valor

mínimo

Valor

máximo

Tipo Material Utilizado

para su

fabricación

2. Identifica resistencia variable por temperatura.

Nombre de

la

Resistencia

Valor

mínimo

Valor

máximo

Tipo Material Utilizado

para su fabricación

En una resistencia NTC (Negative Temperatura Coefficient), llamada también

termistor, la resistencia disminuye en la medida que aumenta la temperatura. El

cambio de la resistencia puede provocarse por medio de un cambio de la

temperatura del medio ambiente o por medio de la refrigeración propia debido a

diferentes cargas eléctricas.

La típica curva característica de una resistencia NTC tiene una forma

exponencial; la curva depende del material empleado, de la forma constructiva

y el cambio de temperatura.

Para comprender la función Resistencia NTC debemos implementar el siguiente circuito:

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 14

Voltaje de la

Fuente

2V 4V 7V 10V 15V 18V

VNTC

INTC

RNTC

En una resistencia PTC (Positive Temperatura Coefficient), llamada también

conductor frío, la resistencia aumenta en la medida en que aumenta la

temperatura. El cambio de la resistencia puede provocarse por medio de un

cambio de la temperatura del medio ambiente o por medio del calentamiento

propio o de la refrigeración propia debido a las diferentes cargas eléctricas.

Para comprender la función de la Resistencia NTC debemos implementar el siguiente circuito:

Voltaje de la

Fuente

2V 4V 7V 10V 15V 18V

VPTC

IPTC

RPTC

3. Identifica resistencia variable por intensidad de luz.

Nombre de la

Resistencia

Valor

mínimo

Valor

máximo

Tipo

La resistencia fotoeléctrica (LDR= Light Dependent Resistor), es un elemento

constructivo en el que disminuye la resistencia cuando aumenta la iluminación,

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 15

es decir, que aumenta la resistencia cuando disminuye la intensidad de

iluminación.

El cambio de la resistencia se basa en el efecto interior fotoeléctrico. Por medio

dela absorción de energía de radiación se genera libres portadores de carga en

el material semiconductor, aumentando así la conductividad.

La resistencia fotoeléctrica se emplea a menudo en circuitos electrónicos:

barreras de luz, como interruptores automáticos de crepúsculo, como

guardallamas, como avisadores de incendios, etc.

Para comprender la función Fotoeléctrica debemos implementar el siguiente

circuito:

Fijar el valor de voltaje de la fuente del laboratorio en 12V, varíe el valor del

potenciómetro llene la siguiente tabla:

Valor

Potenciómetro

1KΩ 3KΩ 5KΩ 7KΩ 9KΩ 10KΩ

V(Voltios)

ILDR

RLDR

Identifica y calcula el valor nominal de una resistencia por código de

colores.

El participante podrá identificar y calcular el valor de una resistencia teniendo

en cuenta el código de colores y código de marca, en resistencias fijas.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 16

Identifica el código de colores de cuatro bandas de una resistencia fija y

calcula el valor de resistencia:

Para el desarrollo de esta operación el instructor debe proporcionar al

participante 04 resistencias fijas que poseen distintos códigos de colores, con

cuatro bandas.

1. Llene la siguiente tabla:

Color

1ra Banda

Color

2ra Banda

Color

3ra Banda

Color

4ta Banda

Valor

Nominal

Valor

mínimo

Valor

máximo

Identifica el código de colores de cinco bandas de una resistencia fija y

calcula el valor de resistencia:

Para el desarrollo de esta operación el instructor debe proporcionar al

participante 04 resistencias fijas que poseen distintos códigos de colores, con

cinco bandas.

1. Llene la siguiente tabla:

Color

1ra

Banda

Color

2ra

Banda

Color

3ra

Banda

Color

4ta

Banda

Color

5ta

Banda

Valor

Nominal

Valor

mínimo

Valor

máximo

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 17

Identifica y calcula el valor nominal de una resistencia por código de marca.

Para el desarrollo de esta operación el instructor debe proporcionar al

participante 04 resistencias fijas que poseen distintos códigos de marca.

1. Llene la siguiente tabla:

Código de

marca

Valor de

tolerancia

Valor

Nominal

Valor

mínimo

Valor

máximo

Calcula resistencias equivalentes en circuitos en serie.

Las resistencias asociadas en serie, son aquellas que comparten un nodo entre

sí. Sus principales características son:

La suma del voltaje de cada resistencia, es igual al voltaje de alimentación.

La corriente es constante en una resistencia

Para comprobar las características de los circuitos en serie, implemente el

siguiente circuito en el protoboard:

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 18

Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito en serie, vamos a

variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en cada una de las

resistencias y llenamos la siguiente tabla:

Voltaje de la Fuente

(V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

VR1

VR2

VR3

VR4

VR1+VR2+VR3+VR4

Comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito en serie, vamos

a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente en cada una de las

resistencias y llenamos la siguiente tabla:

Voltaje de la

Fuente (V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

IR1

IR2

IR3

IR4

Desconecte la fuente de alimentación del circuito, utilizando el multímetro tome

la medida de la.

Valor Obtenido=__________________________________________

Como se denomina el valor obtenido:__________________________

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 19

Utilizando un potenciometro, regule su valor hasta obtener el de la resistencia

obtenido en el paso anterior. e implemente el siguiente circuito:

Para comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito equivalente

en serie, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente en

cada una de las resistencia y llenamos la siguiente tabla

Voltaje de la Fuente

(V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

IRequivalente

Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito equivalente en serie,

vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en cada una de

las resistencias y llenamos la siguiente tabla:

Voltaje de la Fuente

(V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

VRequivalente

Calcula resistencias equivalentes en circuitos en paralelo.

Las resistencias asociadas en paralelo, son aquellas que comparten dos nodos

entre sí. Sus principales características son:

La suma de las corrientes de cada resistencia, es igual a la corriente de la

fuente de alimentación.

El voltaje es constante en una resistencia.

Para comprobar las características de los circuitos en paralelo, implemente el

siguiente circuito en el protoboard:

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 20

Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito en paralelo, vamos a

variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en cada una de las

resistencias y llenamos la siguiente tabla:

Voltaje de la

Fuente (V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

VR1

VR2

VR3

VR4

Para calcular la corriente que suministra de la fuente al circuito electrónico,

utilizamos el siguiente procedimiento:

IFUENTE

Comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito en serie, vamos

a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente en cada una de las

resistencias y llenamos la siguiente tabla:

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Voltaje de la Fuente

(V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

IR1

IR2

IR3

IR4

IR1+IR2+IR3+IR4

Desconecte la fuente de alimentación del circuito, utilizando el multímetro tome

la medida de la.

Valor Obtenido=__________________________________________

Como se denomina el valor obtenido:__________________________

Utilizando un potenciometro y el Ohmimetro, regule su valor hasta obtener el

vcalor de la resistencia equeivalente (Valor del de la resistencia obtenido en el

paso anterior). Implemente el siguiente circuito:

Para comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito equivalente

en paralelo, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente

en cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:

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Voltaje de la Fuente

(V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

IRequivalente

Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito equivalente en

paralelo, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en

cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:

Voltaje de la Fuente

(V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

VRequivalente

Calcula resistencias equivalentes en circuitos mixtos.

a. Calculo de la resistencia equivalente mixto básico:

Las resistencias asociadas en un circuito mixto, son aquellas que combinan

partes en serie y paralelo.

Para comprobar las características de los circuitos en paralelo, implemente el

siguiente circuito en el protoboard:

Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito mixto, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:

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Voltaje de la

Fuente (V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

VR1

VR2

VR3

VR4

VR5

VR6

VR7

Para calcular la corriente que suministra de la fuente al circuito electrónico,

utilizamos el siguiente procedimiento.

IFUENTE

Comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito en serie, vamos

a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente en cada una de las

resistencias y llenamos la siguiente tabla:

Voltaje de la Fuente (V1) 2V 4V 7V 10V 15V 18V

IR1

IR2

IR3

IR4

IR5

IR6

IR7

IR1+IR2+IR3+IR4+IR5+IR6+IR7

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Desconecte la fuente de alimentación del circuito, utilizando el multímetro tome

la medida de la.

Valor Obtenido=__________________________________________

Como se denomina el valor obtenido:__________________________

Utilizando un potenciometro, regule su valor hasta obtener el de la resistencia

obtenido en el paso anterior. e implemente el siguiente circuito:

Para comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito equivalente

en paralelo, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente

en cada una de las resistencia y llenamos la siguiente tabla

Voltaje de la Fuente

(V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

IRequivalente

Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito equivalente en

paralelo, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en

cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:

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Voltaje de la Fuente

(V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

VRequivalente

b. Calculo de la resistencia equivalente en un circuito delta-estrella:

Las resistencias asociadas en un circuito mixto, son aquellas que combinan

partes en serie y paralelo.

Para comprobar las características de los circuitos en paralelo, implemente el

siguiente circuito en el protoboard:

Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito mixto, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:

Voltaje de la

Fuente (V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

VR1

VR2

VR3

VR4

VR5

VR6

Para calcular la corriente que suministra de la fuente al circuito electrónico, utilizamos el siguiente procedimiento

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IFUENTE

Comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito en serie, vamos

a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente en cada una de las

resistencias y llenamos la siguiente tabla:

Voltaje de la Fuente (V1) 2V 4V 7V 10V 15V 18V

IR1

IR2

IR3

IR4

IR5

IR6

IR1+IR2+IR3+IR4+IR5+IR6

Desconecte la fuente de alimentación del circuito, utilizando el multímetro tome

la medida de la.

Valor Obtenido=__________________________________________

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Como se denomina el valor obtenido:__________________________

Utilizando un potenciometro, regule su valor hasta obtener el de la resistencia

obtenido en el paso anterior. e implemente el siguiente circuito:

Para comprobando el comportamiento de la corriente en un circuito equivalente

en paralelo, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir la corriente

en cada una de las resistencia y llenamos la siguiente tabla

Voltaje de la Fuente

(V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

IRequivalente

Comprobando el comportamiento del voltaje en un circuito equivalente en

paralelo, vamos a variar el valor de voltaje de la fuente y medir el voltaje en

cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:

Voltaje de la Fuente

(V1)

2V 4V 7V 10V 15V 18V

VRequivalente

Utiliza la ley de Ohm.

Esta ley establece: El flujo de corriente en ampere que circula por un circuito

eléctrico cerrado, es directamente proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e

inversamente proporcional a la resistencia en ohm de la carga que tiene

conectada.

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La tensión o voltaje aplicado, es directamente proporcional a la corriente que

circula por un circuito cerrado, y directamente resistencia en ohm de la carga

que tiene conectada

La resistencia en ohm de la carga que tiene conectada, es directamente

proporcional a la tensión o voltaje aplicado, e inversamente proporcional a la

corriente que circula por un circuito cerrado:

Para comprobar la ley de Ohm, implemente el siguiente circuito en el

protoboard:

Comprobando el comportamiento de la ley de Ohm con la corriente, vamos a medir el valor de voltaje en cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:

Medir el Voltaje

(V)

Calcular

I=V/R

Medir la corriente

I=V/R

VR1 IR1 IR1

VR2 IR2 IR2

VR3 IR3 IR3

VR4 IR4 IR4

Comprobando el comportamiento de la ley de Ohm con el voltaje, vamos a medir el valor de la Corriente en cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 29

Medir la Corriente

(I)

Calcular

V=I*R

Medir la corriente

(I)

IR1 VR1 VR1

IR2 VR2 VR2

IR3 VR3 VR3

IR4 VR4 VR4

Comprobando el comportamiento de la ley de Ohm con el valor de la resistencia, vamos a medir el valor de la Corriente y el voltaje en cada una de las resistencias y llenamos la siguiente tabla:

Medir la Corriente

(I)

Medir la corriente

(I)

Calcular valor de la

resistencia

R=V/I

IR1 VR1 R1

IR2 VR2 R2

IR3 VR3 R3

IR4 VR4 R4

Utiliza la ley de Kirchhoff.

a. Ley de corrientes de Kirchhoff: Esta ley establece que la suma algebraica

de las corrientes que entran a cualquier nodo es cero.

Para comprobar la ley de corriente de Kirchhoff, implementar el siguiente circuito en el protoboard:

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Comprobando la ley de corriente de Kirchhoff, vamos a medir el valor de la Corriente en los nodos A y B. Llenamos la siguiente tabla:

Medir la Corriente

en el nodo A

Medir la Corriente

en el nodo B

IR1-A IR3-B

IA-R2 IB-R4

IA-R3 IB-R5

b. Ley de tensión de Kirchhoff: Esta ley establece que la suma algebraica de

las tensiones alrededor de cualquier trayectoria cerrada es cero.

Para comprobar la ley de corriente de Kirchhoff, implementar el siguiente circuito en el protoboard:

Comprobando la ley de Tensión de Kirchhoff, vamos a medir el valor el Voltaje en la malla ABM, BCM. Llenamos la siguiente tabla:

Medir el Voltaje

en la malla ABM

Medir el Voltaje

en la malla BCM

VFUENTE VR2

VR1 VR3

VR2 VR4

VFUENTE=VR1+VR2 VR2=VR3+VR4

Utiliza el teorema de Thévenin y Norton.

El teorema de Thévenin establece que un circuito compuesto por resistencias y

fuentes dependientes (y lineales) y fuentes independientes puede

reemplazarse por un circuito equivalente consistente en una fuente de tensión

Vuh y una resistencia Ruth.

M M M

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Para comprobar la ley de corriente de Kirchhoff, implementar el siguiente circuito en el protoboard:

Mida el voltaje en los puntos AC (R3)

VR3

Para calcular el voltaje de Thévenin en los puntos AC, implemente el siguiente circuito en el protoboard:

VB-C

Para calcular la resistencia de Thévenin en los puntos AC, implemente el siguiente circuito en el protoboard:

RB-C = Ruth

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Para calcular el Voltaje en la resistencia R3, utilizando el teorema de Thévenin,

implemente el siguiente circuito en el protoboard:

Utiliza el teorema de máxima transferencia.

El teorema de máxima transferencia de potencia establece, que una carga

recibirá la máxima transferencia si su valor resistivo es igual al valor de la

resistencia de Thévenin.

Para comprobar la ley de máxima transferencia de energía, implementar el

siguiente circuito en el protoboard:

Comprobando la ley de máxima transferencia de energía, vamos a medir el

valor el Voltaje en la Resistencia RL, Llene la siguiente tabla:

Valor del

Potenciómetro (RL)

1KΩ 2KΩ 5KΩ 10KΩ 15KΩ 20KΩ

VRL

Con cuál de los valores del potenciómetro que se muestra en la tabla, se

obtiene el mayor voltaje:

VR3

Max.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 33

Utiliza el teorema de Millman.

El Teorema de Millman si se tiene un circuito con sólo dos nodos (cuando se

tienen varias ramas en paralelo) en cada una de dichas ramas se tiene una

fuente de tensión en serie con una resistencia en serie. Se obtiene

directamente la diferencia de potencial en los extremos del circuito a y b. Este

teorema establece que el voltaje Vm entre los nodos a y b es igual a la suma

de los productos que resultan al multiplicar la fuente de tensión en cada rama,

Vk, por la conductancia en dicha, Gk, para todas las ramas k = 1, 2,..., n, todo

dividido por la suma de las conductancias, tal como se muestra en la siguiente

ecuación

Para comprobar el teorema de Millman, implementar el siguiente circuito en el

protoboard:

Medir el voltaje y la corriente en la resistencia de carga (RL):

Calculando el voltaje de Millman que utilizaremos en el circuito equivalente

según el teorema de Millman

Calculando la Resistencia equivalente de Millman que utilizaremos en el

circuito equivalente según el teorema de Millman

VRL

IRL

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 34

Implementar el circuito equivalente de Millman, en el protoboard

Nota: Para obtener la resistencia equivalente de Millman utilice un

potenciómetro de un 1KΩ, ajuste su valor con la ayuda de un potenciómetro

hasta obtener el valor de la Rmillman, en el paso anterior.

Medir el voltaje y la corriente en la resistencia de carga (RL):

Utiliza el teorema de sustitución.

Llamado también "Teorema de compensación". Es tan sencillo y trivial que

muchas veces no selo considera. Tiene su aplicación principalmente en

circuitos con acoplamiento magnético y se puede enunciar como:

Si un elemento o rama de un circuito se define por la relación Vab = Zab.* lab, o

por Iab = Yab * Vab dicho elemento o rama, puede sustituirse por una fuente de

tensión compensadora cuyo valor esté dado por (Zab* lab) o por una fuente de

corriente dada por (Yab* Vab).

Para comprobar el teorema de sustitución, implementar el siguiente circuito en

el protoboard:

VRL

IRL

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 35

Comprobando el teorema de sustitución, vamos a medir el valor el Voltaje y la corriente en cada una de las resistencias del circuito. Llenamos la siguiente tabla:

Medir la Corriente

en cada resistencia

Medir el voltaje

en cada resistencia

IR1 VR1

IR2 VR2

IR3 VR3

IR4 VR4

IR5 VR5

Con el voltímetro regule la fuente de voltaje de la fuente al valor obtenido entre los puntos AB, e implementamos el siguiente circuito en el protoboard.

Comprobando el teorema de sustitución, vamos a medir el valor el Voltaje y la corriente en cada una de las resistencias del circuito. Llenamos la siguiente tabla:

Medir la Corriente

en cada resistencia

Medir el voltaje

en cada resistencia

IR2 VR2

IR4 VR4

IR5 VR5

Nota: Comprobar si los valores de voltaje y corriente en R2, R4 y R5, en las dos

tablas son iguales.

Utiliza el teorema de reciprocidad. El teorema reciprocidad establece que si en un circuito lineal, con una red

donde solamente tengamos una fuente de tensión en una malla cualquiera R,

produciendo una corriente en otra malla diferente S, se puede cambiar la fuente

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 36

en la malla S, y nos producirá en la malla R la misma corriente que antes se

producía en la S. Es decir, que se pueden intercambiar la causa, la fuente, con

el efecto corriente, en sus respectivas mallas.

Para comprobar el teorema de sustitución, implementar el siguiente circuito en

el protoboard:

Comprobando el teorema de reciprocidad, vamos a medir el valor de la corriente en la resistencia R1 del circuito. Llenamos la siguiente tabla 1:

Medir la Corriente en cada resistencia

IR4

En la rama de la fuente (AM) realice un cortocircuito. Conecte la fuente de voltaje en la

rama (CM), para lo cual implementamos el siguiente circuito en el protoboard:

Medir la Corriente en cada resistencia

IR1

El teorema de reciprocidad se cumplirá si los valores de la corriente en la

resistencia R1 y la corriente en la resistencia R4, son iguales.

Comparar las corriente en la resistencia R1 y R4

IR1 IR4

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 37

FUNDAMENTO TEÓRICO. VOLTAJE (V): También llamado diferencia de potencia o fuerza electromotriz

(f.e.m), es la cantidad de trabajo eléctrico que se necesita para transportar una

carga eléctrica de un punto a otro de un circuito.

Sea el voltaje utiliza como unidad de mediada los Voltios, al cual se representa

como (V). Si los valores son pequeños se utiliza los mili voltios (mV), si son

grandes Kilovoltios (KV).

a. Voltaje Alterno: Se denomina aquel voltaje cuyo valor varía en forma

constante, y se repite en intervalos de tiempos constantes denominados

ciclos o periodos.

Tiene varias presentaciones: Escalón, Diente de sierra, Senoidal. La más

utilizada es la que tiene forma Senoidal.

Los principales parámetros de un voltaje alterno son:

Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante, t,

determinado.

Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico máximo (pico positivo) y

su mínimo (pico negativo). El valor máximo de sen(x) es +A0 y el valor

mínimo es -A0, por lo tanto –AP-P= (+AP)-(-AP) = 2×AP.

Valor medio (Amed): Valor del área que forma con el eje de abscisas

partido por su período. El área se considera positiva si está por encima

del eje de abscisas y negativa si está por debajo. Como en una señal

sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su valor medio es

nulo. Por eso el valor medio de una onda sinusoidal se refiere a un

semiciclo. Mediante el cálculo integral se puede demostrar que su

expresión es la siguiente:

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 38

Valor eficaz (A): Su importancia se debe a que este valor es el que

produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en corriente

continua. Matemáticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con

el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados

de los valores instantáneos alcanzados durante un período:

En la literatura inglesa este valor se conoce como R.M.S. (root mean

square, valor cuadrático medio). En el campo industrial, el valor eficaz es

de gran importancia ya que casi todas las operaciones con magnitudes

energéticas se hacen con dicho valor. Matemáticamente se demuestra

que para una corriente alterna Senoidal el valor eficaz viene dado por la

expresión:

El valor A, tensión o intensidad, es útil para calcular la potencia

consumida por una carga. Así, si una tensión de corriente continua (CC),

VCC, desarrolla una cierta potencia P en una carga resistiva dada, una

tensión de CA de Vrms desarrollará la misma potencia P en la misma

carga si Vrms = VCC.

Su tensión de pico (amplitud), se obtiene despejando de la ecuación antes

reseñada:

Periodo (T): Es un intervalo de tiempo constante que tarda un voltaje

alterno en volverse a repetir o completar un ciclo.

Frecuencia (f): Indica la cantidad de veces que se repite un ciclo o

periodo. Matemáticamente se calcula mediante la siguiente

ecuación:

)(1

Hertzsegundos

Ciclos

Tf

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 39

Velocidad angular (w): Es la velocidad con la cual una señal eléctrica

completa un ángulo de 360º o 2radianes. Matemáticamente se expresa

mediante la siguiente ecuación:

f

fT

w

21

22

Características del voltaje alterno:

No posee polaridad.

Necesita dos polos para poder aplicarse.

Puede ser generado por la instalación eléctrica, generadores de señales,

osciladores, etc.

Posee dos estándares de generación para instalaciones eléctricas, la que

nos permite generar señales a 220V con una f=60Hz. y la que nos permite

generar señales a 110V con un f=50Hz.

b. Voltaje Continuo: Es aquel voltaje cuyo valor permanece constante. Sus

principales características son:

Posee Polaridad.

Necesita dos polos para poderse aplicar.

Puede ser generada por pilas, baterías, Paneles solares, Fuentes de

alimentación.

CORRIENTE.

Es la cantidad de carga que pasa por un conductor en un cierto intervalo de

tiempo al aplicarse sobre una diferencia de potencial o voltaje. Si la diferencia

de potencial es constante se llamara corriente continua (CC), si es variable se

llamara alterna (AC).

La corriente en cualquiera de sus dos presentaciones AC y DC o CC, se mide

en Amperios el cual se representa como (A), si es pequeña se expresa en

miliamperios (mA) o microamperios (A).

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 40

Átomos: protones, electrones y neutrones. Si se pudiera dividir el átomo de

un elemento, tendríamos pequeñísimas partículas que son las que dan a los

átomos sus particulares características. Debemos saber que un átomo de un

elemento se diferencia de un átomo de otro elemento en el número de ciertas

partículas subatómicas que tiene cada uno de ellos, y éstos son los electrones.

En el centro del átomo está el núcleo, que tiene dos clases de partículas: los

protones y los neutrones; alrededor del núcleo giran los electrones en órbitas

electrónicas, así como ocurre con los planetas que giran en torno al sol.

Una característica importantísima de los protones y neutrones es que tienen

carga eléctrica, vale decir: tienen una energía intrínseca y natural, puesta de

manifiesto por las fuerzas que pueden ejercer sobre otras partículas del mismo

tipo y que originan fenómenos de atracción y repulsión entre partículas

cargadas eléctricamente.

Los electrones tienen carga eléctrica negativa (-), los protones tienen carga

eléctrica positiva (+); los protones tienen igual cantidad de carga positiva

quede negativa; por lo tanto, tiene un efecto neutro por la anulación mutua

entre los dos, el neutrón no ejerce fuerza eléctrica sobre un electrón o protón y

tiene la función de separar los protones que están en el núcleo, al electrón.

Un átomo es eléctricamente neutro y eso quiere decir que la cantidad de

electrones es igual al número de protones; ese número de electrones se

denomina "NUMEROATOMICO". Los neutrones tienen intervención en la masa

atómica, que está prácticamente en el núcleo; el resto es espacio vacío donde

los electrones giran a grandes velocidades.

Iones positivos y negativos. Cuando por cualquier circunstancia un átomo

gana o pierde electrones, se dice que dicho átomo se ha ionizado.

Se denomina ION POSITIVO cuando el átomo tiene más protones que

electrones e ION NEGATIVO cuando tiene más electrones que protones. Como

cargas de distinto signo se atraen, cuando están cerca iones negativos y

positivos, éstos se unen, pero también puede ocurrir que solamente se

desprendan los electrones que tiene de más el ión negativo y se dirijan hacia el

ión positivo para neutralizar su carga. Cuando esto ocurre, se dice que el paso

de los electrones "neutralizadores de carga" constituye una CORRIENTE

ELECTRICA.

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POTENCIA. La potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un

dispositivo de dos terminales es el producto de la diferencia de potencial entre

dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través del dispositivo.

Esto es:

Dónde: I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo del

voltaje. Si I se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en

vatios.

PREFIJOS. Son letras que se anteponen a una unidad de medidas utilizadas

en la electrónica, las cuales son utilizadas para representar cantidades

pequeñas las cuales se representan con letras minúsculas. Si se utilizan para

representa cantidades grandes se les representas con letras mayúsculas.

Los que utilizaremos es el sistema de medidas adoptado por el Perú, es decir

el sistema internacional de medidas.

El SI fue adoptado por la undécima Conferencia General de Pesos y Medidas

(CGPM o Conférence Générale des Poids et Mesures) en 1960.

Prefijos para cantidades pequeñas Prefijos para cantidades grandes

Factor Prefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo

10-24

Yocto y 1024

Yotta Y

10-21

Zepto z 1021

Zetta Z

10-18

Atto a 1018

Exa E

10-15

Femto f 1015

Peta P

10-12

Pico p 1012

Tera T

10-9

Nano 109 Giga G

10-6

Micro µ 106 Mega M

10-3

Mili m 103 Kilo K

10-2

Centi c 102 Hecto H

10-1

Deci d 101 Deca da

RESISTENCIA. Se denomina resistencia o resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito.

La unidad de medida utilizado en este componente es el Ohmio (Ω), si posee valores grandes se acompaña de los prefijos KILO (K) o Mega (M).

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Símbolo electrónico:

CLASIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA. Existen varios criterios para clasificar a las resistencias o resistores, siendo los más utilizados:

a. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU VALOR: Según este criterio de clasificación

las resistencias o resistores se denominan:

Resistencias Variable: Son aquellas cuyo valor varia por influencia de

algún agente externo como por ejemplo el movimiento mecánico

(Potenciómetros), luz (LDR), Temperatura (PTC, NTC) y el voltaje (VDR).

Resistencias Fijas: Son aquellas cuyos valores permanecen constante a

pesar de la influencia de agentes externos.

b. CLASIFICACIÓN SEGÚN SE POTENCIA: Según este criterio de

clasificación las resistencias o resistores se denominan:

Resistencias de baja Potencia: Son aquellas

cuyas potencias pueden ser: 1/16, 1/8, ¼, ½, 1, y

2Watts. La potencia de la resistencia determina el

tamaño físico de una resistencia, es decir la

resistencia de ¼ o 0.25 W es más pequeña que

la de ½ o 0.5W.

Resistencias de alta potencia: Son aquellas

cuyas potencias son superiores a los 2Watts.

RESISTENCIA FIJAS. Estas resistencias se clasifican según el material

utilizado para su fabricación en:

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Resistencias de hilo bobinado: Fue uno de los primeros materiales

utilizados en la fabricación de resistencias o resistores, aún se sigue

utilizando cuando se requieren potencias algo elevadas de disipación.

Están constituidas por un hilo conductor (terminal de alambre), bobinado en

forma de hélice o espiral a modo de rosca de tornillo (película delgada de

metal de alta resistencia), núcleo de cerámica y una cubierta.

Las aleaciones empleadas en la fabricación de una resistencia de hilo

bobinado más utilizado se muestran en la siguiente tabla, y se procura la

mayor independencia posible de la temperatura, es decir, que se mantenga

el valor en ohmios independientemente de la temperatura.

Resistencias de carbón prensado: Estas fueron uno de los primeras

materiales utilizados en la fabricación de resistencias o resistores. Están

constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual se prensa hasta

formar un tubo.

Metal Resistividad

relativa (Cu = 1)

Coef. Temperatura

a (20° C)

Aluminio 1.63 + 0.004

Cobre 1.00 + 0.0039

Constantan 28.45 ± 0.0000022

Karma 77.10 ± 0.0000002

Manganina 26.20 ± 0.0000002

Cromo-Níquel

65.00 ± 0.0004

Plata 0.94 + 0.0038

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Los pines de conexión se implementaban con hilo enrollado en los extremos

del tubo de grafito, posteriormente se mejoró el sistema mediante un tubo

hueco cerámico (figura inferior) en el que se prensaba el grafito en el interior

y finalmente se disponían unos bornes a presión con patillas de conexión.

Las resistencias de este tipo son muy inestables con la temperatura, tienen

unas tolerancias de fabricación muy elevadas, en el mejor de los casos se

consigue un 10% de tolerancia. También poseen ruido térmico también

elevado, lo que las hace poco apropiadas para aplicaciones donde el ruido

es un factor crítico, tales como amplificadores de micrófono, fono o donde

exista mucha ganancia. Estas resistencias son también muy sensibles al

paso del tiempo, y variarán ostensiblemente su valor con el transcurso del

mismo.

Resistencias de película de carbón: Es una de las más utilizadas hoy en

día, se comercializan con potencias que pueden alcanzar 2W.

Para su fabricación se utiliza un tubo cerámico como sustrato sobre el que

se deposita una película de carbón tal como se aprecia en la figura.

Para obtener valor de resistencia más elevada, se practica una hendidura

hasta el sustrato en forma de espiral, con lo que se logra aumentar la

longitud del camino eléctrico, lo que equivale a aumentar la longitud del

elemento resistivo.

Las conexiones externas se hacen mediante crimpiado de cazoletas

metálicas a las que se une hilos de cobre bañados en estaño para facilitar la

soldadura. Al conjunto completo se le baña de laca ignífuga y aislante o

incluso vitrificada para mejorar el aislamiento eléctrico. Se consiguen así

resistencias con una tolerancia del 5% o mejores, además tienen un ruido

térmico inferior a las de carbón prensado, ofreciendo también mayor

estabilidad térmica y temporal que éstas.

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Resistencias de película de óxido metálico: Para su fabricación de utiliza

un tubo de cerámico como sustrato sobre el cual se deposita una película

de, para obtener valor de resistencia más elevada, se practica una hendidura

hasta el sustrato en forma de espiral, con lo que se logra aumentar la

longitud del camino eléctrico, lo que equivale a aumentar la longitud del

elemento resistivo.

Las conexiones externas se hacen mediante crimpiado de cazoletas

metálicas a las que se une hilos de cobre bañados en estaño para facilitar la

soldadura.

Estas resistencias son más caras que las de película metálica, y no son muy

habituales. Se utilizan en aplicaciones militares (muy exigentes) o donde se

requiera gran fiabilidad, porque la capa de óxido es muy resistente a daños

mecánicos y a la corrosión en ambientes húmedos.

Resistencias de película metálica: Este tipo de resistencia es el que

mayoritariamente se fabrica hoy día, con unas características de ruido y

estabilidad mejoradas con respecto a todas las anteriores. Tienen un

coeficiente de temperatura muy pequeño, del orden de 50 ppm/°C (partes

por millón y grado Centígrado). También soportan mejor el paso del tiempo,

permaneciendo su valor en ohmios durante un mayor período de tiempo. Se

fabrican este tipo de resistencias de hasta 2W de potencia, y con tolerancias

del 1% como tipo estándar.

Resistencias de metal vidriado: Está compuesta por vidrio con polvo

metálico. Como principal característica cabe destacar su mejor

comportamiento ante sobrecargas de corriente, que puede soportar mejor

por su inercia térmica que le confiere el vidrio que contiene su composición.

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Como contrapartida, tiene un coeficiente térmico peor, del orden de 150 a

250 ppm/°C. Se dispone de potencias de hasta 3W.

Se dispone de estas resistencias encapsuladas en chips tipo DIL (dual in

line) o SIL (single in line).

Resistencias SMD (SurfaceMountedDevice): Las resistencias SMD o de

montaje en superficie, poseen un tamaño es minúsculo, adecuado para

montar circuitos mucho más pequeños, con el mismo comportamiento, pero

con el correspondiente ahorro de espacio.

Estas resistencias se fabrican utilizando sustrato de

aluminio, un elemento resistivo que se vierte sobre el

sustrato ajustandolo hasta su valor deseado, tres

terminales superior, inferor y lados los cuales estan

fabricados con pasta de plata, niquel y estaño.

La denominación comercial se refiere a ellos por su largo y ancho como p.ej.

0805, lo que de modo codificado significa 0,08 x 0,05 de pulgada, por lo que

si realizan los cálculos podrán ver las dimensiones más usadas en la

siguiente tabla. La altura puede variar según el fabricante y no es crítica para

el proceso de fabricación.

Existen componentes pasivos de forma cilíndrica, conocidos como MELF y

sus variantes maxi, mini y micro-MELF. Al igual que los anteriores sus

terminales de conexión consisten en extremos metalizados y estañados. En

este formato suelen encontrarse resistores y diodos recibiendo estos últimos

el nombre de SOD.

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MELF

Resistores

y Diodos

Códigos Micro-

MELF

Mini-

MELF

MELF Maxi-

MELF

Largo 2,0 3,5 3,6 5,9

Diámetro 1,2 1,4 2,0 2,2

.

POTENCIÓMETRO: Un potenciómetro es una resistencia de tipo variable, es

decir que su valor puede cambiar en un rango establecido por el fabricante del

componente, este control de su valor es casi siempre mecánico. Es decir con

un movimiento o presión podemos controlar indirectamente la intensidad de

corriente que fluye por un circuito en el que está conectado este componente.

Construcción:

Pueden estar construidos sobre papel baquelizado, fibra, alúmina con una pista

de carbón. La pista tiene contactos en sus extremos y un cursor conectado a

un pin que se desliza por la pista resistiva. Se los llama potenciómetros

impresos.

También pueden ser petados: están fabricados con un arrollamiento toroidal de

alambre resistivo con un cursor que mueve el pin sobre el mismo. El

potenciómetro posee los siguientes componentes:

1. Pines de conexión: Están fabricados de cobre y

cubiertos de una aleación de estaño y plomo. Están

sujetos a presión al soporte, para permitir el contacto

con la película resistiva.

2. Soporte: Es una lámina fabricada de fibra o baquelita.

3. Película de carbón: Es una película de carbón y

aglutinante lo cual permite resistir el desgaste del movimiento.

4. Soporte: Proporciona estabilidad al girar el eje del potenciómetro, además

es el tope para limitar el giro del potenciómetro.

5. Contacto móvil: Es el que permite variar el valor de la resistencia entre dos

pines del potenciómetro, a través de su movimiento sobre la película de

carbón.

6. Eje: Es el que permite el movimiento del contacto móvil. Fabricado de

plástico o aluminio.

Tipos de potenciómetro.

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De mando: Son los que usamos normalmente, como el del volumen de

distintos componentes de audio. Estos se caracterizan por contar con un eje

con el cual se realizan los cambios del valor de la resistencia.

De ajuste: Son los que están adentro de los artefactos electrónicos, no

tenemos acceso a ellos ya que no suele tener que retocar. Se caracterizan

por contar con una ranura, la cual puede ser movida con un desarmador

plano pequeño, algunos se denominan reóstatos, trimmers.

Lineales: La resistencia es proporcional al ángulo de giro. Es decir al girar el

eje del potenciómetro el valor de la resistencia varía un poco.

Logarítmicos: La resistencia depende logarítmicamente del ángulo de giro.

Es decir al girar el eje del potenciómetro el valor de la resistencia varía

significativamente.

Senoidales: La resistencia es proporcional al seno del ángulo de giro. Dos

potenciómetros senoidales solidarios y girados 90° proporcionan el seno y el

coseno del ángulo de giro. Pueden tener topes de fin de carrera o no.

R= ()

En los potenciómetros impresos la ley de resistencia se consigue variando la

anchura de la pista resistiva, mientras que en los bobinados se ajusta la

curva a tramos, con hilos de distinto grosor

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Tipos de potenciómetros de mando:

Potenciómetros rotatorios: Se controlan girando su eje. Son los más

comunes porque son de larga duración y ocupan poco espacio.

Potenciómetros deslizantes: La pista es recta, de modo que el recorrido

del cursor también lo es. Se usa, sobre todo, en ecualizadores gráficos, pues

la posición de sus cursores representa la respuesta del ecualizador. Son

más frágiles que los rotatorios y ocupan más espacio. Además suelen ser

más sensibles al polvo.

Potenciómetros múltiples: Son varios potenciómetros con sus ejes

coaxiales, de modo que ocupan muy poco espacio. Se utilizaban en

instrumentación, autorradios, etc.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 50

TERMISTOR. Es una resistencia de tipo variable o sensible a la temperatura,

las cuales pueden ser de dos tipos según la variación del coeficiente de

temperatura, las cuales pueden NTC (NegativeTemperatureCoefficient -

coeficiente de temperatura negativo) o PTC (Positive TemperatureCoefficient -

Coeficiente de Temperatura Positivo).

Principio de funcionamiento. Su funcionamiento se basa en la variación de la

resistencia de un semiconductor con la temperatura, debido a la variación de la

concentración de portadores.

Para los termistores NTC, al aumentar la temperatura, aumentará también la

concentración de portadores, por lo que será menor, de ahí el coeficiente sea

negativo.

Para los termistores PTC, en el caso de un semiconductor con un dopado muy

intenso, éste adquirirá propiedades metálicas, tomando un coeficiente positivo.

Rangos y Alcances. El termistor NTC, exhibe un decremento en la resistencia

eléctrica ante un incremento de temperatura. Dependiendo de los materiales y

los métodos de fabricación se emplean entre los –50º C y los 150º C y más de

300º C en algunas unidades encapsuladas en cristal. El valor nominal de un

termistor se referencia a 25º C. En la mayoría de aplicaciones el valor de

resistencia a 25º C está ente 100ohm y 100kohm, aunque se pueden producir

con resistencias más bajas de 10Ω o altas como 40MΩ.

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La característica resistencia y temperatura (conocida como curva R/T) es la

escala que permite usar el termistor como censor de temperatura. Aunque no

es lineal, existen ecuaciones de interpolación para esta curva (la de SteinHart-

Hart). La dependencia de la relación T/R a parámetros del proceso de

fabricación hace que cada fabricante tenga sus curvas estandarizadas, al

contrario de lo que ocurre en dispositivos como la termocupla, para los que

existen verdaderas curvas estándares.

Clasificación de los termistores: Existen muchos criterios para la

clasificación de un termistor, los más utilizados son:

Clasificación según el tipo de coeficiente.

Termistor NTC (TemperatureCoefficientNegative): Es una resistencia

variable cuyo valor va decreciendo a medida que aumenta la temperatura.

Están constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de

temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente

con la temperatura.

Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc,

cobalto, etc., y su relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal

sino exponencial.

La característica tensión-intensidad (V/I) de un termistor NTC presenta un

carácter peculiar ya que, cuando las corrientes que lo atraviesan son

pequeñas, el consumo de potencia (R•I2) es demasiado pequeño para

registrar aumentos apreciables de temperatura, o lo que es igual, descensos

en su resistencia óhmica; en esta parte de la característica, la relación

tensión-intensidad será prácticamente lineal y en consecuencia cumplirá la

Ley de Ohm.

Si se sigue aumentando la tensión aplicada al termistor, se llegará a un valor

de intensidad en que la potencia consumida provocará aumentos de

temperatura suficientemente grandes como para que la resistencia del

termistor NTC disminuya apreciablemente, incrementándose la intensidad

hasta que se establezca el equilibrio térmico. Por tanto, nos encontraremos

en una zona de resistencia negativa en la que disminuciones de tensión

corresponden aumentos de intensidad.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 52

Termistor PTC (Positive TemperatureCoefficient): Es una resistencia

variable cuyo valor se ve aumentado a medida que aumenta la temperatura.

Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones:

limitación de corriente, censor de temperatura, desmagnetización y para la

protección contra el recalentamiento de equipos tales como motores

eléctricos. También se utilizan en indicadores de nivel, para provocar

retardos en circuitos, como termostatos, y como resistores de

compensación.

El termistor PTC pierde sus propiedades y puede comportarse

eventualmente de una forma similar al termistor NTC si la temperatura llega

a ser demasiado alta.

Las aplicaciones de un termistor PTC están, por lo tanto, restringidas a un

determinado margen de temperaturas.

Hasta un determinado valor de voltaje, la característica I/V sigue la Ley de

Ohm, pero la resistencia aumenta cuando la corriente que pasa por el

termistor PTC provoca un calentamiento y se alcanza la temperatura de

conmutación. La característica I/V depende de la temperatura ambiente y del

coeficiente de transferencia de calor con respecto a dicha temperatura

ambiente.

Clasificación según forma.

Tipo perla: El termistor se asemeja a una pequeña perla de allí el origen del

nombre.

El material utilizado para su fabricación se compone principalmente de una

mezcla de óxidos metálicos y una pequeña cantidad de material

semiconductor que se deposita cuidadosamente sobre un par de hilos de

platino paralelos, que conformarán los terminales. La mezcla se somete a

una temperatura que puede variar entre 1100ºC a

1400ºC es en este momento donde se le da forma o

apariencia de unas “perlas” o “cuentas”.

El tamaño de este tipo de termistor posee valores que

varían desde 0.25mm a 1.5mm.

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Tipo arandela: Los termistores de arandela son una variación de los

termistores de disco excepto por tener un orificio central y carece de

terminales aunque está provisto de dos caras metalizadas para establecer el

contacto. Es frecuentemente utilizado como parte de un montaje.

Tipo disco: Estos termistores poseen forma circular que se asemeja a un

disco, es por este motivo que se le asigna esta denominación.

Estos termistores fabricados con un preparado de polvo de óxido metálico,

mezclado con una amalgama especial y comprimido a una gran presión. Los

discos son después expuestos a altas temperaturas para formar cuerpos

cerámicos sólidos. Se aplica posteriormente una película de plata en dos

extremos del disco que servirán como contactos para la inclusión de los

terminales.

Tipo chip: En la fabricación de los termistores con configuración tipo chip se

utiliza una mezcla similar a la empleada en los termistores de perla. Este

material se deja secar sobre una superficie de material cerámico que es

cortado en pequeñas secciones en forma de oblea y sometido a altas

temperaturas.

Después de aplicar una gruesa capa de material metálico, las obleas son

encajadas en chips. Los chips se pueden emplear como parte de un

montaje o de forma individual. En este último caso, se añaden terminales y

una cubierta de material epóxido o cristal.

Estos termistores poseen tamaños que varían desde 2mm a 2.5mm, pero

existe algunos que son fabricados para aplicaciones que requieren un

tamaño muy pequeño y una respuesta muy rápida y que pueden medir

0.5mm.

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Símbolo electrónico

.

FOTORESISTENCIAS. También se le denomina Light Dependent Resistor o

Resistores Dependientes de la Luz (LDR), como su nombre lo indica, son

resistencias cuyo valor varía de acuerdo al nivel de luz al que están expuestas.

La fotoresistencia fue desarrollado Willoughby Smith descubridor de la

fotoconductividad lo que fue clave para que años después, mitad del siglo XX,

se crearan y patentaran las primeras fotorresistencias en EEUU.

Los materiales que posee características foto eléctricas o sensibles a la luz,

más utilizados para la fabricación de fotoresistencias son:

Sensibles al espectro de luz visible.

Sulfuro de Cadmio - CdS.

Seleniuro de Cadmio - CdSe.

Sensible al espectro de luz no visible Infrarrojo.

Silicio - Si .

Sulfuro de Plomo - PbS.

Seleniuro de Plomo - PbSe.

Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son

absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la

suficiente energía para saltar de la banda de valencia a la banda de

conducción, aumentando así la conductividad del dispositivo y disminuyendo su

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 55

resistencia. Este comportamiento de las fotorresistencias está caracterizado

por la ecuación:

R: resistencia de la fotoresistencia. A,α: constantes que dependen del semiconductor utilizado. E: densidad superficial de la energía recibida

Si bien es cierto que los valores de la resistencia de un LDR pueden variar en

total oscuridad y a plena luz dependiendo de los materiales utilizados para su

fabricación y de su diseño, los valores típicos a plena luz varían entre unos 50

a 1000Ω, los típicos en total oscuridad están comprendidos entre 50KΩ a

varios MΩ.

Principio de Funcionamiento: Cuando incide la luz en el material

fotoconductor se generan pares electrón - hueco. Al haber un mayor número de

portadores, el valor de la resistencia disminuye. De este modo, la

fotoresistencia iluminada tiene un valor de resistencia bajo. Las células son

también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo

infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV). Los materiales que intervienen en

su construcción son Sulfuro de Cadmio, utilizado como elemento sensible a las

radiaciones visibles y sulfuro de plomo se emplean en las LDR que trabajan en

el margen de las radiaciones infrarrojas. Estos materiales se colocan en

encapsulados de vidrio o resina.

Si dejamos de iluminar, los portadores fotogenerados se recombinarán hasta

volver hasta sus valores iniciales. Por lo tanto el número de portadores

disminuirá y el valor de la resistencia será mayor. Por supuesto, el material de

la fotorresistencia responderá a unas longitudes de onda determinadas.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 56

Es decir, la variación de resistencia será máxima para una longitud de onda

determinada. Esta longitud de onda depende del material y el dopado, y deberá

ser suministrada por el proveedor. En general, la variación de resistencia en

función de la longitud de onda presenta curvas como las de la figura siguiente:

Símbolo electrónico

RESISTENCIA VDR (VOLTAGE DEPENDENT RESISTORS).La resistencia

VDR o Varistor, es una resistencia dependiente de la tensión o voltaje, ya que

al aplicarle diferentes tensiones entre sus extremos, varía su resistencia de

acuerdo con esas tensiones. La propiedad que caracteriza esta resistencia

consiste en que disminuye su valor óhmico cuándo aumenta la tensión entre

sus extremos. Ante picos altos de tensión se comporta casi como un

cortocircuito.

Material de Fabricación: Fundamentalmente el material semiconductor

utilizado para la fabricación de estas resistencias, las VDR, es el carburo de

silicio. Las propiedades eléctricas de esta resistencia, dependen principalmente

del propio silicio. Las resistencias de carburo de silicio se aplican en circuitos

en los que la tensión se extiende de 10V a 25KV. Para aplicaciones de 1 a 15V

se desarrollan resistencias a partir de otro material, el óxido de titanio. También

se fabrican otras resistencias VDR a partir de óxido de zinc, que se destinan

principalmente a aplicaciones en las cuales se disipa potencia intermitente,

como sobretensiones transitorias.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 57

Características Electrónicas: La resistencia óhmica de una resistencia VDR

varía según la tensión aplicada en sus extremos, por lo tanto la corriente que

circula por la resistencia VDR no es proporcional a la tensión aplicada. Al

aumentar la tensión, el valor de la resistencia VDR disminuye rápidamente.

Relación tensión-corriente: La relación tensión-corriente en una resistencia

VDR, se puede expresar de forma aproximada, mediante la ecuación:

V = C х Iβ

Donde,

V = Tensión en los extremos de la resistencia (v)

C = Tensión aplicada a la resistencia en la que la intensidad es igual a un amperio

I = Corriente que circula por la resistencia (A)

β = tang φ. Depende del material de que están compuestas.

Las VDR de óxido de titanio tienen un valor de β comprendido entre 0,16 y 0,40.

Las VDR de óxido de cinc menor de 0,01.

La ecuación anterior no es válida para valores muy pequeños de tensión y de

corriente, además solo es válida cuándo se toman valores absolutos para la

intensidad y el voltaje.

Asociación de resistencias: Igualmente que otros componentes electrónicos,

podemos montar las resistencias VDR en serie y paralelo.

o Mediante conexionados en serie, el valor de C aumenta. Con ello

conseguimos mantener el valor de corriente y aumentamos el valor de

tensión que podemos aplicar en extremos de la serie de resistencias.

o Mediante conexionados en paralelo, el valor de C disminuye. Con ello

conseguimos aumentar el valor de corriente manteniendo el valor de tensión

en extremos del paralelo. Es muy importante que cuando se conecten en

paralelo todos sus valores sean lo más iguales posibles.

CÓDIGO DE COLORES. Las resistencias de potencia pequeña, empleadas en

circuitos electrónicos, poseen cuatro o cinco bandas de color rotuladas, los

colores utilizados dependiendo de su posición definen el valor de la resistencia

y la tolerancia.

El código de colores de una resistencia de cuatro bandas, utilizan la primera y

segunda banda para definir las dos primeras cifras del valor de la resistencia.

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La tercera banda establece el factor de multiplicación y la cuarta banda la

tolerancia.

El código de colores de una resistencia de cinco banda, utilizan la primera,

segunda y tercera banda definir las tres primeras cifras del valor de la

resistencia. La cuarta banda establece el factor de multiplicación. La cuarta

banda define el porcentaje de tolerancia

Color de la Banda

Cifras Significativas (Primera y Segunda banda)

Multiplicador (Tercera Banda)

Tolerancia (Cuarta Banda)

Negra 0 1 Marrón 1 10 ±1% Rojo 2 100 ±2% Naranja 3 1000 Amarillo 4 10000 ±4% Verde 5 100000 ±0.5% Azul 6 1000000 ±0.25% Violeta 7 10000000 ±0.1% Gris 8 100000000 ±0.05% Blanco 9 1000000000 Dorado -------------- 0.1 ±5% Plateado -------------- 0.01 ±10% Ninguno -------------- -------------- ±20%

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Color de la Banda

Cifras Significativas (Primera, Segunda y Tercera

banda)

Multiplicador (Cuarta Banda)

Tolerancia (Quinta Banda)

Negra 0 1 Marrón 1 10 ±1% Rojo 2 100 ±2% Naranja 3 1000 Amarillo 4 10000 ±4% Verde 5 100000 ±0.5% Azul 6 1000000 ±0.25% Violeta 7 10000000 ±0.1% Gris 8 100000000 ±0.05% Blanco

9 1000000000

Dorado -------------- 0.1 ±5% Plateado -------------- 0.01 ±10%

Ejemplo de códigos de colores:

a. Sea una resistencia cuyas bandas son amarillo, violeta, negro, rojo y rojo.

Amarillo-violeta-negro--------------- 470

Rojo--------------------------------------- 102

Rojo--------------------------------------- 2%

R=470x 102Ω ± 2%

R=47000Ω ± 2%

R=47KΩ ± 2%

b. Sea una resistencia cuyas bandas son marrón, negro, naranja y dorado.

Marrón - negro --------------- 10

Naranja ------------------------- 102

Dorado -------------------------- 5%

R=10x 103Ω ± 5%

R=10000Ω ± 5%

R=10KΩ ± 5%

c. Sea una resistencia cuyas bandas son rojo, rojo, dorado y dorado.

Rojo - rojo ----------------------- 22

Dorado -------------------------- 0.1

Dorado -------------------------- 5%

R=22x 0.1Ω ± 5%

R=2.2Ω ± 5%

R=2.2Ω ± 5%

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CÓDIGO DE MARCA. El código de marca de una resistencia generalmente se

utiliza en resistencia con encapsulados de montaje superficial, porque son muy

pequeñas y no poseen espacio suficiente para colocar bandas de colores, por

lo tanto se emplea una codificación numérica como. Esta codificación numérica

está formada por 3 o 4 letras o números, existen diferentes codificaciones en

uso.

Código de Resistores con 3 Dígitos: Es la codificación más comúnmente

empleada, es muy similar a la codificación con cuatro bandas de colores.

Los primeros dos números indican los dos primeros dígitos del valor de la

resistencia mientras que el tercero nos indica la cantidad de ceros que

deben agregarse a las cifras significativas (factor de multiplicación).

Código de Resistores con 4 Dígitos: Esta codificación es muy similar a la

empleada en las resistencias con código de colores de cinco bandas con

bajas. En esta codificación los primeros 3 dígitos de indican el valor

numérico de la resistencia y el cuarto dígito la cantidad de ceros que se debe

poner a continuación (factor de multiplicación).

Codificación EIA-96: Esta codificación es empleada en resistencias con

tolerancias del 1%. Esta codificación surge para abreviar un código de

resistencias donde intervienen 4 dígitos, al ser las resistencias SMT un poco

pequeñas para poder anotarlo y debido a esto surge está codificación.

Emplea tres caracteres para indicar el valor de la resistencia: los dos primeros

son números e indican los 3 dígitos más significativos del valor de resistencia,

el tercer carácter es una letra que indica el multiplicador (cantidad de ceros a

agregar). Al usar una letra se evita confusión con la codificación de 3 números.

10 000000 Ω = 10MΩ

274 00 Ω = 27.4KΩ

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CÓDIGO FACTOR DE

MULTIPLICACIÓN

Z 0.001

Y o R 0.01

X o S 0.1

A 1

B o H 10

C 100

D 1 000

E 10 000

F 100 000

MULTÍMETRO o MULTITESTER o POLÍMETRO. Es un instrumento de

medida o diagnóstico que cuenta con más de un instrumento de medida

(Voltímetro, Ohmímetro, Amperímetro, Frecuencímetro, Capacímetro, etc.), los

tres básicos es decir que siempre presentes en cualquier multímetro son: el

Voltímetro, Ohmímetro y el Miliamperímetro denotado por las iniciales VOM,

por esta razón a los más básicos se les denomina VOM.

Cuando este instrumento es utilizado para realizar medidas de voltaje,

Resistencia, corriente, etc. Se le denomina Multímetro o Polímetro, ambas son

palabras compuestas cuyo significado son:

Multi = Varios Metro= Medidas Multímetro= Varias Medidas

Poli = Muchos Metro= Medidas Multímetro= Varias Medidas

Cuando este instrumento es utilizado para realizar pruebas sobre el estado de

componentes electrónicos o eléctricos (Resistencia, condensadores, Diodos,

Transistores, etc.). Se le denomina Multitester, esta palabra es compuesta cuyo

significado es:

Multi = Varios Tester= Prueba Multitester= Varias Pruebas

33 00Ω = 3.3KΩ

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TIPOS DE MULTÍMETROS. Existen muchos criterios para clasificar los

multímetros, siendo los criterios más importantes:

a. Clasificación Según el modo de procesa la medida: En los multímetros la

magnitud que se está midiendo se puede procesar utilizando un circuito

electrónico cuyos componentes electrónicos son análogos o digitales.

Multímetro Análogo: Este instrumento para procesar una medida utiliza

un Galvanómetro, componentes electrónicos compuesto por componentes

análogos como: Resistencias, Bobinas, condensadores, diodos,

transistores, etc.

Multímetro Digital: Este instrumento para procesar una medida utiliza

análogos como: Resistencias, Bobinas, condensadores, diodos,

transistores, etc. y componentes digitales como: comparadores,

Conversor AD, conversor de pico, Display, etc.

b. Clasificación Según el tipo de escala: La escala determina en un

instrumento el valor máximo que puede ser medido por un instrumento:

Multímetros Auto rango: Son aquellos multímetros, donde el que va a

realizar la medida solo el instrumento y este elige de manera automática

la escala adecuada para realizar la medida.

Multímetros con escala: Son aquellos multímetros, donde el que va a

realizar la medida elige primero el instrumento, en este instrumento elige

la escala adecuada para realizar la medida. Es recomendable si no se

conoce el valor a medir elegir la escala más alta.

MULTÍMETRO ANÁLOGO: Este instrumento para procesar una medida utiliza

de algún componente eléctrico o electrónico, utiliza un circuito electrónico

compuesto por componentes análogos como: Resistencias, Bobinas,

condensadores, diodos, transistores, Galvanómetro, etc.

El galvanómetro utilizado posee una aguja, por este motivo la pantalla donde

se muestra la medida se caracteriza por poseer una aguja y una escala de

medida que impresa y calibrada por el fabricante.

Existen muchos tipos de Galvanómetros utilizados para la fabricación de

multímetro análogo, pero el utilizado en la mayoría de los instrumentos, se

basan en el diseño que desarrolló Arsene D’Arsonval en el año de 1,881.

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En su forma inicial, el galvanómetro D’Arsonval presenta desventajas e

inconvenientes, pero dio origen al movimiento Weston, habiéndose mejorado

en este el diseño original, el principio de funcionamiento es el mismo.

Si se coloca una bobina de tal manera que pueda girar libremente y la

colocamos dentro de un imán, la corriente que fluye por ella formará polos

magnéticos en sus extremos o sea, se convertirá en un electroimán, bajo esta

circunstancia sucederá o siguiente:

El polo N (bobina) será atraído por el polo S (imán).

El polo S (bobina) será atraído por el polo N (imán).

Este efecto provocará un movimiento rotativo en la

bobina en el sentido de las agujas del reloj, esto nos

lleva a pensar, que si la intensidad del campo magnético

del imán es fija, la fuerza de rotación dependerá de la

intensidad del campo magnético producido por la

corriente en la bobina.

MOVIMIENTO WESTON: Lo anteriormente descrito

es el que se utilizaba en el galvanómetro D’Arsonval,

mismo que fue posteriormente perfeccionado por el

Dr. Weston, bobina está provista de una aguja móvil,

la cual hace su indicación sobre una escala graduada,

de la corriente circulante en su bobina.

La bobina posee un resorte que obliga a la aguja a

retornar a su posición de reposo o sea cero, cuando

no hay corriente circulando por la bobina.

MULTÍMETRO DIGITAL. Este instrumento para procesar una medida utiliza de

algún componente eléctrico o electrónico, utiliza un circuito electrónico

compuesto por componentes digitales: Conversor AD, conversor de pico,

Display, etc.

El DISPLAY utilizado es de baja resolución, por este motivo la pantalla donde

se muestra la medida de un componente eléctrico o electrónico, se caracteriza

por poseer una presentación numérica fácil de leer.

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El circuito interno de los multímetros digitales puede básicamente dividirse en

dos secciones:

Sección Análoga: La sección Analógica está compuesta por los divisores

de voltaje y corriente de entrada, el conversor de corriente alterna a

continua, el conversor de resistencia a voltaje continuo, la voltaje de

referencia para comparación, la fuente de alimentación, el detector de pico y

las llaves de selección de rango y funciones.

Conectores para puntas de Prueba: Posee dos o más terminales para

conectar las puntas de prueba que son las que ingresan la señal a medir.

Estos terminales se identifican por una impresión hecha por el fabricante,

la punta de prueba negra se conectan al terminal COMMON=COM

(Común) y la punta de prueba roja en el terminal que posee la impresión

VΩmA. .

En serie con el terminal mA, se tiene un fusible de protección a fin de

evitar que circule por el shunt una corriente mayor a la que él soporta.

Desde estos terminales, las señales se derivan a los escaladores y llaves

de funciones.

SELECTOR DE RANGOS (Escaladores): Es una llave de cambio de

rangos, son elementos (Generalmente resistencias en serie y/o paralelo)

que toman una muestra reducida de la señal a medir, a fin de poder

procesar esa muestra dentro de los niveles de voltaje que manejan los

circuitos electrónicos. Esta llave de rangos también dan el rango de la

escala en uso en ese momento.

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Uso del multímetro:

Los milímetros posen valores mínimos y máximos de lectura en un instrumento,

al cual se denomina escala. Según el tipo de escala que tengan los milímetros

se clasifican en:

Multímetro de escala múltiple: Son los multímetros que poseen para un

instrumento de medida varias escalas, las cuales deben seleccionarse según

el valor que pensamos obtener de dicha medida. La principal ventaja de este

tipo de instrumentos es su mayor precisión, para medir valores pequeños o

muy grandes dentro del rango que posee el instrumento.

Para utilizar este tipo de multímetro es necesario seleccionar primero el

instrumento a utilizar (voltímetro AC, voltímetro DC, amperímetro,

Ohmímetro, etc.) y luego la escala más adecuada.

Multímetro auto rango: Son los multímetros que no poseen selección de

escala solo del instrumento. La selección se la escala se realiza de manera

automática, la principal desventaja de estos instrumentos es su poca presión

para medir valores pequeños o muy grande dentro de su escala auto rango.

Display o pantalla de

lectura

Voltímetro alterno

Amperímetro

continuo

Amperímetro continuo de

10A

Voltímetro

continuo

Selector de

instrumento y/o

escala

Ohmímetro

hfe de transistores BJT

Continuida

d

Terminal para la

conexión de las

puntas de prueba

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Punta de prueba: Nos permite tomar una muestra y la introduce al

instrumento seleccionado, para tomar una medida o establecer

su estado.

La banana de la punta de prueba color negro debe instalarse en

el borne de nombre COM. La banana de punta de prueba roja

debe instalarse en el borne VΩmA.

Selector: Es una perilla que nos permite seleccionar el instrumento y/o escala

que utilizaremos para realizar la medida o la prueba de un componente.

Instrumentos de medida: Los instrumentos más básicos que incluye todo

milímetro son:

Amperímetro.

Voltímetro.

Ohmímetro.

Otros instrumentos que puede incluir el milímetro son:

Continuidad de diodos.

Ganancia de corriente para transistores BJT (hfe).

Frecuencímetro.

Capacímetro.

Terminal para la conexión

de las puntas de prueba

Selector de

instrumento

Amperímetro (10A), mili

amperímetro (mA y micro

amperímetro (µA)

Display o pantalla

de lectura

Ohmímetro

Voltímetro alterno

Voltímetro continuo

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 67

NOMBRE DEL INSTRUMENTO

DESCRIPCIÓN

Amperímetro (A) Este instrumento es utilizado para medir la corriente. La unidad de medida utilizada son los amperios (A). Presenta algunas variantes:

µA: Microampreimetro, utilizado para medir corrientes muy pequeñas. mA: Miliamperímetro, utilizado para medir corriente pequeñas o

medias. A: Utilizado para medir hasta 10A de corriente, el cual obliga a utilizar

la punta de prueba conectada en el borne 10A del instrumento.

Voltímetro (V) Este instrumento es utilizado para medir voltajes. La unidad de medida utilizada son los voltios (V).

Si está acompañada de este símbolo es un voltímetro de voltaje continuo, es decir permite medir voltajes en pilas, baterías, en la salida de la fuente de voltaje.

Si está acompañada de este símbolo es un voltímetro de voltaje alterno, es decir permite medir voltajes en instalaciones eléctricas.

Ohmímetro (Ω) Es utilizado para medir el valor de una resistencia. La unidad de medida es el ohmio(Ω)

Ganancia de corriente de transistores BJT (hfe)

Mide la relación entre la corriente de la base y la del colector, el cual debe ser mayor que 50.

Continuidad de diodos

( )

Este instrumento es utilizado para establecer el estado de un diodo.

Capacímetro (C) Este instrumento es utilizado para medir la capacidad de almacenamiento de un condensador. Utiliza como unidad de medida los faradios (F)

Frecuencímetro (F)

Es utilizado para medir la frecuencia de una señal alterna. Su unidad de medida es el Hertz (Hz)

NODOS, TRAYECTORIAS, LAZOS Y RAMAS. Cuando las redes existen dos

o más elementos de circuito, estos elementos se conectarán entre sí por medio

de cables (algunas veces denominados “hilos de conexión”), que tienen una

resistencia nula. Debido a que la red aparece entonces como varios elementos

simples y un conjunto de hilos de conexión, se le da el nombre de red de

parámetros concentrados.

a. Nodo: Un punto en el cual dos o más elementos tienen una conexión común

se llama. Si en una red se muestran uniones separadas y conectadas por un

conductor (resistencia nula), este se considera como un único nodo.

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En el circuito de la figura los nodos son ABCDE, pero los nodos C y D no

tienen ningún componente electrónico entre ellos por lo tanto se

considera como un solo nodo, es decir C=D.

b. Trayectoria: Recorrido que se hace en un circuito que inicia en un nodo y se

va pasando a través de un elemento diferente hasta el siguiente, y se

prosigue con este movimiento hasta que se haya pasado por tantos

elementos como se desee y regrese al nodo origen. En el circuito anterior

son trayectorias ABCDEA, ABDE.

c. Lazo: Recorrido que se hace en un circuito que inicia en un nodo y se

pasando a través de un elemento diferente hasta un nodo deseado, sin

regresar al nodo que inicio el recorrido. En el circuito encontramos los

siguientes lazos: AB, ABC, ABD, AE.

d. Rama: Es una trayectoria única en una red, compuesta por un elemento

simple y el nodo en cada extremo de ese elemento. En el circuito son ramas

AB, AE, ED, BD, BC.

LEY DE OHM. El científico Georg Simon Ohm, mientras experimentaba con

materiales conductores, como resultado de su investigación, llegó a determinar

que la relación entre voltaje y corriente era constante y nombró a esta

constante resistencia.

Esta ley fue formulada por Georg Simon Ohm en 1827, en la obra Die

galvanische Kette, mathematisch bearbeitet (Trabajos matemáticos sobre los

circuitos eléctricos), basándose en evidencias empíricas. La formulación

original, es:

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 69

Siendo la densidad de la corriente, σ la conductividad eléctrica y el campo

eléctrico, sin embargo se suele emplear fórmulas simplificadas para el análisis

de los circuitos.

La tensión eléctrica, diferencia de potencial o voltaje es una magnitud física que

impulsa a los electrones a lo largo de un conductor en un circuito cerrado. La

tensión entre dos puntos de un campo eléctrico es igual al trabajo que realiza

dicha unidad de carga positiva para transportarla desde el punto A al punto B.

Igual que el potencial, en el Sistema Internacional de Unidades la diferencia de

potencial se mide en voltios (V).

La tensión es independiente del camino recorrido por la carga y depende

exclusivamente del potencial eléctrico de los puntos A y B en el campo; se

expresa por la fórmula:

Donde,

VA – VB: es la diferencia de tensión,

E es la Intensidad de campo en newton/coulomb

r es la distancia en metros entre los puntos A y B.

Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un

conductor, se producirá un flujo de corriente eléctrica. Parte de la carga que

crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto

de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta

corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico (Ley de

Henry). Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica.

Cuando por dos puntos de un circuito puede circular una corriente eléctrica, la

polaridad de la caída de tensión viene determinada por la dirección

convencional de la misma, esto es, del punto de mayor potencial al de menor.

Si por una resistencia R circula una corriente de intensidad I, desde el punto A

hacia el B, se producirá una caída de tensión en la misma con la polaridad

indicada y se dice que el punto A es más positivo que el B, tal como muestra la

figura.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 70

Otra de las formas de expresar la tensión entre dos puntos es en función de la

intensidad de corriente y la resistencia existentes entre ellos, se obtiene uno de

los enunciados de la ley de Ohm que dice: “La intensidad de la corriente es

directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la

resistencia en todos los circuitos o elementos eléctricos"

De la ley de Ohm se desprende el siguiente enunciado: “La intensidad de la

corriente eléctrica que circula por un dispositivo es directamente

proporcional a la diferencia de potencial aplicada e inversamente

proporcional a la resistencia del mismo”, la cual se expresa en la siguiente

ecuación:

En donde, empleando unidades del Sistema internacional:

I = Intensidad en amperios (A)

V = Diferencia de potencial en voltios (V)

R = Resistencia en ohmios (Ω).

De la ley de Ohm se desprende el siguiente enunciado: “En un conductor

recorrido por una corriente eléctrica, el cociente entre la diferencia de

potencial aplicada a los extremos del conductor y la intensidad de la

corriente que por él circula, es una cantidad constante, que depende del

conductor, denominada resistencia”, la cual se expresa en la siguiente

ecuación:

En donde, empleando unidades del Sistema internacional:

I = Intensidad en amperios (A)

V = Diferencia de potencial en voltios (V)

R = Resistencia en ohmios (Ω).

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 71

Ejemplo1: Determinemos la Potencia Eléctrica existente en una plancha

eléctrica que tiene una resistencia de 10Ω, y es alimentada por una fuente de

voltaje de 220V.

Para calcular la potencia usamos la siguiente ecuación:

Como no sabemos la corriente usamos la ley de Ohm para calcularla:

Reemplazamos la ecuación 2 en 1

Ejemplo2: Determinar la Corriente y la resistencia eléctrica de un Switch de

distribución de red, si posee una potencia de 12Watts conectada a una fuente

de 220V.

Para calcular la corriente del Switch de distribución de red usaremos la

ecuación de la potencia:

Para calcular la resistencia del Switch de distribución de red usaremos la ley de

Ohm:

LEYES DE KIRCHHOFF: El científico Gustav Robert Kirchhoff, profesor

universitario alemán que nació en la época en que Ohm efectuaba su trabajo

experimental.

a. Ley de Corriente de Kirchhoff: Esta ley axiomática (experimental) se

denomina ley de Kirchhoff de corriente (LKC), establece que: “La suma

algebraica de las corrientes que entran a cualquier nodo es cero”.

Esta ley representa un enunciado matemático del hecho de que la carga no

se acumula en un nodo. Un nodo no es un elemento de circuito, es decir no

puede almacenar, destruir o generar carga. En consecuencia, las corrientes

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 72

deben sumar cero. Para lo cual se consideran negativas aquellas corrientes

que salen del nodo y positivas a aquellas corrientes que llegan al nodo.

La suma algebraica de las cuatro

corrientes que entran al nodo debe

ser cero:

Quizá se desee igualar la suma de las corrientes que tienen flechas de

referencia dirigidas hacia el nodo, con la suma de las dirigidas hacia afuera

del mismo

i.

Lo que establece de manera simple que la suma de las corrientes que entran es

igual a la suma de las corrientes que salen. Una expresión compacta de la ley de

Kirchhoff de corriente es:

b. Ley de Voltajes de Kirchhoff: La corriente se relaciona con la carga que

fluye por un elemento del circuito, la tensión constituye una medida de la

diferencia de energía potencial entre los extremos del elemento.

La tensión tiene un valor único. Por lo tanto, en un circuito, la energía

necesaria para mover una carga unitaria desde el punto A hasta el punto B

debe tener un valor independiente de la trayectoria seguida de A a B (a

menudo existe más de una trayectoria). Este hecho se puede comprobar por

medio de la ley de Kirchhoff de tensión (abreviada LVK):“La suma

algebraica de las tensiones alrededor de cualquier trayectoria cerrada

es cero”.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 73

En la figura, si se una fuente en C de calor V2, se genera las polaridades que

se muestran en el componentes 2 y 3.

NOTA: Un método que nos ayude a cometer errores al momento de asignar

la polaridad del voltaje de cada componente de la malla, consiste en: Se

mueve mentalmente alrededor de la trayectoria cerrada en la dirección de

las manecillas de reloj y escribir de manera directa la tensión de cada

componente a cuya terminal (+) se entra, y después expresar el negativo de

cada tensión que se encuentre primero en el signo (−).

En el circuito Se tiene que:

Resulta que si traza una trayectoria cerrada, la suma algebraica de las

tensiones en los elementos individuales, a lo largo de ella, debe ser nula.

Así, se podría escribir:

De manera más compacta

Ejemplo1: En el siguiente circuito calcular el valor de la corriente para cada una de las

resistencias. R1= 1 KΩ;R2= 2 KΩ;R3= 3 KΩ;R4= 4 KΩ; V1= 1V;V2= 2 V.

En la malla ABEF, debemos hallar la ecuación, según Ley de voltajes de Kirchhoff:

-V1+ I1 * R1 + (I1-I2) * R2 + I1 * R3 = 0

I1 * R1 + (I1-I2) * R2 + I1 * R3 = V1

V1= (R1+ R2 + R3) * I1 - R2 * I2

A B C

D E F

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 74

1= 6000 * I1 – 2000 * I2…………………………(1)

En la malla BCDE, debemos hallar la ecuación, según Ley de voltajes de Kirchhoff:

V2 + I2 * R4 + (I2-I1) * R2 = 0

I2 * R4 + (I2-I1) * R2 = - V2

-V2= (R4 + R2) * I2 - R2 * I1

-2 = – 2000 * I1 +6000 * I2 …………………………(2)

Resolviendo las ecuaciones utilizando matrices

[

] [

]

Para obtener los resultados en mili amperios usaremos los valores de las

resistencias en KΩ, de tal manera que la matriz se expresa:

[

] [

]

Calculando el valor de I1

[

]

[

]

Calculando el valor de I2

[

]

[

]

RESISTENCIAS EN SERIE Y EN PARALELO.A menudo se sustituyen

combinaciones de resistencias relativamente complicadas por una sola

resistencia equivalente. Resulta útil cuando no se está interesado de manera

específica en la corriente, la tensión o la potencia asociadas con cualquiera de

las resistencias individuales de las combinaciones. Todas las relaciones de

corriente, tensión y potencia en el resto del circuito permanecerán invariables.

a. Resistencia equivalente en serie: Considere la combinación en serie de N

resistencias que se muestra en la figura. Es necesario simplificar el circuito

sustituyendo las N resistencias por una sola resistencia a la que se

denomina resistencia equivalentes (Req) de modo que el resto del circuito, en

este caso sólo la fuente de tensión, no se percate de que se ha realizado

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algún cambio. La corriente, la tensión y la potencia de la fuente deben ser

las mismas antes y después de la sustitución.

Primero se aplica la Ley de Voltajes de Kirchhoff:

Ahora aplicamos la ley de Ohm:

Compare ahora este resultado con la ecuación simple aplicándola al circuito

equivalente de la figura:

Sustituimos el valor de vs de la ecuación (2) en la ecuación (1), tendremos:

b. Resistencia equivalente en paralelo: Un circuito que contiene N

resistencias en paralelo, como el de la figura, conduce por medio de la

ecuación de la ley de Kirchhoff de corriente a lo siguiente.

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Aplicamos la ley de Ohm

Simplificando el valor de V, obtenemos el valor de la resistencia equivalente

en serie:

Ejemplo1: En el siguiente circuito calcular la resistencia equivalentes en los

puntos A-B, del circuito.

Asignamos

nombres a los

nodos (C, D):

C

D

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Calculando la resistencias equivalente entre C-D, en la parte superior (Req1) e

inferior (Req2)

Calculando Req1, se encuentra en serie con 1.5KΩ y 330Ω:

Calculando Req2, se encuentra en serie con 2.6KΩ y 5.6KΩ:

Calculando Req CD, se encuentra en paralelo Req1//Req2:

Calculado la Resistencia equivalente entre los puntos AB, encontramos la Req

CD, en serie con la resistencia de 560Ω.

Ejemplo2: En el siguiente circuito

calcular la resistencia equivalentes en

los puntos A-B, del circuito.

C

D

C

D

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Calculando la resistencias equivalente entre AB en grupos de dos, en la parte

superior (Req1) e inferior (Req2)

Calculando Req1, se encuentra en paralelo8.2KΩ y 5KΩ:

Calculando Req2, se encuentra en paralelo1.5KΩ y 5KΩ:

Calculando Req CD, se encuentra en paralelo Req1//Req2:

Calculado la Resistencia equivalente entre los puntos AB, encontramos la R1-2

en paralelo con la resistencia de 5KΩ.

TEOREMA DE THEVENIN Y NORTON. Dado un circuito lineal cualquiera N,

para un par de terminales A y B de dicho circuito, es posible encontrar un

circuito equivalente formado por una fuente de voltaje ideal en serie con una

resistencia, de manera tal que ese circuito de dos terminales produzca los

mismos valores de voltaje y corriente en esos terminales (conectados o no a

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otro circuito) que el circuito original”. La fuente de voltaje tendrá un valor

conocido como Voltaje de Thévenin VTH y la resistencia tendrá un valor

conocido como Resistencia de Thévenin RTH.

Este teorema nos permite introducir un método de análisis de circuitos

adicional: dividir el circuito original en componentes de dos puertos, que son

equivalentes de Thévenin de una parte del circuito, los cuales se interconecten

entre sí. Esto permite realizar cálculos más sencillos que con el circuito

completo.

Otra utilidad, probablemente la más importante de este concepto, es que

teniendo este modelo es sencillo encontrar la máxima transferencia de potencia

del circuito N a otro circuito conectado a los terminales A y B.

La fuente de voltaje puede transformarse en una fuente de corriente, realizando

esta equivalencia el circuito equivalente de Thévenin se puede convertir

también en circuito de dos terminales formado por una fuente de corriente en

paralelo con una resistencia. A este modelo se le conoce como equivalente se

le denomina el Teorema de Norton, el cual se puede calcular transformando el

equivalente de Thévenin o haciendo los cálculos directos como se hace para el

equivalente de Norton.

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Ejemplo1: En el siguiente circuito calcular el circuito equivalentes de Thévenin

en los puntos A-B, además del voltaje en dichos puntos.

Para calcular el voltaje de Thévenin, del circuito equivalente de Thévenin

debemos desconectar la resistencia ubicada en los puntos AB (Circuito

Abierto), y calculamos el voltaje entre dichos puntos, tal como muestra la figura.

Calculando el voltaje AC:

Calculando el voltaje BC:

Calculando el voltaje AB o voltaje de

Thévenin (VTH):

Para calcular la resistencia equivalente de Thévenin, del circuito equivalente de

Thévenin, hacemos un corto circuito en la ubicación de la fuente de voltaje y

calculamos la resistencia equivalente en los puntos AB, tal como muestra la

figura.

Observamos que R1//R2

Observamos que R3//R4

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Observamos que para calcular Rth es el equivalente en serie de Req1//Req2

Entonces el circuito equivalente será

TEOREMA DE LA MÁXIMA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA. Cuando una

fuente o un circuito se conectan a una carga cualquiera es deseable que tal

fuente o circuito pueda transmitir la mayor cantidad de potencia a la carga que

la recibe. Al conectar esta carga aparece un voltaje Vc y una corriente Ic entre

los nodos A y B.

En el caso particular de que la carga sea una resistencia Rc. Calculamos el

voltaje en Rc:

Sabemos que la potencia en una resistencia es

La Figura muestra la variación de la potencia absorbida por la carga Pc en función de Rc.

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Como se puede apreciar en la gráfica la potencia absorbida es una función

cuadrática, su valor máximo se calcula derivando la potencia e igualando a

cero, con lo cual se encuentra que la potencia tendrá un máximo cuando:

Para que haya máxima transferencia de potencia del circuito a los puntos AB

se debe tener que la resistencia de la carga sea igual a la resistencia de

Thévenin.

Como las resistencias son iguales, reemplazamos el valor de las resistencias

en la ecuación 1, y obtendremos el voltaje máximo para lograr esta máxima

transferencia de potencia:

Como las resistencias son iguales, reemplazamos el valor de las resistencias

en la ecuación 2, y obtendremos la Potencia máxima que se puede lograr,

según el teorema de máxima transferencia de potencia:

(

)

Ejemplo1: En el siguiente circuito

calcular el valor de R, para obtener en los

puntos AB la máxima transferencia de

potencia.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 83

Para calcular el voltaje de Thévenin, del

circuito equivalente de Thévenin debemos

desconectar la resistencia ubicada en los

puntos AB (Circuito Abierto), y calculamos

el voltaje entre dichos puntos, tal como

muestra la figura.

Calculando el voltaje AB:

Para calcular la resistencia equivalente de Thévenin, del circuito equivalente de

Thévenin, hacemos un corto circuito en la ubicación de la fuente de voltaje y

calculamos la resistencia equivalente en los

puntos AB, tal como muestra la figura.

Observamos que R1//R2

(

)

(

)

El valor de R para lograr la máxima transferencia de energía debe ser 10Ω

TEOREMA DE MILLMAN. Llamado así en honor al electrónico ruso Jacob

Millman. Este teorema se utiliza cuando se tiene un circuito con sólo dos nodos

en un circuito, o lo que es lo mismo cuando se tienen varias ramas en paralelo,

y en cada una de dichas ramas se tiene una fuente de voltaje en serie con una

resistencia.

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El principio de Millman permite obtener directamente la diferencia de potencial

entre los nodos a y b del circuito. "Este teorema establece que el voltaje Vm

entre los nodos a y b es igual a la suma de los productos que resultan al

multiplicar la fuente de tensión en cada rama, Vk, por la conductancia en

dicha, Gk, para todas las ramas k = 1, 2, ..., n, todo dividido por la suma de

las conductancias", tal como se muestra en la siguiente ecuación:

Para la demostración de este teorema, usaremos la ley de ohm, que en este

caso establece que la corriente ik en cada rama k es

Ahora, a partir de la Ley de Corrientes de Kirchhoff, tenemos que la suma

algebraica de las corrientes que entran y salen en el nodo a es

Desarrollando obtenemos que

Dado que vm es una valor constante que puede sacarse como factor en la

sumatoria izquierda de la Ecuación (9.5), podemos despejar vm, para obtener

Ejemplo1: En el siguiente circuito calcular la corriente y el voltaje en la

resistencia R. Utilizando el teorema de Millman

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Calculando el valor de la corriente en

la resistencia R1, aplicando la ley de

Ohm.

Calculando el valor de la corriente en

la resistencia R2, aplicando la ley de

Ohm.

Calculando la corriente total

IT= I1 + I2=5A+1.667A=6.667A

Calculando la Conductancia total

Calculando el voltaje total

Calculando el Resistencia total

El circuito se simplifica de la siguiente manera

Calculamos el valor de la corriente en la

resistencia R:

Calculamos el valor del voltaje en la resistencia

R:

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TEOREMA DE SUSTITUCIÓN. Es un teorema importante ya que es gran

utilidad. Puede originar grandes errores si no se es riguroso con su utilización.

Uno de sus enunciados dice así: "Cualquier rama principal a de un circuito

lineal de la que se conozca, por cualquier procedimiento, el valor de su

tensión UA puede ser sustituida por una fuente de tensión cuyo valor y

signo sea E= UA sin que los valores de los restantes elementos del

circuito sufran ninguna variación"

Si el valor del voltaje de la rama en cuestión es cero, lo cual implica que se

puede sustituir por una fuente de voltaje de valor cero, la cual corresponde a

un conductor de resistencia nula. Dicho corolario se puede enunciar así:

"Cualquier rama principal de un circuito lineal cuyo voltaje es cero puede

ser sustituida por un conductor de resistencia nula, obteniéndose un

único nudo de los dos de dicha rama, sin que el resto de los elementos

del circuito sufran alteración alguna".

Por idénticas razones matemáticas a las expuestas, este teorema también se

puede enunciar de forma dual respecto de la intensidad. Por idénticas razones

matemáticas a las expuestas, este teorema también se puede enunciar de

forma dual respecto de la intensidad: "Cualquier rama principal a de un

circuito lineal de la que se conozca, por cualquier procedimiento, el valor

de su intensidad la puede ser sustituida por una fuente de intensidad

cuyo valor y signo sea J=lA sin que los valores del resto de los elementos

del circuito sufran ninguna variación"

De este enunciado el valor de la intensidad de la rama en cuestión sea cero, lo

cual implica que se puede sustituir por una fuente de corriente de valor cero, la

cual, en este caso y como ya se vio, corresponde a una rama abierta de

conductancia nula (o resistencia infinita). Dicho corolario se puede enunciar así:

"Cualquier rama principal de un circuito lineal cuya intensidad sea nula

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 87

puede ser directamente eliminada (lo que a su vez supone la eliminación

de una malla) sin que el resto de los elementos del circuito sufran

alteración alguna"

Finalmente, el teorema también puede enunciarse de la siguiente forma:

"Cualquier rama activa a (es decir, que incluya alguna fuente) de un

circuito lineal de la cual se conoce, los valores de voltaje (Va) y su

corriente (la), puede ser sustituida por una resistencia cuyo valor y signo

sean los correspondientes al cociente Va/ la realizado con criterio

receptor, sin que los valores del resto del circuito sufran ninguna

variación, excepto en el caso de que dicha rama no pueda ser incluida en

ningún bucle que contenga al menos una fuente independiente"

Ejemplo1: En el siguiente circuito calcular los voltajes en R4 y R5, usando el

circuito inicial y luego sustituyéndolo por uno equivalente en el punto AB (R2).

Calculando la resistencia

equivalente entre los puntos

AB.

Calculando el voltaje entre los puntos AB.

Calculando el voltaje en R1, por la ley de voltaje de Kirchhoff

V1= VR1+VAB

VR1=V1-VAB=10-3.52= 6.48V

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Calculando de la corriente en R1, por la ley de Ohm

IR1= VR1/R1

IR1=6.48/3=2.16A

Calculando el voltaje en R2, por la propiedad de los circuitos en paralelo

VAB= VR2

VR2=3.52V

Calculando de la corriente en R1, por la ley de Ohm

IR1= VR2/R2

IR1=3.52/2=1.76A

Calculando de la corriente en R3 y R4, por la propiedad de los circuitos en

SERIE

IR3=IR4=VAB/(R3+R4)

VR2=3.52V/(4+5)=0.39A

Calculando el voltaje en las resistencias R3 y R4, por la ley de Ohm

VR3= IR3*R3=0.39*4=1.56V

VR4= IR4*R4=0.39*5=1.96V

Ahora sustituimos el valor de voltaje en los puntos AB por una fuente de

voltaje con el mismo valor y comprobamos si los valores de voltaje y

corriente para R3 y R4, son iguales:

Calculando de la corriente en R3 y R4, por

la propiedad de los circuitos en SERIE

IR3=IR4=VAB/(R3+R4)

VR2=3.52V/(4+5)=0.39A

Calculando el voltaje en las resistencias R3

y R4, por la ley de Ohm

VR3= IR3*R3=0.39*4=1.56V

VR4= IR4*R4=0.39*5=1.96V

Ahora observamos que los valores de voltaje y corriente de las resistencias R3

y R4, son iguales, por lo tanto se cumple el teorema de sustitución.

TEOREMA DE SUPERPOSICIÓN. El principio de superposición establece que

en un circuito lineal, se puede determinar la respuesta total calculando la

respuesta a cada fuente independiente por separado y sumando sus

contribuciones.

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Para aplicar el teorema de superposición seguiremos tres pasos:

a. Paso 1.- Anular todas las fuentes independientes excepto una. Como se ha

comentado anteriormente, para anular una fuente de tensión se sustituye por

un cortocircuito y una de intensidad por un circuito abierto.

b. Paso 2.- Se calcula la variable que se pretende determinar, ya sea una

tensión una intensidad, utilizando las leyes de Kirchhoff. Se vuelve al paso 1

para cada una de las fuentes independientes.

c. Paso 3.- Se calcula la tensión o intensidad final sumando todas las

contribuciones obtenidas de realizar el paso 2 para cada una de las fuentes

independientes.

Ejemplo1: En el

siguiente circuito calcular

los voltajes y las

corrientes en cada una

de las resistencias del

circuito, usando el

teorema de

superposición.

Calculan los valores de voltaje y corriente en cada resistencia (R1, R2. R3, R4),

generado por la fuente de voltaje V2, para lo cual las fuentes de voltaje se

consideran en corto circuito y las de corriente en circuito abierto, tal como se

muestra en el circuito.

Como se muestra el circuito

podemos observar que a las

resistencias R1 y R2 no llega

el voltaje ni la corriente

VR1=VR2=0

IR1=IR2=0

Calculando el valor de la corriente en R3 y R4

Aplicando la ley de Ohm, calculamos los valores del voltaje en R3 y R4

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Calculan los valores de voltaje y corriente en cada resistencia (R1, R2. R3, R4),

generado por la fuente de corrienteI1, para lo cual las fuentes de voltaje se

consideran en corto circuito y las de corriente en circuito abierto, tal como se

muestra en el circuito.

Como se muestra el circuito podemos observar que las resistencias R1, R2, R3

y R4 están en paralelo. Para calcular la corriente utilizamos el divisor de

corriente.

Calculando el valor de la corriente en R1, R2.

Calculando el valor de la corriente en R3, R4.

Aplicando la ley de Ohm, calculamos los valores del voltaje en R3 y R4

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Calculan los valores de voltaje y corriente en cada resistencia (R1, R2. R3, R4),

generado por la fuente de voltaje V1, para lo cual las fuentes de voltaje se

consideran en corto circuito y las de corriente en circuito abierto, tal como se

muestra en el circuito.

Como se muestra el

circuito podemos

observar que a las

resistencias R3 y R4

no llega el voltaje ni

la corriente

VR3=VR4=0

IR3=IR4=0

Calculando el valor de la corriente en R3 y R4

Aplicando la ley de Ohm, calculamos los valores del voltaje en R3 y R4

Resultado1 Resultado2 Resultado3 Valor según

teorema

superposición

VR1 0V 7.5V -5.625V 1.875V

IR1 0A 0.75A -0.5625A 0.187A

VR2 0V 7.5V 3.375V 10.875V

IR2 0A 1.25A 0.5625A 1.812A

VR3 2.666V -3.1V 0V -0.433

IR3 1.333A -1.55A 0A -0.22

VR4 9.333V 3.1V 0V 12.433

IR4 1.333A 0.44A 0A 1.773

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 92

TAREA2: IDENTIFICA Y ANALIZA LOS CONDENSADORES.

El aprendiz de Redes y Comunicación de datos, al término de esta tarea, podrá

identificar en forma escrita las principales características de los

condensadores. Además expresara su comportamiento en frecuencias de los

mismos:

Identifica los condensadores según el material utilizado en su fabricación.

Calcula el valor de su capacidad por el código de marca.

Calcula la capacidad equivalente en circuitos en serie.

Implementa filtro pasivos RC pasa bajo, pasa alto, pasa banda y rechaza

banda.

EQUIPOS Y MATERIALES:

Protoboard.

Cable para puentes.

Milímetro con capacímetro.

Condensadores fijos.

Generador de señales.

Osciloscopio.

Papel semilogarítmico.

ORDEN DE EJECUCIÓN.

Identifica los condensadores según el material utilizado en su fabricación.

Calcula el valor de su capacidad por el código de marca.

Calcula la capacidad equivalente en circuitos en serie.

Utiliza el generador de señales.

Utiliza el osciloscopio.

Implementa filtro pasa bajo RC.

Implementa filtro pasa alto RC.

Aunque la tormenta sea muy larga, el sol

siempre volverá a brillar entre las nubes.

Khalil Gibran

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 93

Implementa filtro pasa banda RC.

Implementa filtro rechaza banda RC..

OPERACIÓN:

NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL.

Normas de seguridad:

No utilices ninguna herramienta o equipo sin conocer su uso, funcionamiento

y normas de seguridad específicas.

Informa al instructor del material roto o averiado.

No fumar, comer o beber en el taller.

Procura no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras

dentro del laboratorio.

En caso de producirse un accidente comunícalo inmediatamente al

instructor.

Recuerda dónde está situado el botiquín.

Mantenga su puesto de trabajo limpio y ordenado, para evitar accidente.

Mantenga las herramientas ordenadas para evitar accidentes.

.

Normas de protección ambiental:

Al acabar la práctica, limpia y ordena el material utilizado.

Los desechos tóxicos, generados en la tarea deben recolectados y

entregados al instructor para ser depositados en tacho de elementos tóxicos.

Identifica los condensadores según el material utilizado en su fabricación.

El aprendiz realiza el reconocimiento de los diferentes tipos de condensadores

teniendo en cuenta el material utilizado para su fabricación, siguiendo normas

de seguridad y protección ambiental.

Identifica el tipo de material y sus principales características de

Condensadores Fijos.

Para esta operación el instructor debe proporcionar al aprendiz condensadores

fijos de que estén fabricados de distintos materiales: Cerámicos, electrolíticos,

poliéster, Tántalo, plástico, cristal o cuarzo.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 94

1. Identifica condensadores fijos de poliéster (tipo lenteja y de potencia):

Color de la

cubierta

Código

de marca

Capacidad de

almacenamiento

Voltaje de Ruptura

.

2. Identifica condensadores fijos electrolíticos:

Color de la

cubierta

Código

de marca

Capacidad de

almacenamiento

Voltaje de Ruptura

3. Identifica condensadores fijos de poliéster:

Color de la

cubierta

Código

de marca

Capacidad de

almacenamiento

Voltaje de Ruptura

4. Identifica condensadores fijos de Tántalo:

Color de la

cubierta

Código

de marca

Capacidad de

almacenamiento

Voltaje de Ruptura

5. Identifica condensadores fijos de plástico:

Color de la

cubierta

Código

de marca

Capacidad de

almacenamiento

Voltaje de Ruptura

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 95

6. Identifica condensadores fijos de cristal o cuarzo:

Color de la

cubierta

Código

de marca

Capacidad de

almacenamiento

Frecuencia de

Oscilación

Calcula el valor de su capacidad por el código de marca.

Para el desarrollo de esta operación el instructor debe proporcionar al

participante 04 condensadores fijos que poseen distintos códigos de marca.

Llene la siguiente tabla:

Código de

marca

Valor de

tolerancia

Valor

Nominal

Valor

mínimo

Valor

máximo

Para comprobar el efecto de carga y descarga del condensador implemente el

siguiente circuito electronico:

Calcular el valor del voltaje en el condensador (VC1) despues de 10, 20, 30, 40

y 50 segundos despues de haber aplicado la carga. Repetir el proceso al

desconectar la fuente y se inicie el preceso de descarga.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 96

Proceso

(VC1)

0s 10s 20s 30s 40s 50s

Carga

Descarga

Calcular el valor delacorriente en el condensador (IC1) despues de 10, 20, 30,

40 y 50 segundos despues de haber aplicado la carga. Repetir el proceso al

desconectar la fuente y se inicie el preceso de descarga.

Proceso

(IC1)

0s 10s 20s 30s 40s 50s

Carga

Descarga

Calcula la capacidad equivalente en circuitos en serie-paralelo.

El aprendiz realiza la medida de la capacidad de condensadores asociados en

serie y en paralelo.

Consideraremos dos dispositivos pasivos adicionales denominados: el

capacitor ocondensador. A diferencia de las resistencias, ambos solo presentan

sus características cuando se hace uncambio en el voltaje o en la corriente del

circuito en el que están conectados.

Si seconsidera la situación ideal, no disipan la energía como el resistor sino

que la almacenan enuna forma en que pueda regresar al circuito cuando lo

requiera el diseño de este.

Condensadores en Serie

Condensadores en paralelo

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 97

Implementar el siguiente circuito, de capacitores asociados en serie.Utilizando

el capcimetro mida el valor de la capacidad equivalente.

Valor medido(Ceq)=________________________

Calcule el valor (Ceq)=______________________

Implementar el siguiente circuito, de capacitores asociados en

paralelo.Utilizando el capcimetro mida el valor de la capacidad equivalente.

Valor medido(Ceq_1)=________________________

Calcule el valor (Ceq_1)=______________________

Utiliza el generador de señales.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 98

Dado un generador de señales, el aprendiz lo utilizará en forma correcta.

1. Botón de Encendido (Power button): Presione este botón para encender

el generador de funciones. Si se presiona este botón de nuevo, el generador

se apaga.

2. Luz de Encendido (Power on light): Si la luz está encendida significa que

el generador esta encendido.

3. Botones de Función (Function buttons): Los botones de onda senoidal,

cuadrada o triangular determinan el tipo de señal provisto por el conector en

la salida principal.

4. Botones de Rango (Range buttons) (Hz): Esta variable de control

determina la frecuencia de la señal del conector en la salida principal.

5. Control de Frecuencia (Frecuency Control): Esta variable de control

determina la frecuencia de la señal del conector en la salida principal

tomando en cuenta también el rango establecido en los botones de rango.

6. Control de Amplitud (Amplitude Control): Esta variable de control,

dependiendo de la posición del botón de voltaje de salida (VOLTS OUT),

determina el nivel de la señal del conector en la salida principal.

7. Botón de rango de Voltaje de salida (Volts Outrange button): Presiona

este botón para controlar el rango de amplitud de 0 a 2 Vp-p en circuito

abierto o de 0 a 1 Vp-p con una carga de 50W. Vuelve a presionar el botón

para controlar el rango de amplitud de 0 a 20 Vp-p en circuito abierto o de 0

a 10 Vp-p con una carga de 50W.

8. Botón de inversión (Invert button). Si se presiona este botón, la señal del

conector en la salida principal se invierte. Cuando el control de ciclo de

máquina esta en uso, el botón de inversión determina qué mitad de la forma

de onda a la salida va a ser afectada. La siguiente tabla, muestra esta

relación.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 99

9. Control de ciclo de máquina (Duty control):Permite controlar el ciclo útil

de una señal alterna.

10. Offset en DC (DC Offset): Este control establece el nivel de DC y su

polaridad de la señal del conector en la salida principal.

11. Botón de Barrido (SWEEP button): Presiona el botón para hacer un

barrido interno. Este botón activa los controles de rango de barrido y de

ancho del barrido. Si se vuelve a presionar este botón, el generador de

funciones puede aceptar señales desde el conector de barrido externo

(EXTERNAL SWEEP) localizado en la parte trasera del generador de

funciones.

12. Rango de Barrido (Sweep Rate): Este control ajusta el rango del

generador del barrido interno y el rango de repetición de la compuerta de

paso.

13. Ancho del Barrido (Sweep Width): Este control ajusta la amplitud del

barrido.

14. Conector de la salida principal (MAIN output connector): Se utiliza un

conector BNC para obtener señales de onda senoidal, cuadrada o

triangular.

15. Conector de la salida TTL (SYNC (TTL) output connector): Se utiliza un

conector BNC para obtener señales de tipo TTL.

Utiliza el osciloscopio.

Dado un osciloscopio, el aprendiz lo utilizara en forma correcta.

Compensación de la sonda: Realice este ajuste para que su sonda

coincida con el canal de entrada. Esto debería hacerse cada vez que se

conecta por primera vez una sonda a algún canal de entrada.

Coloque la atenuación del menú Sonda en 10X. Coloque el interruptor de la

sonda en 10X y conecte la sonda al canal 1 del osciloscopio. Si está

utilizando la punta en gancho de la sonda, ejecute una conexión adecuada

insertando con firmeza la punta en la sonda.

Conecte la punta de la sonda al conector PROBE COMP 5V y el cable de

referencia al conector de PROBE COMP de tierra, encienda el canal y pulse

AUTOCONFIGURAR.

Verifique la apariencia de la forma de onda en pantalla

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 100

Control de funcionamiento: Realice este breve control de funcionamiento

para asegurarse de que el instrumento funcione correctamente.

- Encienda el instrumento. Coloque el interruptor en 10X en la sonda y

conecte la sonda al canal del osciloscopio que desea comprobar su buen

funcionamiento. Para ello, alinee la ranura del conector de la sonda con la

llave del canal BNC, pulse para conectar y gire hacia la derecha para

bloquear la sonda en su sitio.

- Pulse el botón AUTOCONFIGURAR. En pocos segundos el usuario debe

poder ver una onda cuadrática en la pantalla (aproximadamente 5 V a 1

KHz. pico a pico).

Controles verticales: El osciloscopio dependiendo del modelo que se utiliza

puede tener diferentes botones siendo los más frecuentes:

- CH 1 y 2 y CURSOR 1 y 2 de POSICIÓN: Coloca

verticalmente la forma de onda. Si los cursores están

activados y el menú del cursor está visible, este mando sirve

para situar los cursores.

- VOLTS/DIV (CH1, CH 2): Selecciona los factores de escala

calibrados.

Controles horizontales: El osciloscopio dependiendo del modelo que se

utiliza puede tener diferentes botones siendo los más frecuentes:

- POSICIÓN. Ajusta la posición horizontal de todos los canales y formas de

onda matemáticas. La resolución de este control varía según sea la base

de tiempo.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 101

- SEC/DIV: Selecciona el tiempo/div (factor

de escala) de la base tiempo principal o de

la ventana. Si se activa la función de área

ampliada, cambia la anchura del área

ampliada modificando la base de tiempo de

la ventana.

Controles de disparo: El osciloscopio

dependiendo del modelo que se utiliza puede tener

diferentes botones siendo los más frecuentes:

- NIVEL y TIEMPO RETENCIÓN. Este control

tiene un doble fin. Como control de nivel de

disparo por flanco, establece el nivel de amplitud

que debe cruzar la señal para provocar una

adquisición. Comocontrol de límite, establece el

tiempo de retención que debe trascurrirantes de poder aceptar otro evento

de disparo.

- NIVEL DISPARO al 50%: El nivel de disparo se establece a medio

caminoentre los picos de la señal de disparo.

- FORZAR DISPARO: Inicia una adquisición independientemente de si hay

o no una señal de disparo adecuada. Este botón no tiene efectoalguno si

la adquisición ya se ha detenido.

- VER SEÑAL DISPARO: Muestra la forma de onda de disparo en lugar de

la forma de onda del canal mientras se mantiene pulsado el botón.

- VER SEÑAL DISPARO: Puede utilizarlo para ver cómo afectan los

ajustes de disparo afectan a la señal de disparo, como en el acoplamiento

de disparo.

3.7. IMPLEMENTA FILTRO PASA BAJO RC.

Dado un circuito electrónico RC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita

las principales característica de un filtro pasa bajo.

Los filtros basa bajos, son aquellos que introducen muy poca atenuación a las

frecuencias que son menores que la frecuencia de corte. Las frecuencias que

son mayores que la de corte son atenuadas fuertemente.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 102

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de

voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la

salida se conectar el Osciloscopio.

Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los

códigoscorrespondientes impresos en ellos, que seran entregados por el

instructor.

Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del

condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señalsinusoidal cercana a 2V.

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la

frecuencia dela onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación,midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)

100

500

1K

5K

10K

50K

80K

120K

Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Péguelo aqui.

R1 (Nominal)

C1 (Nominal)

R1 (Medido)

C1 (Medido)

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 103

Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.

La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique

dicho valor en la grafica anterior y anote.

Utilizando la siguiente

ecuacion calcule el valor de la

frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).

Calcule dichos valores y anote.

Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,

usando la fórmula

. Con estos valores construya

manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel

semilogaritmico. Pegue aqui.

Fcorte(Hz)

Fcorte(Nominal)

Fcorte(Real)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje obtenido

en cada frecuencia.

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de

voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 104

3.8. IMPLEMENTA FILTRO PASA ALTO RC.

Dado un circuito electrónico RC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita

las principales característica de un filtro pasa alto.

Los filtros pasa altos, es aquel circuito electrónico que atenúa levemente las

frecuencias que son mayores que la frecuencia de corte e introducen mucha

atenuación a las que son menores que dicha frecuencia.

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de

voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la

salida se conectar el Osciloscopio.

Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los

códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el

instructor.

Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del

condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la

frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

R2 (Nominal)

C2(Nominal)

R2 (Medido)

C2(Medido)

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 105

Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)

100

500

1K

5K

10K

50K

80K

120K

200K

500K

1M

2M

Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pégalo aquí.

Utilizando el papel semilogarítmico y una regla calcule la frecuencia de corte.

La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique

dicho valor en la grafica anterior y anote.

Utilizando la siguiente

ecuacion calcule el valor de la

frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).

Calcule dichos valores y anote.

Fcorte(Hz)

Fcorte(Nominal)

Fcorte(Real)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual

se realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje

obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 106

Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,

usando la fórmula

. Con estos valores construya

manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel

semilogaritmico. Pegue aqui.

3.9. IMPLEMENTA FILTRO PASA BANDA RC.

Dado un circuito electrónico RC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita

las principales característica de un filtro pasa banda.

Los filtros pasa altos, poseen dos frecuencias de corte, una inferior y otra

superior. Este filtro sólo atenúa grandemente las señales cuya frecuencia sea

menor que la frecuencia de corte inferior o aquellas de frecuencia superior a la

frecuencia de corte superior. por tanto, sólo permiten el paso de un rango o

banda de frecuencias sin atenuar.

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de

voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la

salida se conectar el Osciloscopio.

Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los

códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el

instructor.

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de

voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 107

Mida el valor de la resistentecia con el Ohmímetro y el valor del

condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la

frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)

100

500

1K

5K

10K

50K

80K

120K

200K

500K

1 M

2 M

Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pégalo aqui.

R1 (Nominal)

C1(Nominal)

R2 (Nominal)

C2(Nominal)

R1 (Medido)

C1(Medido)

R2 (Medido)

C2(Medido)

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 108

Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.

La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique

dicho valor en la grafica anterior y anote.

Utilizando la siguiente

ecuacion calcule el valor de la

frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).

Calcule dichos valores y anote.

Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,

usando la fórmula

. Con estos valores construya

manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel

semilogaritmico. Pegue aqui.

Fcorte(Hz) inferior

Fcorte(Hz) superior

Fcorte(Nominal) inferior

Fcorte(Real) inferior

Fcorte(Nominal) superior

Fcorte(Real) superior

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje obtenido

en cada frecuencia.

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de

voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.

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3.10. IMPLEMENTA FILTRO RECHAZA BANDA RC.

Dado un circuito electrónico RC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita

las principales característica de un filtro rechaza banda.

Los filtros rechazan banda, elimina en su salida todas las señales que tengan

una frecuencia comprendida entre una frecuencia de corte inferior y otra de

corte superior. Por tanto, estos filtros eliminan una banda completa de

frecuencias de las introducidas en su entrada

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de

voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la

salida se conectar el Osciloscopio.

Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los

códigos correspondientes impresos en ellos, que serán entregados por el

instructor.

Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del

condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.

R1 (Nominal)

C1(Nominal)

R2 (Nominal)

C2(Nominal)

R1 (Medido)

C1(Medido)

R2 (Medido)

C2(Medido)

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 110

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la

frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)

100

500

1K

5K

10K

50K

80K

120K

200K

500K

1M

2M

Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.

Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.

La cual se obtieneen el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique

dicho valor en la grafica anterior y anote.

Utilizando la siguiente

ecuacion calcule el valor de la

frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).

Calcule dichos valores y anote.

Fcorte(Hz) inferior

Fcorte(Hz) superior

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual

se realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje

obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

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Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,

usando la fórmula

. Con estos valores construya

manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel

semilogaritmico. Pegue aquí.

4. FUNDAMENTO TEÓRICO.

4.1. CONDENSADORES.

En electricidad y electrónica, un condensador, a veces denominado con el

anglicismo capacitor, es un dispositivo formado por dos conductores o

armaduras, generalmente en forma de placas o láminas separados por un

material dieléctrico, que, sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.)

adquieren una determinada carga eléctrica.

A esta propiedad de almacenamiento de carga se le denomina capacidad o

capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F),

siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus

armaduras a una d.d.p. de 1 voltio, éstas adquieren una carga eléctrica de 1

culombio.

Fcorte(Nominal) inferior

Fcorte(Real) inferior

Fcorte(Nominal) superior

Fcorte(Real) superior

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de

voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 112

El valor de la capacidad viene definido por la fórmula siguiente:

En donde: C: Capacidad

Q: Carga eléctrica

V: Diferencia de potencial

Su unidad de medida es el Faradio, pero en la práctica se tienen valores muy

pequeños del orden de los microfaradios ( μF = 10-6 F), nanofaradios (ηF = 10-9

F), y picofaradios (pF = 10-12 F).

Símbolo electrónico.

4.2. CLASIFICACIÓN.

Para clasificar a los condensadores existen básicamente dos criterios, el tipo

de material dieléctrico utilizado y el valor de la capacidad.

a. Clasificación según el material dieléctrico utilizado en su contracción:

Existen muchos materiales dieléctricos en la naturaleza, los más utilizados

en la fabricación de condensadores son: Mica, electrolitos, aluminio, Tántalo,

poliéster, plástico, cerámico, estado solido

Condensador de mica.

Condensador electrolítico.

Condensador de estado sólido.

Condensador de aluminio.

Condensador de tantalio (tántalo).

Condensador de poliéster.

Condensador plástico.

b. Clasificación según su valor: En un condensador el valor de su capacidad

representa dos posibles estados, que su valor permanezca contante sin

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 113

importar la influencia externa o que pueda variar. De acuerdo a este criterio

los condensadores se denominan:

Condensadores Fijos: Son aquellos cuyos valores permanecen

constantes aunque exista influencia de agentes externo.

Condensadores variables: Se caracterizan por tener una capacidad que

varía al modificar la superficie enfrentada entre sus placas. Podemos

tener tres posibilidades para variar la capacidad:

- Variar la superficie de armaduras enfrentada.

- Variar la separación de las armaduras.

- Variar el tipo de dieléctrico.

Condensadores ajustables: Dentro de los condensadores variables,

podríamos realizar otra clasificación, los condensadores ajustables, en los

que se puede regular la capacidad. Se conocen como trimers y pueden

ser de mica, de aire o cerámicos. Generalmente se ajustan una sola vez

para dejarlos fijos en el circuito.

c. Clasificación montaje en un circuito: De acuerdo a este criterio, podemos

clasificar los condensadores de acuerdo a como serán instalados en un

circuito impreso:

Condensador estándar: Son aquellos que condensadores que requieren realizar perforaciones en los impresos, para ser fijados eléctrica y mecánicamente en un circuito. La principal desventaja de este tipo de condensadores es que ocupa mucho espacio en un circuito, además del elevado costo y tiempo de las perforaciones de los circuitos.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 114

Condensadores Montados es superficie: En la actualidad, el creciente

proceso de miniaturización de los diversos aparatos electrónicos ha hecho

obsoletos los métodos de montaje y fabricación convencionales.

El diseño de la tecnología de montaje superficial, en la que los elementos

van soldados directamente sobre la cara de pistas del circuito impreso;

así se evita la necesidad de realizar perforaciones en los impresos, al

tiempo que puede reducirse notablemente el tamaño de los dispositivos

empleados. Los condensadores no podían quedar al margen, por lo que

también se desarrollaron versiones en miniatura de acuerdo con la

tecnología empleada para fabricar los dispositivos cerámicos.

Condensadores incorporados en chips: Tan necesarios son los

condensadores en el diseño de circuitos integrados, que incluso se ha

llegado a límites de miniaturización realmente inconcebibles, a tal grado

que para observarlos se necesita un microscopio.

En ciertos circuitos integrados como el popular amplificador operacional

741, es necesario incluir un condensador compensador en la estructura

electrónica.

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4.3. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE UN CONDENSADOR.

Las principales características son:

a. Capacidad de almacenamiento: Es la propiedad de almacenar cargas

eléctricas al estar sometidos a una tensión. La capacidad de un condensador

puede variar en función de:

La distancia de las placas.

El número de placas.

El dieléctrico.

La temperatura.

La unidad fundamental de capacidad es el faradio, pero como esta unidad es

muy grande para las capacidades normales de los condensadores, se

emplean los submúltiplos del faradio:

Microfaradio(μF)= 10-6F Nanofaradio(ηF)=10-9F Picofaradio(pF) =10–12 F

b. Coeficiente de temperatura: Como todos los elementos electrónicos, se ve

afectado por la temperatura, y al aumentar esta, disminuye su capacidad.

c. Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un

condensador sin que sea afectado física y en sus características eléctrica, el

cual depende del tipo y grosor del dieléctrico con que esté fabricado. Si se

supera dicha tensión, el condensador puede perforarse (quedar

cortocircuitado) y/o explotar.

d. Tolerancia: Se refiere al error máximo que puede existir entre la capacidad

real del condensador y la capacidad indicada sobre su cuerpo.

e. Polaridad: Es decir que el fabricante establece el pin positivo y negativo, es

decir se le debe aplicar el voltaje prestando atención a sus terminales

positivo y negativo. De lo contrario podría ocasionar un daño en el

componente.

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4.4. CONDENSADOR ELECTROLÍTICO.

El principio del condensador electrolítico fue descubierto en 1886 por Charles

Pollak, como parte de su investigación en la anodización del aluminio y otros

metales. Pollack descubrió que debido a la delgadez de la capa de óxido de

aluminio producida, había mucha capacitancia entre el aluminio y la solución de

electrolito.

Los condensadores electrolíticos deben su nombre a que el material dieléctrico

que contienen es un ácido llamado electrolito y que se aplica en estado líquido.

La fabricación de un condensador electrolítico comienza enrollando dos

láminas de aluminio separadas por un papel absorbente humedecido con ácido

electrolítico. Luego se hace circular una corriente eléctrica entre las placas para

provocar una reacción química que producirá una capa de óxido sobre el

aluminio, siendo este óxido de electrolito el verdadero dieléctrico del

condensador. Para que pueda ser conectado en un circuito electrónico, el

condensador llevará sus terminales de conexión remachados o soldados con

soldadura de punto. Por último, todo el conjunto se insertará en una carcasa

metálica que le dará rigidez mecánica y se sellará herméticamente, en general,

con un tapón de goma, que evitará que el ácido se evapore en forma precoz.

El dieléctrico es una disolución electrolítica que ocupa una cuba electrolítica.

Con la tensión adecuada, el electrolito deposita una capa aislante muy fina

sobre la cuba, que actúa como una armadura y el electrolito como la otra.

Consigue capacidades de almacenamiento muy grande, tienen polaridad

determinada, por lo que no son adecuados para funcionar con corriente alterna.

La polarización inversa destruye el óxido, produciendo una corriente en el

electrolito que aumenta la temperatura, pudiendo hacer arder o estallar el

condensador.

Existen dos presentaciones:

Condensador electrolítico

axial

Condensador

electrolítico

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4.5. CONDENSADOR DE ESTADO SÓLIDO.

Estos condensadores no son más que una variante de los condensadores

electrolíticos, tienen un encapsulado metálico.

Utiliza una combinación de Polímero orgánico sólido (Solid Organic Polymer),

están recubiertos por una carcasa de aluminio laminado y sellados

herméticamente, también son del tipo radial con 2 conectores polarizados

Las principales características son:

- Resistencia a la impedancia.

- Resistencia a las variaciones de energía.

- Mucho más durables.

- Resistencia a las Altas temperaturas.

- No se revientan como los condensadores electrolíticos.

- Debido a su composición orgánica son más amigables para el medio

ambiente.

- Son más seguros

4.6. CONDENSADOR DE ALUMINIO.

El dieléctrico es una capa de óxido de aluminio que impregna el papel que

separa las láminas de aluminio. Tiene un elevado factor potencia, alta corriente

de fuga, resistencia de carga alta, tolerancia elevada y se ven fuertemente

afectados por la temperatura. Funciona bien a bajas frecuencias, pero presenta

pérdidas grandes a frecuencias medias y altas. Se emplea en fuentes de

alimentación y equipos de audio.

4.7. CONDENSADOR DE TANTALIO (TÁNTALO).

Es otro condensador electrolítico, pero emplea tantalio en

lugar de aluminio. Consigue corrientes de pérdidas bajas,

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mucho menores que en los condensadores de aluminio. Suelen tener mejor

relación capacidad/volumen, pero arden en caso de que se polarizan

inversamente.

4.8. CONDENSADOR DE POLIÉSTER.

Está formado por láminas delgadas de poliéster sobre las que

se deposita aluminio, que forma las armaduras. Se apilan

estas láminas y se conectan por los extremos. Del mismo

modo, también se encuentran condensadores de policarbonato

y polipropileno.

4.9. CONDENSADOR PLÁSTICO.

Estos condensadores se caracterizan por las altas resistencias de aislamiento y

elevadas temperaturas de funcionamiento.

Según el proceso de fabricación podemos diferenciar entre los de tipo k (posee

armadura de metal) y tipo MK (Posee armadura de metal vaporizado).

Según el dieléctrico usado se pueden distinguir estos tipos comerciales:

KS: styroflex, constituidos por láminas de metal y poliestireno como

dieléctrico.

KP: formados por láminas de metal y dieléctrico de polipropileno.

MKP: dieléctrico de polipropileno y armaduras de metal vaporizado.

MKY: dieléctrico de polipropileno de gran calidad y láminas de metal

vaporizado.

MKT: láminas de metal vaporizado y dieléctrico de teraftalato de polietileno

(poliéster).

MKC: makrofol, metal vaporizado para las armaduras y policarbonato para el

dieléctrico.

4.10. CONDENSADOR CERÁMICO.

Entre los condensadores más empleados, debido a su bajo precio y buenas

características capacitivas, están los de cerámica, los cuales basan su

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funcionamiento en dos delgadas placas metálicas separadas entre sí por una

delgada lámina de material cerámico. El material que más se emplea en la

actualidad es una cerámica con base en Titanatio de bario, y su forma de disco

resulta familiar.

Estos condensadores tienen una estructura muy sencilla, sin embargo, esta

sencillez trae aparejado un problema delicado: a menos que se construyan

dispositivos realmente grandes su capacidad máxima es relativamente

pequeña (comercialmente se alcanzan valores de 0.22μF).

Para poder compensar parcialmente esta desventaja, se idearon algunas

variantes en la construcción de estos dispositivos, tal como la aplicación de

varias capas superpuestas conectadas entre sí en paralelo.

A estos dispositivos se les llama o conoce con el nombre de condensadores

cerámicos multicapa, y gracias a este recurso se pueden encontrar

componentes con una capacidad de hasta 1μF. Con este método el disco se

ensancha, pero el tamaño del dispositivo sigue siendo relativamente pequeño.

Una ventaja de los condensadores cerámicos, es que el material aislante

utilizado es muy resistente al paso de la corriente, pudiendo así encontrar

dispositivos que fácilmente resisten tensiones de 500 ó 1000 volts.

Una de sus principales desventajas de estos tipos de condensadores es su

amplio rango de tolerancia. Existe, por ejemplo, la familia de capacitores “Z”, la

cual posee una tolerancia de -20% a +80% del valor nominal. No obstante,

gracias a los avances en la construcción de elementos electrónicos, se ha

podido diseñar una familia de condensadores cerámicos que es la familia “J”,

que posee una tolerancia de ± 5.

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4.11. IDENTIFICACIÓN DE SU CAPACIDAD.

Para identificar la capacidad de almacenamiento de un condensador podemos

utilizar un código de marca o un código de clores:

a. Código de colores: En la superficie del condensador posee 4 líneas de a

través de las cuales podemos establecer su valor. Las dos primeras líneas

son las 2 primeras cifras significativas de su capacidad, la tercera línea

indica el factor de multiplicación y la cuarta su tolerancia.

Color de la Banda Cifras Significativas (Primera y Segunda banda)

Multiplicador (Cuarta Banda)

Tolerancia (Quinta Banda)

Negra 0 1 ±20%

Marrón 1 10 ±1%

Rojo 2 100 ±2%

Naranja 3 1000 ±3%

Amarillo 4 10000 --------------

Verde 5 100000 ±5%

Azul 6 -------------- --------------

Violeta 7 0,001 --------------

Gris 8 0,01 --------------

Blanco 9 0,1 ±10%

Dorado -------------- -------------- --------------

Azul Oscuro

-------------- -------------- --------------

b. Código de marca: Posee tres dígitos y una letra. Los 2 primeros dígitos

representan las 2 primeras cifras de su capacidad, el tercero el número de

ceros que debemos agregar y la letra indica la tolerancia, según el valor de

la tabla.

LETRA TOLERANCIA B ± 0.1pF

C ± 0.25pF

D ± 0.5%

F ± 1%

G ± 2%

H ± 2.5%

J ± 5%

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K ± 10%

M ± 20%

P +10%

R -20%

+30%

S -20%

+50%

Z -20%

+80%

4.12. CAPACITORES SMD (Surface Mounting Device).

En los equipos actuales, se utilizan el armado por componentes SMD (surface

mounting device o componentes de montaje superficial). De todos los

capacitores nombrados hasta aquí los que más se prestan para el montaje

superficial son los capacitores cerámicos.

Los capacitores electrolíticos tienen una versión enteramente SMD pero su

costo es casi prohibitivo. Por esa razón simplemente se coloca un electrolítico

común (con sus terminales cortados) en una base cerámica y se los utiliza

como SMD.

Estos capacitores se identifican por sus dimensiones; por ejemplo los de tipo

0805 tienen un largo de 8 mm y un ancho de 5mm; el tipo 0604 tiene un largo

de 6mm y un ancho de 4mm. Puede ocurrir que no tengan ninguna marcación

sobre su cuerpo porque el fabricante los identifica por el tamaño y el color.

Otros fabricantes los marcan con un sistema codificado o de código reducido

debido a su pequeño tamaño.

La codificación del valor consiste en una letra seguida por un número, la letra

corresponde a la mantisa o valor significativo indicado en la tabla inferior y el

número corresponde a la cantidad de ceros que se deben agregar a la mantisa,

obteniéndose el resultado en pF.

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Letra Mantisa Letra Mantisa Letra Mantisa

A 1.0 J 2.2 S 4.7

B 1.1 K 2.4 T 5.1

C 1.2 L 2.7 U 5.6

D 1.3 M 3.0 V 6.2

E 1.5 N 3.3 W 6.8

F 1.6 P 3.6 X 7.5

G 1.8 Q 3.9 Y 8.2

H 2.0 R 4.3 Z 9.1

Ejemplo1: Si el código de marca es S4, cuál es el valor de su capacidad Mi.

Observamos la tabla S=4.7 y 4 es el valor del factor de multiplicación x104.

C=4.7 x 104pF = 47000pF=47ηF

Ejemplo2: Si el código de marca es A2, cuál es el valor de su capacidad Mi.

Observamos la tabla A=1.0 y 2 es el valor del factor de multiplicación x102.

C=1.0 x 102pF = 100pF=0.1ηF

Ejemplo3:Si el código de marca es J3, cual es el valor de su capacidad. Mi

observamos la tabla J=2.2 y 3 es el valor del factor de multiplicación x102.

C=2.2 x 103pF = 2200pF=2.2ηF

4.13. CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR.

Para detallar el proceso de carga y descarga del condensador, nos

apoyaremos en el circuito que se detalla a continuación.

Disponemos de una fuente de Voltaje, un condensador y una resistencia a la

que llamaremos de carga. Todo ello conectado convenientemente con un

conmutador forma dos circuitos, 1, que será el circuito de carga y 2, que será el

circuito de descarga.

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a. Carga: Con el conmutador en la posición 1, llega la corriente a través de la

resistencia, en el primer instante la intensidad alcanza su valor máximo, y a

medida que se va cargando el condensador, va aumentando la tensión en él

y la intensidad va disminuyendo.

Cuando el voltaje en el condensador alcanza el valor de voltaje de la fuente,

quedan al mismo potencial, por lo tanto deja de circular corriente. Las curvas

de carga de un condensador en función del tiempo son curvas

exponenciales. Para poder calcular el valor de la carga almacenada por el

condensador en un instante cualquiera debemos aplicar la relación:

En realidad nunca llega a cargarse por completo, ya que tienen pérdidas de

carga. En teoría se considera cargado cuando ha transcurrido un tiempo (t),

que viene determinado por la siguiente fórmula:

Siendo:

R = Resistencia empleada para la carga, en ohmios.

C = Capacidad del condensador en faradios.

La constante de tiempo (R*C) es el que tarda el condensador en almacenar

un 63,2% de la carga máxima.

b. Descarga: Para conseguir la descarga, pasaremos el conmutador a la

posición 2.

En el instante inicial la tensión desciende rápidamente, existe también un

gran paso de corriente que aparecerá con valores negativos, pues está

circulando en sentido contrario al de carga.

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La tensión disminuye hasta hacerse nula, como no existe d. d. p., también se

hará nula la intensidad.

4.14. ASOCIACION DE CONDENSADORES.

Existen tres tipos de asociaciones de condensadores: serie, paralelo y mixtos.

El condensador resultante de la asociación recibirá el nombre de condensador

equivalente, produciendo por tanto el mismo efecto que dicha asociación, es

decir misma carga y diferencia de potencial, y a su capacidad la

denominaremos capacidad equivalente.

a. Capacitores en serie: Un circuito serie es aquel en el que están conectados

dos o más capacitores formando un camino continuo, como se muestra en el

siguiente circuito.

De esta forma las cargas Q de los sucesivos condensadores unidos en serie

tienen todas el mismo valor, ya que al conectarlas de esta forma si en una

placa de la armadura de uno de los condensadores está con una carga

positiva +Q, ésta atrae a otra igual pero de signo contrario, -Q, en la otra

armadura de ese mismo condensador, y rechazará a otra igual y del mismo

signo +Q en la placa del siguiente condensador, y así sucesivamente.

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Se observa que la diferencia de potencial U en los extremos de la asociación

es igual a la suma de las diferencias de potencial existentes entre las

armaduras de los sucesivos condensadores, verificándose:

Sabemos que

Remplazamos las ecuaciones (1) y (3), en la ecuación (2) y obtendremos:

b. Asociación en paralelo: Es la que resulta de conectar entre sí en el pin del

mismo signo, uniendo por un lado todas las armaduras inductoras

(armaduras cargadas negativamente, es decir electrones), y por otro pin

todas las armaduras inducidas (armaduras cargadas positivamente,

formadas por huecos debidos a la ausencia de electrones), tal como se

muestra en el circuito:

Como el circuito esta en paralelo se cumple:

Por otra parte, las cargas de cada condensador se calculan mediante la

siguiente ecuación:

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El condensador equivalente:

Sumando las cargas de todos los condensadores se obtiene la carga total de

la asociación:

Remplazando las ecuaciones (1), (2) y (3) en la ecuación (4)

Ejemplo1:

Hallar la capacitancia del siguiente circuito:

Donde: C1 = 10 μF; C2 = 22 μF

Ceq= C1+C2= 10 μF+22μF

Ceq= 10 μF+22μF= 32μF

Ejemplo2:

Hallar la capacitancia del siguiente circuito:

Donde: C1 = 10 μF; C2 = 22 μF

Ceq= (C1 * C2)/(C1 + C2)= (10* 22μF)/32

Ceq= 6.88μF

Ejemplo3:

Hallar la capacitancia del siguiente circuito:

Donde: C5 = 20μF ; C6= 50μF; C7 =50μF

Ceq= (C6 * C7)/(C6 + C7) + C5= (50*50μF)/(50+50)+20μF

Ceq= 25μF+ 20μF= 45μF

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4.15. REACTANCIA CAPACITIVA (XC).

La reactancia capacitiva (símbolo Xc)es una medida de la oposición que

presenta el condensador a la corriente alterna (AC). Es similar a la resistencia y

es medida en ohmios (Ω) pero la reactancia es más compleja que la resistencia

porque su valor depende de la frecuencia (f) de la señal eléctrica que pasa a

través del condensador así como del valor de la capacidad, C.

Al conectar una CA senoidal V(t) a un

condensador circulará una corriente i(t),

también senoidal, que lo cargará, originando en

sus bornes una caída de tensión, -VC(t), cuyo

valor absoluto puede demostrase que es igual

al de V(t). Al decir que por el condensador

"circula" una corriente, se debe puntualizar que,

en realidad, dicha corriente nunca atraviesa su

dieléctrico. Lo que sucede es que el

condensador se carga y descarga al ritmo de la frecuencia de V(t), por lo que la

corriente circula externamente entre sus armaduras.

Entre los 0º y los 90º i(t) va disminuyendo desde su valor máximo positivo a

medida que aumenta su tensión de carga Vc(t), llegando a ser nula cuando

alcanza el valor máximo negativo a los 90º, puesto que la suma de tensiones

es cero (Vc(t)+ V(t) = 0) en ese momento. Entre los 90º y los 180º v(t)

disminuye, y el condensador comienza a descargarse, disminuyendo por lo

tanto Vc(t). En los 180º el condensador está completamente descargado,

alcanzando i(t) su valor máximo negativo. De los 180º a los 360º el

razonamiento es similar al anterior.

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De todo lo anterior se deduce que la corriente queda adelantada 90º respecto

de la tensión aplicada. Consideremos por lo tanto, un condensador C, como el

de la figura 2, al que se aplica una tensión alterna de valor:

De acuerdo con la ley de Ohm circulará una corriente alterna, adelantada 90º

(π / 2) respecto a la tensión aplicada.

donde . Si se representa el valor

eficaz de la corriente obtenida en forma polar:

Y operando matemáticamente:

Por lo tanto, en los circuitos de CA, un condensador ideal se puede asimilar a

una magnitud compleja sin parte real y parte imaginaria negativa:

En el condensador real, habrá que tener en cuenta la resistencia de pérdidas

de su dieléctrico, RC, pudiendo ser su circuito equivalente, o modelo, el que

aparece en la figura dependiendo del tipo de condensador y de la frecuencia a

la que se trabaje, aunque para análisis más precisos pueden utilizarse modelos

más complejos que los anteriores.

4.16. CONCEPTOS PREVIOS PARA FILTROS.

Para comprender mejor las características de los filtros, definiremos los

siguientes conceptos básicos:

Octava: Dos frecuencias están separadas una octava si una de ellas es de

valor doble que la otra.

Década: Dos frecuencias están separadas una década si una de ellas es de

valor diez veces mayor que la otra.

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Frecuencia de corte: Es la frecuencia para la que la ganancia en tensión

del filtro cae de 1 a 0.707 (esto expresado en decibelios o dB. se diría como

que la ganancia del filtro se reduce en 3dB de la máxima, que se considera

como nivel de 0dB). En los filtros pasa banda y elimina banda existirán dos

frecuencias de corte diferentes, la inferior y la superior.

Banda de paso: Es el rango de frecuencias que el filtro deja pasar desde la

entrada hasta su salida con una atenuación máxima de 3dB. Toda

frecuencia que sufra una atenuación mayor quedaría fuera de la banda

pasante o de paso.

Banda atenuada: Es el rango de frecuencias que el filtro atenúa más de

3dB.

Función de transferencia: Se define la función de red F(s) como la

transformada de Laplace de la relación entre la respuesta de un circuito y la

excitación de ésta, con condiciones iniciales nulas. La función de red puede

tener dimensiones de: impedancia, admitancia o ser adimensional

dependiendo de las variables utilizadas.

Cuando las variables implicadas pertenece una a la puerta de entrada X(s) y

la otra a la puerta de salida Y(s), la función de red se denomina función de

transferencia H(s).

La función de transferencia se expresará como el cociente de dos polinomios

en s y para quesea realizable prácticamente debe cumplirse que el grado del

numerador (m) debe ser menor o igual que el grado del denominador (n).

Además, todos los coeficientes de los polinomios deben ser reales, nunca

imaginarios.

Respuesta en amplitud: Una de las formas más comunes de especificar un

filtro es mediante su respuesta en amplitud. Esta respuesta en amplitud es la

que fijará las bandas de paso y atenuada y las atenuaciones de ambas

bandas. Normalmente se especifica esta respuesta en amplitud y, a partir de

ella, se obtiene la función de transferencia. La respuesta en amplitud no es

más queel módulo de la particularización de la función de transferencia en el

eje jω.

[

| | ]

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Rizado: Es una medida de lo plana que es la respuesta en amplitud en la

banda de paso y se da como la diferencia entre las atenuaciones máxima y

mínima en la banda de paso. En la figura se muestra gráficamente el

significado de los parámetros anteriores

Diagrama de Bode: El diagrama de Bode es la representación gráfica de

H(S) = H(jω) y se divide en dos: diagrama de módulo y diagrama de fase.

- Eje de frecuencias logarítmico: Permite observar la respuesta del filtro

sobre varias décadas de frecuencia.

- Eje de ganancia en dB: Permite visualizar varios órdenes de magnitud.

Factor de calidad o selectividad del filtro (Q):La relación entre el ancho

de banda del filtro y su frecuencia central.

Octava: Una octava es la diferencia entre dos frecuencias una doble de la

otra. Es decir, se cumple que f2/f1 = 2.

Década: Dos frecuencias están separadas una década si f2/f1 = 10.

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4.17. NÚMEROS COMPLEJOS O IMAGINARIO.

Un número imaginario puro es un múltiplo de la unidad imaginaria de la forma

bi, donde b pertenece a los reales e i es la raíz cuadrada de menos uno.

Pueden hacerse las 4 operaciones racionales de suma, diferencia, producto y

cociente de dos números imaginarios puros, solo que el producto y el cociente

dan como resultado números reales.

Los números complejos son una extensión de los números reales,

cumpliéndose que . Los números complejos tienen la capacidad de

representar todas las raíces de los polinomios, cosa que con los reales no era

posible.

Dado que un número real es de distinta naturaleza que un número imaginario

puro, se define un número complejo z como la suma de un número real y uno

imaginario puro de la siguiente forma:

z = a + i b = a + j b

Representación:

a) La forma más usada para la representación de

un número complejo es la forma rectangular.

b) Otra forma polar de representar un número

complejo es la polar:

Donde: 22 bar

a

barctan

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c) Representación trigonométrica, esta es una descomposición polinómica de

su representación rectangular.

jsenrirsenrz coscos

Donde: 22 bar

a

barctan

d) Representación fasorial, esta representación expresa el numero complejo en

función de su modulo y el ángulo de desfasaje

e) Z = r

4.18. OPERACIONES CON NÚMEROS COMPLEJOS.

Con los números complejos se pueden realizar las siguientes operaciones:

a. Suma: Sea;Z1 = a + bi y Z2 = c + di

La suma será:

Z = Z1 + Z2 = ( a + c ) + ( b + d )i

b. Resta: Sea;Z1 = a + bi y Z2 = c + di

La resta será:

Z = Z1 - Z2 = ( a – c ) + ( b - d )i

c. Producto: Sea; Z1 = a + bi y Z2 = c + di

El producto será:

Z = Z1 * Z2 = 2a bi c di ac adi bci bdi ac bd ad bc i

2121 ** rrZZZ 1 +2

d. División: Sea;Z1 = a + bi y Z2 = c + di

El cociente será:

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 133

1

2 2 2

2 2

( ) ( )z a bi a bi c di ac bd ad bc i ac bd ad bc i

z c di c di c di c d z

2

1

2

1

r

r

Z

ZZ 1 - 2

e. Raíz Cuadrada: Sea:

Z1 = a + bi

1rZ /2

EJERCICIOS DE APLICACIÒN.

1.- Sea los siguientes números complejos en forma rectangular, represéntelos

en polar y trigonométrica:

a. Z1 = 4+ 3i

b. Z2 = 5 + 12i

c. Z3 = 8 + 25i

d. Z4 = 10 + 12i

e. Z5 = 8 + 7i

2.- Calcular la raíz cuadrada de todos los números complejos.

3.- Calcular siguientes operaciones

a) Z1 + Z2

b) Z3 + Z2

c) Z1 + Z5

d) Z1 - Z2

e) Z3 - Z2

f) Z1 * Z2

g) Z1 * Z3

h) Z5 * Z2

i) Z1 / Z2

j) Z3 / Z2

k) Z4 + Z5

4.19. CLASIFICACIÓN DE LOS FILTROS.

Existen muchos criterios para clasificar a los filtros siendo los más importantes:

a. Clasificación según el tipo de función de transferencia: La forma de

comportarse de un filtro se describe por su función de transferencia. Ésta

determina la forma en que la señal aplicada cambia en amplitud y en fase al

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 134

atravesar el filtro. La función de transferencia elegida tipifica el filtro. Algunos

filtros habituales son:

Filtro de Butterworth: Los filtros de Butterworth poseen la propiedad de

tener una curva de respuesta lo más plana posible en el origen, es decir,

para la frecuencia cero.

La función de Butterworth viene definida por las ecuaciones:

| |

| |

(

)

| |

| | √

(

)

Filtro de Chevyshev: Los filtros de Chebyshev tienen una transición

más abrupta que las funciones de Butterworth entre la banda de paso y

la banda atenuada (pero a frecuencias altas, ya muy inmersos en la

banda atenuada, todo filtro LP de orden n tiene una atenuación de

20·ndB/dec.). Por el contrario, la banda de paso no es plana, esto es,

presenta rizado.

Es más eficiente repartir el error de aproximación de una forma

continua a lo largo de la banda pasante, lo que podemos conseguir

escogiendo:

| |

Donde, Cn(w) es el polinomio de Chebychev de primera especie y de

orden n. Este polinomio oscila entre –1 y 1 para 0≤[]≤1

| |

| |

Filtros elípticos o filtro de Cauer: Los filtros elípticos se conocen

desde la década de 1930 cuando fueron desarrollados por Wilhelm

Cauer en Alemania.

La principal aplicación de estos filtros es la telefonía y

telecomunicaciones para separar canales contiguos de información,

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 135

una tarea que los filtros elípticos realizan mejor que cualquier otro tipo

de filtro. Una de las razones por la que los filtros elípticos son mejores

que otros filtros es la existencia de rizo tanto en la banda de paso como

de rechazo, como se muestra en la Fig.

Este comportamiento se describe exactamente mediante el uso de

funciones elípticas de Jacob, y estas funciones son las que le dan el

nombre a este tipo de filtros, aunque también se les conoce como filtros

Cauer (por su inventor), y como filtros de funciones elípticas. Aunque el

nombre de filtro elíptico podría llevar a pensar que tienen forma elíptica,

dicho nombre es el más común para describir a este tipo de filtros.

| | √

De los tipos de funciones de filtros existentes, las funciones elípticas

proporcionan la mejor aproximación debido al rizo presente en la banda

de paso y en la banda de rechazo, el cual hace que la magnitud se

haga cero en la banda de rechazo logrando una mayor pendiente de la

magnitud en esta banda y por lo tanto aproximándose mejor a la

característica pasa bajos ideal.

Esta mejor aproximación en magnitud provoca que la aproximación en

fase no sea la mejor de todas, desafortunadamente.

El objetivo de este trabajo es presentar una transformación que nos

lleve a reducir el número de rizos en la banda de paso de la magnitud

de un filtro elíptico pasa bajos para de esta manera mejorar el retardo

de dichos filtros. Adicionalmente, realizaremos la síntesis pasiva

escalera de las nuevas funciones, para finalmente realizar un análisis

de sensitividad sobre estos circuitos.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 136

Filtro de Bessel: Este filtro también es denominado filtro de fase lineal,

ya que presenta una respuesta en amplitud bastante plana en la banda

de paso, para un orden elevado, pero fundamentalmente tiene una

respuesta en fase muy aproximadamente lineal para esa banda. Sin

embargo la pendiente en la zona de transición es peor que los filtros de

Butterworth o Tchevycheff del mismo orden, por lo que es adecuado

cuando se desea transmitir pulsos sin deformación, dado su contenido

armónico.

Supongamos tener una función de sistema igual a:

Donde, K0 es una constante real y positiva

La respuesta en frecuencia del sistema puede expresarse así. Si la

respuesta en amplitud M(ω) es una constante K0 y una respuesta en

fase

φ()=−⋅T

Si vamos a construir un sistema con elementos que introducen

pérdidas, debemos aproximar la función H(s)=K0esT, por una función

racional en s.

El método de aproximación se lo debe a Thomson y dice que H(s)

puede expresarse así:

Si sinh s y cosh s son expandidas en serie de potencias, tenemos:

Obtenemos así la serie correspondiente

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 137

Donde Bn(s) son los polinomios de Bessel, definidos así:

Polinomio de Bessel

B0 1

B1 (s + 1)

B2 (s2 +3s + 3)

B3 (s3 + 6 s2 + 15s+15)

B4 (s4 + 10s3 + 45s2 +105s +105)

B5 (s5 + 15s4 + 105s3 + 420s2 +945s +945)

B6 (s6 +21s5 + 210s4 + 1260s3 + 4725s2 + 10395s + 10395)

b. Clasificación según respuesta frecuencia: Este calcificación establece la

frecuencia o rangos de frecuencia que se podrán pasar por el filtro.

Filtro paso bajo: En el caso ideal, dejan pasar las señales cuya

frecuencia es inferior a una frecuencia designada como frecuencia de

corte, que se definirá más adelante y, las señales de frecuencias

superiores a ésta son rechazadas o atenuadas considerablemente. La

forma ideal de la respuesta en frecuencia y los símbolos utilizados para

los filtros de paso bajo se ilustran en la figura.

Filtro paso alto: En el caso ideal, dejan pasar las señales cuya

frecuencia es superior a la de corte y rechazar las señales de frecuencias

inferiores a ésta. La respuesta ideal y los símbolos se ilustran en la figura.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 138

Filtro pasa banda: Rechazan las señales de frecuencia inferior a una

frecuencia mínima de corte y de frecuencia superior a una frecuencia

máxima de corte, permitiendo el paso de señales cuya frecuencia se

encuentra entre las dos frecuencias de corte anteriores, como se ilustra

en la figura.

Filtro elimina banda: Son aquellos que atenúan el paso de señales

cuyas frecuencias están comprendidas entre 2 frecuencias de corte el

resto de frecuencias no son atenuadas.

Filtro multibanda: Es que presenta varios rangos de frecuencias en los

cuales hay un comportamiento diferente.

Filtro variable: Es aquel que puede cambiar sus márgenes de frecuencia.

c. Clasificación según el tipo de componente que utilizan: Determina el tipo

de componentes electrónicos que serán utilizados en el diseño del filtro.

Filtro pasivo: Es el constituido únicamente por componentes pasivos

como condensadores, bobinas y resistencias.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 139

Filtro activo: Son aquellos diseñados con elementos pasivos y activos

(BJT, FET Y OP-AMP) Siendo frecuente el uso de amplificadores

operacionales, que permite obtener resonancia y un elevado factor Q sin

el empleo de bobinas.

d. Clasificación según el tipo de señal: Determina el tipo de señal que

podrán utilizar para el filtrado, los filtros.

Filtro analógico: Diseñado para el tratamiento de señales analógicas.

Filtro digital: Diseñado para el tratamiento de señales digitales. Entre

ellos, cabe citar el Filtro Adaptado cuya función principal es maximizar la

relación señal a ruido en la recepción.

e. Clasificación según el orden: Determina el grado de atenuación de la

señal en la salida del filtro.

Filtro de premier orden: Es aquel cuya frecuencia de corte sea igual a

(F), presentará una atenuación de 6dB a la primera octava (2F).

Filtro de segundo orden: Es aquel cuya frecuencia de corte sea igual a

(F), presentará una atenuación de 12dB a la primera octava (4F).

Filtro de tercer orden: Es aquel cuya frecuencia de corte sea igual a (F),

presentará una atenuación de 24dB a la primera octava (8F).

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 140

4.20. ESCALA SEMILOGARÍTMICA.

En la curva del diagrama de Bode, tanto para el módulo como para el ángulo

de fase de la función de transferencia, se utiliza un eje horizontal logarítmico

para la frecuencia, donde en vez de ω se escala el logω.

En la figura se puede observar la diferencia entre un eje lineal y uno

logarítmico. Para construir un eje logarítmico basta dar valores a ω y marcar

sobre el eje lineal el correspondiente valor del logω. Estas marcas dan lugar al

eje logarítmico. Las marcas se numeran con el valor que le corresponde a ω.

Hay que tener en cuenta que en una escala logarítmica no hay valores

negativos.

Se puede observar que mientras la separación entre las marcas del eje lineal

es regular, en el eje logarítmico la separación es regular entre las marcas de

valores 0.1, 1, 10, 100, 1000, etc. Cada uno de estos intervalos recibe el

nombre de década. La separación entre las marcas dentro de una década ya

no es regular, sino que decrece hacia la derecha.

Cuando en una gráfica los dos ejes están escalados de forma logarítmica

recibe el nombre de gráfica logarítmica, pero cuando uno delos ejes es lineal

(el vertical), recibe el nombre de gráfica semilogarítmica, como la que se

representa en la figura, que tiene seis décadas en el eje horizontal.

Eje Y o de las

ordenadas será

utilizado para

graficar los

valores de voltaje

(expresada en

voltios) o de

ganancia

(decibelios)

obtenida en cada

frecuencia.

El eje de las abscisas será utilizada para medir la frecuencia en

la que se realiza la medida de la señal.

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4.21. FILTRO PASA BAJO RC.

Para realizar un filtro pasivo paso bajo, deberemos construir el circuito de la

siguiente figura.

Como se ha citado previamente, a la frecuencia de corte se produce la

resonancia del filtro RC, o lo que es lo mismo, que los valores de la resistencia

y de la reactancia capacitiva a esa frecuencia se igualan.

La gráfica obtenida de un filtro paso bajo, indicando la relación entre la

frecuencia y la amplitud máxima de salida del filtro, en voltios o en decibelios,

se conoce como Diagrama de Bode, en honor a su inventor Hendrik W. Bode.

El diagrama de Bode puede referirse a la magnitud.

Otra forma de calcular cual es la frecuencia de corte de un filtro paso bajo

dados los datos de la atenuación medida a una frecuencia alejada de la de

corte, es aplicando la siguiente ecuación. La atenuación es un valor negativo:

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√ (

)

4.22. FILTRO PASA ALTO RC.

Para realizar un filtro pasivo paso alto, deberemos construir el circuito de la

siguiente figura. El cual está conformado por una fuente de energía alterna, un

condensador y una resistencia conectada en serie. La salida del circuito se

realiza a través de la resistencia (donde conectamos un osciloscopio para ver

la señal de salida) la fuente de voltaje alterno será el generador de señales

donde podemos obtener distintas frecuencias.

Como se ha citado previamente, a la frecuencia de corte se produce la

resonancia de la célula RC, o lo que es lo mismo, que los valores de la

resistencia y de la reactancia capacitiva se igualan a esa frecuencia. Por tanto,

la ecuación de cálculo de la frecuencia de corte de este filtro es idéntica a la del

filtro paso bajo.

La gráfica obtenida de un filtro paso alto, indicando la relación entre la

frecuencia y la amplitud máxima de salida del filtro, en voltios o en decibelios,

se conoce como Diagrama de Bode, en honor a su inventor Hendrik W. Bode.

El diagrama de Bode puede referirse a la magnitud.

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4.23. FILTRO PASA BANDA RC.

Para la realización de un filtro paso banda existen dos disposiciones posibles.

La construida en torno a la conexión en serie de un filtro paso alto más un filtro

paso bajo o bien la mostrada en la figura. Existen muchos arreglos RC para

filtros pasa banda RC, en la figura se muestra las dos más utilizadas

configuración pasa bajo RC en serie con un pasa alto RC (figura a), la

configuración RC serie - paralelo (figura b).

En la primera de ellas, al estar formada por la unión de los dos filtros

estudiados anteriormente, los valores de las resistencias y condensadores

serán los obtenidos mediante sus respectivos cálculos, es decir, ambas células

RC serán diferentes. Mientras que en el segundo caso, los valores de las

resistencias y condensadores son idénticos.

En cuanto a sus procedimientos de cálculo y resultados prácticos obtenidos

también varían sustancialmente. En el caso de paso alto más paso bajo,

podemos calcular sin problema las frecuencias de corte inferior y superior (fC1 y

fC2), el factor de calidad del filtro (Q) y el ancho de banda resultante (BW). Para

la figura b, exclusivamente calcularemos una frecuencia de trabajo, la

frecuencia media o central. Tampoco tendremos posibilidad de controlar el Q o

el ancho de banda del filtro resultante.

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El diagrama de Bode en magnitud para el filtro paso banda, tanto en modo

lineal como logarítmico, se muestran en la figura.

Como se ha comentado anteriormente, la frecuencia media o de corte, según el

modelo utilizado de disposición, se obtiene mediante:

Siendo el valor de la fase obtenido mediante:

(

)

(

)

4.24. FILTRO RECHAZA BANDA RC.

Esta configuración es especial y poco utilizada, ya que únicamente elimina un

margen de frecuencias de trabajo muy escaso.

Esta disposición también es conocida como de hendidura o de rechazo en

doble T, por la disposición particular de sus componentes.

Al igual que en algún modelo de filtro paso banda, con esta disposición no

podremos controlar ni el Q ni el ancho de banda del filtro.

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Como se ha comentado anteriormente, la frecuencia media o de corte, según el

modelo utilizado de disposición, se obtiene mediante:

El diagrama de Bode en magnitud para el filtro paso

banda, tanto en modo lineal como logarítmico, se

muestran en la figura:

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TAREA3: IDENTIFICA Y ANALIZA LOS INDUCTORES.

El aprendiz de Redes y Comunicación de datos, al término de esta tarea, podrá

identificar en forma escrita las principales características de los inductores.

Además expresara su comportamiento en frecuencias de los mismos:

Identifica las bobinas según el material utilizado en su fabricación.

Calcula el valor de su capacidad por el código de marca.

Implementa filtro RLC pasa bajo, pasa alto, pasa banda y rechaza banda.

1. EQUIPOS Y MATERIALES.

Protoboard.

Cable para puentes.

Milímetro con capacímetro.

Bobinas fijas.

Generador de señales.

Osciloscopio.

Papel semilogaritmico.

2. ORDEN DE EJECUCIÓN:

Identifica las bobinas según el material utilizado en su fabricación.

Calcula el valor de su inductancia por el código de marca.

Implementa filtro pasa bajo RL.

Implementa filtro pasa alto RL.

Implementa filtro pasa banda RLC.

Implementa filtro rechaza banda RLC.

Si una persona es perseverante, aunque sea

dura de entendimiento, se hará inteligente; y

aunque sea débil se transformará en fuerte.

Leonardo Da Vinci

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 147

3. OPERACIÓN.

3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL.

Normas de seguridad:

No utilices ninguna herramienta o equipo sin conocer su uso, funcionamiento

y normas de seguridad específicas.

Informa al instructor del material roto o averiado.

No fumar, comer o beber en el taller.

Procura no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras

dentro del laboratorio.

En caso de producirse un accidente comunícalo inmediatamente al

instructor.

Recuerda dónde está situado el botiquín.

Mantenga su puesto de trabajo limpio y ordenado, para evitar accidente.

Mantenga las herramientas ordenadas para evitar accidentes.

.

Normas de protección ambiental:

Al acabar la práctica, limpia y ordena el material utilizado.

Los desechos tóxicos, generados en la tarea deben recolectados y

entregados al instructor para ser depositados en tacho de elementos tóxicos.

3.2. IDENTIFICA LAS BOBINAS SEGÚN EL MATERIAL UTILIZADO EN SU

FABRICACIÓN.

El aprendiz realiza el reconocimiento de los diferentes tipos de bobinas

teniendo en cuenta el material utilizado para su fabricación, siguiendo normas

de seguridad y protección ambiental.

Identifica el tipo de material y sus principales características de las

bobinas fijas:

Para esta operación el instructor debe proporcionar al aprendiz bobinas fijas de

que estén fabricados de distintos materiales: Alambre, moldeados o tipo

resistencia, bobinas SMD.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

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1. Identifica bobinas o inductoresfijos de alambre.

Tipo de núcleo Número de vueltas Grosor del alambre

2. Identifica bobinas o inductores fijos de moldeados.

Color de la cubierta Código de colores

3. Identifica bobinas o inductores fijos SMD.

Color de la cubierta Código de marca

3.3. CALCULA EL VALOR DE SU INDUCTANCIA POR EL CÓDIGO DE

MARCA.

El aprendiz calculará el valor de la autoinductancia, de la bobina utilizando el

código de marca o de colores, siguiendo los estándares de codificación.

1. Calcula el valor de la autoinductancia, utilizando el código de colores de las

bandas, que posee la bobina en la superficie.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 149

Color de la

cubierta

Código de colores Valor Nominal

de Inductancia

Valor

mínimo

Valor

máximo

2. Calcula el valor de la autoinductancia, utilizando el código de marca, que

posee la bobina en la superficie.

Color de la

cubierta

Código de marca Valor Nominal de

Inductancia

Valor

mínimo

Valor

máximo

3.4. IMPLEMENTA FILTRO PASA BAJO RL.

Dado un circuito electrónico RLC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita

las principales característica de un filtro pasa bajo.

Los filtros pasa bajos, son aquellos que introducen muy poca atenuación a las

frecuencias que son menores que la frecuencia de corte. Las frecuencias que

son mayores que la de corte son atenuadas fuertemente.

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de

voltaje será alterna (Generador de señales 2VP), para lo cual se utilizara el

generador de señales, y en la salida se conectar el Osciloscopio.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 150

Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los

códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el

instructor.

Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y anote sus valores

medidos.

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la

frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)

100

500

1K

5K

10K

50K

80K

120K

Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegelo aqui.

R1 (Nominal)

L1 (Nominal)

R1 (Medido)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje obtenido

en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 151

Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.

La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique

dicho valor en la grafica anterior y anote.

Utilizando la siguiente ecuacion

calcule el valor de la frecuencia

de corte nominal (Utilizando el codigo de colores de R) y real (Utilizando el

valor medido de R). Calcule dichos valores y anote.

Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,

usando la fórmula

. Con estos valores construya

manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel

semilogaritmico. Pegue aqui.

3.5. IMPLEMENTA FILTRO PASA ALTO RL.

Dado un circuito electrónico RL, el aprendiz podrá expresar en forma escrita las

principales característica de un filtro pasa alto.

Los filtros pasa altos, es aquel circuito electrónico que atenúa levemente las

frecuencias que son mayores que lafrecuencia de corte e introducen mucha

atenuación a las que son menores que dicha frecuencia.

Fcorte(Hz)

Fcorte(Nominal)

Fcorte(Real)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de

voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 152

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de

voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la

salida se conectar el Osciloscopio.

Anote los valores nominales de la resistencia mirando los códigos

correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el instructor.

Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro anote el valor medido.

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas frecuencias. Para esto, fije

la frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)

100

500

1K

5K

10K

50K

80K

120K

200K

R1 (Nominal)

L2(Nominal)

R2 (Medido)

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Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.

Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.

La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique

dicho valor en la grafica anterior y anote.

Utilizando la siguiente ecuacion

calcule el valor de la frecuencia

de corte nominal (Utilizando el valor de R y L segun el codigo de colores) y

real (Utilizando el valor medido de R con el Ohmimetro). Calcule dichos

valores y anote.

Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,

usando la fórmula

. Con estos valores construya

manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel

semilogaritmico. Pegue aqui.

Fcorte(Hz)

Fcorte(Nominal)

Fcorte(Real)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje obtenido

en cada frecuencia.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 154

3.6. IMPLEMENTA FILTRO PASA BANDA RLC.

Dado un circuito electrónico RLC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita

las principales característica de un filtro pasa banda.

Los filtros pasa altos, poseen dos frecuencias de corte, una inferior y otra

superior. Este filtro sólo atenúa grandemente las señales cuya frecuencia sea

menor que la frecuencia de corte inferior o aquellas de frecuencia superior a la

frecuencia de corte superior. Por tanto, sólo permiten el paso de un rango o

banda de frecuencias sin atenuar.

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de

voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la

salida se conectar el Osciloscopio.

Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los

códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el

instructor.

R1 (Nominal)

C1 (Nominal)

L1 (Nominal)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de

voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.

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Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del

condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas frecuencias. Para esto, fije

la frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)

100

500

1K

5K

10K

50K

80K

120K

200K

400K

1M

2M

Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.

R1 (Medido)

C1 (Medido)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje obtenido

en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 156

Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.

La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique

dicho valor en la grafica anterior y anote.

Utilizando la siguienteecuacion

√ calcule el valor de la frecuencia

de maxima nominal y real (con los valores de R y C medidos). Calcule

dichos valores y anote.

Utilizando la siguienteecuacion

[

√(

)

], calcule

el valor de la frecuencia de corte superior nominal y real (con los vales de R

y C medidos). Calcule dichos valores y anote.

Utilizando la siguienteecuacion

[

√(

)

] ,

calcule el valor de la frecuencia de corte superior nominal y real (con los

vales de R y C medidos). Calcule dichos valores y anote.

3.7. IMPLEMENTA FILTRO RECHAZA BANDA RC.

Dado un circuito electrónico RC, el aprendiz podrá expresar en forma escrita

las principales característica de un filtro rechaza banda.

Los filtros rechaza banda, elimina en su salida todas las señales que tengan

una frecuencia comprendida entre una frecuencia de corte inferior y otra de

Fcorte(Hz) inferior

Fcorte(Hz) superior

Fm(Hz)

Fm(Nominal) inferior

Fm(Real) inferior

FCS(Nominal) inferior

FCS(Real) inferior

FCS(Nominal) inferior

FCS(Real) inferior

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 157

corte superior. Por tanto, estos filtros eliminan una banda completa de

frecuencias de las introducidas en su entrada

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de

voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la

salida se conectar el Osciloscopio.

Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los

códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el

instructor.

Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del

condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la

frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

R1 (Nominal)

C1 (Nominal)

L1 (Nominal)

R1 (Medido)

C1 (Medido)

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Frecuencia (Hz) Voltaje de entrada(V) Voltaje de salida (V)

100

500

1K

5K

10K

50K

80K

120K

200K

500K

1M

2M

Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.

Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.

La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique

dicho valor en la grafica anterior y anote.

Fcorte(Hz) inferior

Fcorte(Hz) superior

FRESONANCIA(Hz)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual

se realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje

obtenido en cada frecuencia.

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4. FUNDAMENTO TEÓRICO.

4.1. BOBINAS.

Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que,

debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo

magnético.

Energía almacenada: La bobina almacena energía eléctrica en forma de

campo magnético cuando aumenta la intensidad de corriente, devolviéndola

cuando ésta disminuye. Matemáticamente se puede demostrar que la energía,

, almacenada por una bobina con inductancia L, que es recorrida por una

corriente de intensidad I, viene dada por:

Fuerza electromotriz autoinducida: Una variación de la intensidad de

corriente (i(t)=I/t ) dará como resultado una variación del campo magnético y,

por lo mismo, un cambio en el flujo que está atravesando el circuito. De

acuerdo con la Ley de Faraday, un cambio del flujo, origina una fuerza

electromotriz auto inducida. Esta fuerza electromotriz, de acuerdo con la Ley de

Lenz, se opondrá a la causa que lo origina, esto es, la variación de la corriente

eléctrica, por ello suele recibir el nombre de fuerza contra electromotriz. Su

valor viene dado por la siguiente ecuación diferencial:

Donde el signo menos indica que se opone a la causa que lo origina.

En un inductor ideal, la fuerza contra-electromotriz auto inducida es igual a la

tensión aplicada al inductor. La fórmula precedente puede leerse de esta

manera: Si uno de los bornes del inductor es positivo con respecto al otro, la

corriente que entra por el primero aumenta con el tiempo.

Cuando el inductor no es ideal porque tiene una resistencia interna en serie, la

tensión aplicada es igual a la suma de la caída de tensión sobre la resistencia

interna más la fuerza contra-electromotriz auto inducida.

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La unidad de medida utilizado por las bobinas es el Henrio (H), debido a que su

valor de inductancia de una bobina suele ser pequeño se puede exprese en

miliHenrios (mH) o micro Henrios (µH).

Símbolo electrónico:

4.2. CLASIFICACIÓN DE BOBINAS.

Existen muchos criterios para clasificar las bobinas, siendo los más

importantes:

a. Clasificación según su valor.

Bobinas Fijos: Son aquellos cuyos valores permanecen constantes aunque

exista influencia de agentes externo.

Bobinas Variables: Son aquellos cuyos valores varían por influencia del

movimientos mecánico o algún agente externo adicional.

Símbolo Electrónico:

b. Clasificación según el tipo de núcleo.

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Bobina de núcleo de aire: El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y

posteriormente se retira este quedando con un aspecto parecido al de un

muelle.

Bobina de núcleo de ferrita: Posee un núcleo sólido de un material

ferromagnéticos. Los materiales ferromagnéticos más usados son la ferrita y

el ferroxcube.

c. Clasificación según el tipo de encapsulado.

Bobina de alambre desnudo: Son aquella bobinas cuyos elementos

inductivos están constituidos por alambres de cobre, enrollados sobre un

núcleo.

Bobina tipo resistencia: El alambre de estas bobinas está cubierta por una

capa de cerámica, la cual suele ser color verde claro o celeste, sobre la cual

posee impresa cuatro bandas de colores, que se utilizan para identificar el

valor de la inductancia; de manera similar al de las resistencias o mediante

serigrafía directa.

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d. Clasificación según el tipo de montado en el circuito impreso.

Bobina montado den circuito impreso: Son bobinas cuyos pines pasan a

través del circuito impreso, separando las bobinas de los puntos de fijación

mecánica y eléctrica.

Bobina montada sobre la superficie: Son bobinas cuyos pines de fijación y

la bobina están ubicada en el mismo lado del circuito impreso.

4.3. BOBINA CON NÚCLEO DE AIRE.

El conductor se arrolla sobre un soporte hueco y posteriormente se retira este

quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Se utiliza en frecuencias

elevadas.

Una variante de la bobina anterior se denomina solenoide y difiere en el

aislamiento de las espiras y la presencia de un soporte que no necesariamente

tiene que ser cilíndrico. Se utiliza cuando se precisan muchas espiras. Estas

bobinas pueden tener tomas intermedias, en este caso se pueden considerar

como 2 o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en

serie. Igualmente se utilizan para frecuencias elevadas.

Existe un método para obtener este valor si se tienen las medidas externas de

la bobina / inductor.

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La fórmula de Wheel era utilizar es la siguiente:

Donde:

- n: es la cantidad de espiras (vueltas de alambre) del inductor.

- a: es el radio del inductor en centímetros.

- b: es la longitud del arrollado del inductor en centímetros

Esta fórmula es una buena aproximación para inductores de una longitud

mayor o igual a 0.8a. Ver el gráfico anterior.

Ejemplo 1:

Se tiene una bobina o inductor de 32 espiras, 13 vueltas por centímetro y 25

mm de diámetro. ¿Cuál debe ser el valor dela inductancia?

- a = 25 mm / 2 = 1.25 centímetros

- b = 32 / 13 = 2.46

- n = 32

Entonces:

L = (0.393 x 1.252 x 322) / (9 x 1.25 + 10 x 2.46) = 17.54µH

Ejemplo 2:

Se desea construir una bobina o inductor que sea de 10µH, que tenga 2.54

centímetros de diámetro y una longitud de 3.175 centímetros. ¿Cuántas espiras

debe tener la bobina?

Entonces:

- a = 2.54 cm / 2 = 1.27cm

- b = 3.175 centímetros

- L = 10µH

Se despeja de la ecuación original la variable "n" en función de todas las

demás.

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n = [10 x (9a + 10b) / ( 0.393 x a2)]1/2

Reemplazando los valores:

n = [10 x (11.43 + 31.75) / 0.393 x 1.613]1/2 = 6801/2 = 26.1 espiras

4.4. BOBINA CON NÚCLEO SÓLIDO.

Posee un núcleo de un material sólido como el metal, que le añade a la bobina

características magnéticas especiales.

Cuando se manejan potencias considerables y las frecuencias que se desean

eliminar son bajas se utilizan núcleos parecidos a los de los transformadores

(en fuentes de alimentación sobre todo). Así nos encontraremos con las

configuraciones propias de estos últimos. Las secciones de los núcleos

pueden tener forma de EI, M, UI y L.

El principal aporte del núcleo de metal con características magnéticas

especiales, es la de poder incrementar el valor de la inductancia de la bobina,

que hacen reforzar el campo magnético.

El magnetismo del material del núcleo depende de la polarización de "los

dominios magnéticos moleculares", cuando el campo magnético que afecta el

inductor cambia continuamente.

Estos dominios deben poder cambiar su posición para que el núcleo cumpla su

objetivo. Además podrán o no seguir las variaciones del campo magnético

dependiendo del material del que está hecho el núcleo.

Dependiendo del material magnético que se utiliza como núcleo de la bobina,

también dependerá la frecuencia a la que trabajará la bobina:

Metal sólido: Utilizado para bobinas con frecuencias muy bajas.

Metal laminado: Utilizados para bobinas con frecuencias que varían entre

los 10 hertzio (Hz) a algunos kilohertzio (KHz)

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Núcleos de polvo metálico: Utilizados para bobinas con frecuencias arriba

de cientos de Kilohertzios y hasta varios cientos de Megahertzio (MHz).

Núcleo de aire: Utilizados en bobinas con frecuencias superiores a los 500

Megahertzio. En este caso el núcleo metálico se vuelve obsoleto.

Existe un método para obtener este valor si se tienen las medidas externas de

la bobina / inductor.

La fórmula de Wheel era utilizar es la siguiente:

Donde:

- N: Es el número de espiras (vueltas de alambre) del inductor.

- A: Área del núcleo.

- l: Longitud del núcleo.

- µ: Permeabilidad del medio.

La permeabilidad: Al introducir el material ferromagnético en el inductor,

modifica la naturaleza del espacio que ocupa produciendo un aumento del flujo

magnético y por lo tanto de la inductancia (también de otros parámetros).

Es la propiedad del espacio que se modifica se denomina "permeabilidad

absoluta" o simplemente "permeabilidad", y para designarla se emplea la letra

griega µ (mu).

Para calcular el valor de la permeabilidad se utilizara, un valor que surge de

realizar el cociente entre la permeabilidad del material y la permeabilidad del

vacío, a este cociente se lo denomina "permeabilidad relativa" (la

permeabilidad relativa del aire es prácticamente 1, casi la misma que la del

vacío). Es importante insistir en que la permeabilidad relativa (µr)es un

cociente entre permeabilidad y la permeabilidad del material (µ0), por ello no

tiene unidades, es una medida de comparación; tal como se muestra en la

siguiente ecuación.

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Si despejamos obtenemos la siguiente ecuación:

Ejemplo 1: Se tiene una bobina o inductor de 100 espiras, con un núcleo de

ferrita de 100mm de longitud, 4 mm de diámetro. ¿Cuál debe ser el valor dela

inductancia?

- µ=µrµ0= 200*4π*10-7=0.251mWb/Am

- A= πr2=3.1416*22mm2=12.57*10-6m2

Entonces:

(

)

Símbolo electrónico:

4.5. BOBINA DE NIDO DE ABEJA.

Se utilizan en los circuitos sintonizadores de aparatos de radio en las gamas de

onda media y larga. Gracias a la forma del bobinado se consiguen altos valores

inductivos en un volumen mínimo.

4.6. BOBINA TOROIDAL.

Se caracterizan por que el flujo generado no se dispersa

hacia el exterior ya que por su forma se crea un flujo

magnético cerrado, dotándolas de un gran rendimiento y

precisión.

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4.7. ASOCIACIÓN DE BOBINAS.

Las bobinas se pueden asociar formando circuitos en serie, circuitos en

paralelo y en una combinación de estos:

a. Asociación en serie: En estos casos, y siempre que no exista acoplamiento

magnético, la inductancia equivalente para la asociación serie vendrá dada

por:

Sabemos:

Sabemos por las características del circuito en serie:

V= V1 + V2+V3+ ....+Vn .......(2)

Remplazando (1) en (2):

Calculando el voltaje del circuito equivalente

Igualando las ecuaciones (3) con la (4)

b. Asociación es paralelo: En estos casos, y siempre que no exista

acoplamiento magnético, la inductancia equivalente para la asociación serie

vendrá dada por:

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Por propiedades de circuitos en paralelo sabemos:

El voltaje es constante:

V=V1=V2=....=Vn ......(1)

La corriente de entrada es la suma de las corrientes

en cada bobina:

i= i1 + i2+ ....+in......(2)

La inductancia es igual a:

Calcular el valor del circuito equivalente:

Derivando la ecuación (2)

Reemplazando las ecuaciones (1), (3), (4) en (5).

4.8. CÓDIGO DE COLORES.

Las bobinas tipo resistencia, empleadas en circuitos electrónicos, poseen

cuatro o cinco bandas de color rotuladas, los colores utilizados dependiendo de

su posición definen el valor de la inductancia de una bobina y la tolerancia.

El código de colores de una bobina de cuatro bandas, utilizan la primera y

segunda banda para definir las dos primeras cifras del valor de la inductancia

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

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de la bobina, la cual se expresa en micro Henrios (µH). La tercera banda

establece el factor de multiplicación y la cuarta banda la tolerancia.

Color de la Banda

Cifras Significativas (Primera y Segunda banda)

Multiplicador (Tercera banda)

Tolerancia (Cuarta Banda)

Negra 0 1 Marrón 1 10 ±1% Rojo 2 100 ±2% Naranja 3 1000 Amarillo 4 10000 ±4% Verde 5 100000 ±0.5% Azul 6 1000000 ±0.25% Violeta 7 10000000 ±0.1% Gris 8 100000000 ±0.05% Blanco 9 1000000000 Dorado -------------- 0.1 ±5% Plateado -------------- 0.01 ±10% Ninguno -------------- -------------- ±20%

El código de colores de una bobina tipo resistencia de cinco banda, utilizan la

primera, segunda y tercera banda definir las tres primeras cifras del valor de la

inductancia de la bobina expresada en micro Henrios (µH). La cuarta banda

establece el factor de multiplicación. La cuarta banda define el porcentaje de

tolerancia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 170

Ejemplo de códigos de colores:

a. Sea una bobina cuyas bandas son amarillo, violeta, negro, rojo y rojo.

amarillo-violeta-negro--------------- 470

rojo--------------------------------------- 102

rojo--------------------------------------- 2%

L=470x 102µH ± 2%

L=47000 µH ± 2%

L=47mH± 2%

b. Sea una bobina cuyas bandas son marrón, negro, naranja y dorado.

marrón - negro --------------- 10

naranja ------------------------- 102

dorado -------------------------- 5%

L=10x 103 µH ± 5%

L=10000 µH ± 5%

L=10mH ± 5%

c. Sea una resistencia cuyas bandas son rojo, rojo, dorado y dorado.

rojo - rojo ----------------------- 22

dorado -------------------------- 0.1

dorado -------------------------- 5%

L=22x 0.1 µH ± 5%

L=2.2 µH ± 5%

L=2.2 µH ± 5%

d. Sea una resistencia cuyas bandas son rojo, rojo, negro y dorado.

rojo - rojo ----------------------- 22

Color de la Banda

Cifras Significativas (Primera, Segunda y Tercera banda)

Multiplicador (Cuarta anda)

Tolerancia (Quinta Banda)

Negra 0 1 Marrón 1 10 ±1% Rojo 2 100 ±2% Naranja 3 1000 Amarillo 4 10000 ±4% Verde 5 100000 ±0.5% Azul 6 1000000 ±0.25% Violeta 7 10000000 ±0.1% Gris 8 100000000 ±0.05% Blanco 9 1000000000 Dorado -------------- 0.1 ±5% Plateado -------------- 0.01 ±10%

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dorado -------------------------- 1

dorado -------------------------- 5%

L=22 x 1 µH ± 5%

L=22 µH ± 5%

L=22 µH ± 5%

4.9. CÓDIGO DE MARCA.

El código de marca de una bobina o inductor generalmente se utiliza en

bobinas con encapsulados de montaje superficial, porque son muy pequeñas y

no poseen espacio suficiente para colocar bandas de colores, por lo tanto se

emplea una codificación numérica como. Esta codificación numérica está

formada por 3 o 4 letras o números, existen diferentes codificaciones en uso.

Los códigos de marca utilizados en las bobinas es muy similar al utilizado en

las resistencias, con la diferencia que se expresa en el orden de los micro

Henrios (µH), siendo los sistemas de codificación más utilizados:

Código de Resistores con 3 Dígitos: Es la codificación más comúnmente

empleada, es muy similar a la codificación con cuatro bandas de colores.

Los primeros dos números indican los dos primeros dígitos del valor de la

resistencia mientras que el tercero nos indica la cantidad de ceros que

deben agregarse a las cifras significativas (factor de multiplicación).

Código de Resistores con 4 Dígitos: Esta codificación es muy similar a la

empleada en las resistencias con código de colores de cinco bandas con

bajas. En esta codificación los primeros 3 dígitos de indican el valor

numérico de la resistencia y el cuarto dígito la cantidad de ceros que se debe

poner a continuación (factor de multiplicación).

10 000000 µH = 10H

274 00 µH = 27.4mH

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 172

Codificación EIA-96: Esta codificación es empleada en resistencias con

tolerancias del 1%. Esta codificación surge para abreviar un código de

resistencias donde intervienen 4 dígitos, al ser las resistencias SMT un poco

pequeñas para poder anotarlo y debido a esto surge está codificación.

Emplea tres caracteres para indicar el valor de la resistencia: los dos

primeros son números e indican los 3 dígitos más significativos del valor de

resistencia, el tercer carácter es una letra que indica el multiplicador

(cantidad de ceros a agregar). Al usar una letra se evita confusión con la

codificación de 3 números.

CÓDIGO FACTOR DE MULTIPLICACIÓN

Z 0.001

Y o R 0.01

X o S 0.1

A 1

B o H 10

C 100

D 1 000

E 10 000

F 100 000

4.10. RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LA BOBINA.

En CA, una bobina ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente que

recibe el nombre de reactancia inductiva, XL, cuyo valor viene dado por el

producto de la pulsación (=2πf) por la inductancia, L:

Si la pulsación está en radianes por segundo (rad/s) y la inductancia en henrios

(H) la reactancia resultará en ohmios.

Al conectar una fuente de corriente alterna (CA) con una señal senoidalv(t) a

una bobina aparecerá una corriente i(t) también senoidal, esto va a generar una

33 00µH = 3.3mH

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 173

fuerza contra electromotriz, -e(t), cuyo valor absoluto puede demostrase que es

igual al de v(t).

Cuando la corriente i(t) aumenta, e(t) disminuye para es decir mantienen una

relación inversamente proporcional; análogamente, cuando i(t) disminuye, e(t)

aumenta para oponerse a dicha disminución.

La imagen podemos observar las curvas características de respuesta en

frecuencia de una bobina o solenoide. En el tramo comprendido entre 0º y 90º

la curva i(t) es negativa, disminuyendo desde su valor máximo negativo hasta

cero, observándose que e(t) va aumentando hasta alcanzar su máximo

negativo. En el tramo comprendido entre 90º y 180º, la corriente aumenta

desde cero hasta su valor máximo positivo, mientras e(t) disminuye hasta ser

cero. Desde 180º hasta los 360º el razonamiento es similar al anterior.

Dado que la tensión aplicada, v(t)es igual a -e(t), o lo que es lo mismo, está

desfasada 180º respecto de e(t), resulta que la corriente i(t) queda retrasada

90º respecto de la tensión aplicada. Consideremos por lo tanto, una bobina L,

como la de la figura 2, a la que se aplica una tensión alterna de valor:

Donde

. Si se representa el valor eficaz de la

corriente obtenida en forma polar:

Y operando matemáticamente:

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 174

Por lo tanto, en los circuitos de CA, una bobina ideal se puede asimilar a una

magnitud compleja sin parte real y parte imaginaria positiva:

En la bobina real, habrá que tener en cuenta la resistencia de su bobinado, RL,

pudiendo ser su circuito equivalente o modelo, el que aparece en la figura b o c

dependiendo del tipo de bobina o frecuencia de funcionamiento, aunque para

análisis más precisos pueden utilizarse modelos más complejos que los

anteriores.

4.11. FILTRO PASA BAJO RL.

Un filtro pasa-baja se puede conseguir también con un circuito serie RL,

tomando la tensión de salida en la resistencia.

El voltaje de salida del circuito es:

El voltaje de entrada es:

La ganancia se obtiene reemplazando las ecuaciones (1) y (2) en la ecuación

de la ganancia:

La magnitud o módulo de la ganancia es:

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 175

| |

√ (

)

La frecuencia de corte se obtiene, cuando | |

√ ; remplazando en la

ecuación (3), obtenemos:

√ (

)

Elevando al cuadrado la igualdad:

(

√ )

(√ (

)

)

Resolviendo obtenemos

Si C= 2πfC, remplazamos en (4), para calcular la frecuencia de corte

El ángulo de fase de la ganancia es:

(

)

4.12. FILTRO PASA ALTO RL.

Un filtro pasa-baja se puede conseguir también con un circuito serie RL,

tomando la tensión de salida en la resistencia.

El voltaje de salida del circuito es:

El voltaje de entrada es:

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 176

La ganancia se obtiene reemplazando las ecuaciones (1) y (2) en la ecuación

de la ganancia:

La magnitud o módulo de la ganancia es:

| |

√ (

)

La frecuencia de corte se obtiene, cuando | |

√ ; remplazando en la

ecuación (3), obtenemos:

√ (

)

Elevando al cuadrado la igualdad:

(

√ )

(√ (

)

)

Resolviendo obtenemos

Si C= 2πfC, remplazamos en (4), para calcular la frecuencia de corte

El ángulo de fase de la ganancia es:

(

)

4.13. FILTRO PASA BANDA RLC.

Un filtro pasa-banda se puede conseguir también con un circuito serie RLC,

tomando latensión de salida en la resistencia.

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El voltaje de salida del circuito es:

(

)

El voltaje de entrada es:

La ganancia se obtiene reemplazando las ecuaciones (1) y (2) en la ecuación

de la ganancia:

(

)

La magnitud o módulo de la ganancia es:

| |

√ (

)

En este tipo de filtros existe un punto máximo en la curva que corresponde a la

frecuencia de resonancia del circuito. A esta frecuencia la tensión de entradaVg

y la intensidad I1 están en fase, es decir, se anulan las impedancias reactivas

del circuito, en este caso el módulo de ganancia es .

Resolviendo obtenemos

Si r= 2πfr, remplazamos en (4), para calcular la frecuencia de corte:

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La frecuencia de corte se obtiene, cuando | |

√ ; remplazando en la

ecuación (3), obtenemos:

√ (

)

Elevando al cuadrado la igualdad:

(

√ )

√ (

)

Resolviendo obtenemos:

Resolviendo la ecuación cuadrática (4) obtenemos:

4.14. FILTRO RECHAZA BANDA RLC.

Un filtro rechaza banda se puede conseguir también con un circuito serie RLC,

tomando la tensión de salida en la bobina y el condensador conectados en

serie.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 179

El voltaje de salida del circuito es:

(

)

El voltaje de entrada es:

[ (

)]

La ganancia se obtiene reemplazando las ecuaciones (1) y (2) en la ecuación

de la ganancia:

(

)

(

)

La magnitud o módulo de la ganancia es:

| | (

)

√ (

)

En este tipo de filtros existe un punto máximo en la curva que corresponde a la

frecuencia de resonancia del circuito. A esta frecuencia la tensión de entrada

Vg y la intensidad I1 están en fase, es decir, se anulan las impedancias

reactivas del circuito, en este caso el módulo de ganancia es .

Resolviendo obtenemos:

Si r= 2πfr, remplazamos en (4), para calcular la frecuencia de corte

La frecuencia de corte se obtiene, cuando | |

√ ; remplazando en la

ecuación (3), obtenemos:

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 180

√ (

)

Elevando al cuadrado la igualdad:

(

√ )

√ (

)

Resolviendo obtenemos

Resolviendo la ecuación cuadrática (4) obtenemos:

4.15. TRANSFORMADOR.

El transformador es un dispositivo que permite modificar potencia eléctrica de

corriente alterna con un determinado valor de tensión y corriente en otra

potencia de casi el mismo valor pero, generalmente con distintos valores de

tensión y corriente.

Transformador monofásico: Básicamente está formado por un núcleo

compuesto de láminas de hierro y dosbobinados, a los cuales denominaremos

primario y secundario.

El bobinado primario con “N1” espiras es aquel por el cual ingresa la energía y

el secundario con “N2” espiras es aquel por el cual se suministra dicha energía.

La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria. Las

demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador

cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 181

elevador. Si el voltaje secundario es inferior al primario este dispositivo recibe

el nombre de transformador reductor.

La razón de transformación del voltaje entre el bobinado "Primario" y el

"Secundario" depende del número de vueltas que tenga cada uno. Esta

característica esta expresada en la siguiente relación:

aVundarioelenVoltaje

VprimarioelenVoltaje

nundariodelespirasdeNúmero

nprimariodelespirasdeNúmero

S

P

S

p

)(sec___

)(___

)(sec____

)(____

A estas relaciones la llamaremos relación de transformación, la cual puede

adoptar los siguientes valores:

a > 1 La tensión aplicada es superior a la tensión en el secundario, el tipo de

transformador es reductor de tensión.

a < 1 La tensión aplicada es inferior a la tensión en el secundario, el tipo de

transformador es elevador de tensión.

a = 1 Las dos tensiones son iguales, y se lo utiliza para aislar tensiones en

sistemas de protección o medición.

Como analizamos un transformador ideal en el cual no hay pérdidas, la

potencia que se consume en la carga, es la misma que suministra la fuente, por

lo que se cumple:

4.16. PROTOBOARD.

Proviene de dos palabras compuestas prototipe (prototipo) board (tarjeta), se

utiliza para realizar montajes de circuitos de manera rápida, sencilla y los

componentes se pueden insertarse y extraerse fácilmente.

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Los contactos están separados entre sí por una distancia de 0.1” (2,54 mm),

correspondiente ala separación de los pines o terminales de los circuitos

integrados, principales componentes de los circuitos electrónicos actuales. Esta

disposición también permite instalar fácilmente los demás componentes

electrónicos como transistores, resistencias y condensadores.

Estos tableros están formados por una base de plástico que tiene una serie de

perforaciones con una disposición especial. Debajo de estas perforaciones, se

encuentran unas láminas metálicas que forman contactos, en donde se unen

los diferentes terminales de los componentes del circuito. Estas láminas se

fabrican de un metal flexible de berilio-cobre recubierto con plata-níquel y en

algunos casos de oro. El recubrimiento impide que los contactos se oxiden y la

flexibilidad del metal permite utilizar cables y terminales de diferente diámetro,

sin deformarse.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 183

TAREA3: IDENTIFICA Y ANALIZA UN DIODO.

El aprendiz de Redes y Comunicación de datos, al término de esta tarea,

podrá identificar en forma escrita las principales características de los diodos

semiconductores. Además expresara su comportamiento en frecuencias de los

mismos:

Identifica los diodos según el material utilizado en su fabricación.

Identifica las principales características de un diodo por el código de marca.

Implementa circuitos para comprobar la respuesta de un diodo en señal

continua y alterna.

1. EQUIPOS Y MATERIALES:

Protoboard.

Cable para puentes.

Milímetro con capacímetro.

Diodos semiconductores: Diodos emisores de Luz (LED), diodos

rectificadores, Diodos Zener.

Generador de señales.

Osciloscopio.

Papel milimetrado.

2. ORDEN DE EJECUCIÓN:

Identifica los principales tipos de diodos.

Identifica los códigos de marca de diodos.

Implementa circuitos básicos con diodos.

Utiliza el generador de señales.

Utiliza el osciloscopio.

Si una persona es perseverante, aunque sea

dura de entendimiento, se hará inteligente; y

aunque sea débil se transformará en fuerte.

Leonardo Da Vinci

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 184

3. OPERACIÓN.

3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL.

Normas de seguridad:

No utilices ninguna herramienta o equipo sin conocer su uso, funcionamiento

y normas de seguridad específicas.

Informa al instructor del material roto o averiado.

No fumar, comer o beber en el taller.

Procura no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras

dentro del laboratorio.

En caso de producirse un accidente comunícalo inmediatamente al

instructor.

Recuerda dónde está situado el botiquín.

Mantenga su puesto de trabajo limpio y ordenado, para evitar accidente.

Mantenga las herramientas ordenadas para evitar accidentes.

.

Normas de protección ambiental:

Al acabar la práctica, limpia y ordena el material utilizado.

Los desechos tóxicos, generados en la tarea deben recolectados y

entregados al instructor para ser depositados en tacho de elementos tóxicos.

3.2. IDENTIFICA LOS PRINCIPALES TIPOS DE DIODOS.

El aprendiz realiza el reconocimiento de las principales características de los

diodos LED, Rectificadores, Zener, Cristal, en forma escrita.

Para esta operación el instructor debe proporcionar al aprendiz Diodos:

Emisores de Luz (LED), rectificadores, Zener, Cristal

Identifica las principales características de los diodos LED.

Los diodos LED son dispositivos electrónicos de estado sólido que convierten

la energía eléctrica directamente en luz de un solo color y sin desperdiciar

energía en calor. Debido a que utilizan la tecnología de generación de luz

llamada “fría”, en la que la mayor parte de la energía se entrega en el espectro

visible al ojo humano.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 185

1. Identifica los diodos principales característicos de los diodos LED.

Tipo de

encapsulado

Color de la

cubierta

Características del

pin del Ánodo

Características del

pin del Cátodo

Identifica las principales características de los diodos Rectificador.

Los diodos rectificadores son aquellos que al ser polarizados por una señal de

corriente y voltaje alterno, en una señal de voltaje y corriente unidireccional.

1. Identifica las principales características de los diodos principales

rectificadores:

Tipo de

encapsulado

Color de la

cubierta del

encapsulado

Código de

marca

Material

semiconductor

utilizado

Características

del pin del

Cátodo

Identifica las principales características de los diodos Zener.

Es un diodo que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas.

Llamados a veces diodos de avalancha o de ruptura, el diodo Zener es la parte

esencial de losreguladores de tensión casi constantes con independencia de

que se presenten grandes variaciones de voltaje, de la resistencia de carga y

temperatura:

1. Identifica las principales características de los diodos principales

rectificadores.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 186

Tipo de

encapsulado

Color de la

cubierta del

encapsulado

Código de

marca

Material

semiconductor

utilizado

Características

del pin del

Cátodo

3.3. IDENTIFICA LOS CÓDIGOS DE MARCA DE DIODOS.

Los sistemas de codificación más empleados, al igual que los diodos, son:

EUROPEO (PROELECTRON).

AMERICANO (JEDEC).

JAPONÉS (JIS).

Identifica códigos de marca europeo (PROELECTRON).

El sistema europeo queda definido por dos letras mayúsculas seguidas de tres

números utilizados componente para equipos de consumo y por tres letras y

dos números para aplicaciones profesionales.

dos letras, [letra], número de serie, [sufijo]

La primera letra del código indica el tipo de material semiconductor empleado

en la fabricación (germanio, silicio,...).

Letra Material Semiconductor

A Germanio

B Silicio

C Arseuro de Galio

R Mezcla de materiales

La segunda indica la construcción y/o principal aplicación.

Letra Material Semiconductor

A Diodo de baja señal

B Diodo Varicap

E Diodo tunel

Y Diodo Rectificador

Z Diodo Zener

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 187

La tercera letra indica que el dispositivo está pensado para aplicaciones

industriales o profesionales, más que para uso comercial. Suele ser una W, X,

Y o Z.

La serie del componente es un número que está comprendido entre 100 y 9999

La letra del sufijo código indica la ganancia del componente (Baja, Media, Alta y

no definida).

Letra Ganancia

A Baja

B Media

C Alta

No definida

1. Identifica las principales características de los diodos con el código de

marca.

Código del

componente

Material utilizado

para su

fabricación

Tipo de

diodo

Aplicación del

componente

Serie Ganancia

Identifica códigos de marca americano (JEDEC).

El sistema Americano queda definido por un número seguida de letra N, la

serie del componente y una letra de sufijo.

número, [letra], número de serie, [sufijo]

El número se obtiene la resta en uno el número de pines del componente.

Numero = (n-1)

La letra será la ene (N).

La serie del componente es un número que está comprendido entre 100 y 9999

La letra del sufijo código indica la ganancia del componente (Baja, Media, Alta y

no definida).

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 188

Letra Ganancia

A Baja

B Media

C Alta

No definida

1. Identifica las principales características de los diodos con el código de

marca.

Código del

componente

Material utilizado

para su

fabricación

Tipo de

diodo

Aplicación del

componente

Serie Ganancia

Identifica códigos de marca Japonés (JIS).

En el sistema japonés el código queda definido por un número(número de

pines del componente disminuido en 1), dos letras (indican el área de

aplicación y tipo de dispositivo), la serie del componente y sufijo.

.

número, [dos letras], número de serie, [sufijo]

El número se obtiene la resta en uno el número de pines del componente.

Numero = (n-1)

Lasdos letras indican el área de aplicación y tipo de dispositivo.

Letra Aplicación

SE Diodo

SR Diodo Rectificador

ST Diodo de avalancha

SV Diodo Varicap

SZ Diodo Zener

.

La serie del componente es un número que está comprendido entre 100 y 9999

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 189

La letra del sufijo código indica la ganancia del componente (Baja, Media, Alta y

no definida).

Letra Ganancia

A Baja

B Media

C Alta

No definida

1. Identifica las principales características de los diodos con el código de

marca.

Código del

componente

Material utilizado

para su

fabricación

Tipo de

diodo

Aplicación del

componente

Serie Ganancia

3.4. IMPLEMENTA CIRCUITOS BÁSICOS CON DIODOS.

El aprendiz implementará en el protoboard circuitos electrónicos básicos con

diodos, resistencias condensadores, fuentes de voltaje continua y alterno, y

expresara en forma gráfica los resultados de dichos circuitos.

Diodos y función de rectificación.

Este es el circuito más simple que puede convertir corriente alterna en corriente

continua. Estos pueden ser de media onda y de onda completa.

a. Rectificador de media onda:

La función de este circuito es eliminar uno de los dos semiperiodos de una

señal alterna senoidal, proveniente de la fuente de voltaje alterno. El

componente electrónico que se usa para este fin es el diodo, que tiene la

propiedad de conducir en un solo sentido.

Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente

de 1A. Si el laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de

Voltaje con una frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 190

Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del

osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la

resistencia RL.

En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna

y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).

Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del

osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la

resistencia RL.

Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del

osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la

resistencia RL.

VP (Fuente)

VP(RL)

Grafica en un papel milimetrado, las

gráficas obtenida en el canal 1 y el canal 2

del Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

Grafica en un papel milimetrado, las

gráficas obtenida en el canal 1 y el canal

2 del Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

Grafica en un papel milimetrado, las

gráficas obtenida en el canal 1 y el canal

2 del Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 191

En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna

y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).

b. Rectificador de onda completa:

El rectificador de onda completa utiliza ambas mitades de la señal senoidal

de entrada, para obtener una salida unipolar, invierte los semiciclos

negativos de la onda senoidal.

Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente

de 1A. Si el laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de

Voltaje con una frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior.

Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del

osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la

resistencia RL.

En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna

y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).

En el circuito anterior agrega un condensador electrolítico de 100µF a 16V, e

impleméntalo en el protoboard, conecta el canal 1 del osciloscopio en la

fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la resistencia RL.

Repita el proceso anterior ubicando el canal 2 del osciloscopio en el

condensador C1.

VP (Fuente)

VP(RL)

VP (Fuente)

VP(RL)

Grafica en un papel milimetrado, las

gráficas obtenida en el canal 1 y el

canal 2 del Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 192

En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente

alterna y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (R1).

c. Conversor Buck:

Es un conversor conmutado en alta frecuencia, son circuitos de potencia

donde los semiconductores, o llaves de potencia, conmutan a una frecuencia

mucho mayor que la de variación de las formas de onda de entrada y salida

del conversor. Esto permite emplear filtros pasa-bajos para eliminar los

componentes armónicos no deseados.

Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente

de 1A. Si el laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de

Voltaje con una frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior.

Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del

osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la

resistencia RL.

VP (Fuente)

VP(R1)

Grafica en un papel milimetrado, las

gráficas obtenida en el canal 1 y el canal

2 del Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

Grafica en un papel milimetrado, las

gráficas obtenida en el canal 1 y el canal

2 del Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 193

En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna

y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (C1).

d. Circuitos recortadores.

Se emplean cuando se quiere seleccionar parte de una onda, distinguiéndola

por quedar encima o por debajo, de un determinado nivel de tensión que se

toma como referencia. A los circuitos recortadores también se les denomina

limitadores o selectores de amplitud.

Se pueden distinguir dos tipos de circuitos recortadores:

Recortadores a un nivel.

Recortadores a dos niveles.

Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente

de 1A, el voltaje de la fuente continua debe ser la mitad de este valor. Si el

laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de Voltaje con una

frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior, el voltaje de la fuente

continua debe ser la mitad de este valor.

Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del

osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la

resistencia Vo.

En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna

y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).

VP (Fuente)

VP(C1)

VP (Fuente)

VP(RL)

Grafica en un papel milimetrado, las gráficas

obtenida en el canal 1 y el canal 2 del

Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 194

Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del

osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la

resistencia Vo.

En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna

y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (v0).

Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del

osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la

resistencia Vo.

VP (Fuente)

VP(Z1)

Grafica en un papel milimetrado, las gráficas

obtenida en el canal 1 y el canal 2 del

Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

Grafica en un papel milimetrado, las

gráficas obtenida en el canal 1 y el canal 2

del Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

Grafica en un papel milimetrado, las gráficas

obtenida en el canal 1 y el canal 2 del

Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 195

En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna

y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (v0).

e. Circuitos Fijadores.

Son circuitos electrónicos que reproducen la forma de onda en la salida,

pero manteniendo fijo su valor máximo o mínimo.

Fijador máximo Positivo.

Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente

de 1A, el voltaje de la fuente continua debe ser la mitad de este valor. Si el

laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de Voltaje con una

frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior, el voltaje de la fuente

continua debe ser la mitad de este valor.

Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del

osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la

resistencia Vo.

En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna

y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).

VP (Fuente)

VP(Z1)

VP (Fuente)

VP(RL)

Grafica en un papel milimetrado, las gráficas

obtenida en el canal 1 y el canal 2 del

Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 196

Fijador mínima Positiva.

Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente

de 1A, el voltaje de la fuente continua debe ser la mitad de este valor. Si el

laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de Voltaje con una

frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior, el voltaje de la fuente

continua debe ser la mitad de este valor.

Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del

osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la

resistencia Vo.

En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna

y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).

Fijador máximo Negativo.

Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente

de 1A, el voltaje de la fuente continua debe ser la mitad de este valor. Si el

laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de Voltaje con una

frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior, el voltaje de la fuente

continua debe ser la mitad de este valor.

Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del

osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la

resistencia Vo.

VP (Fuente)

VP(RL)

Grafica en un papel milimetrado, las gráficas

obtenida en el canal 1 y el canal 2 del

Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 197

En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna

y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).

Fijador mínimo Negativo.

Utiliza un transformador de con un voltaje de salida de 12V y una corriente

de 1A, el voltaje de la fuente continua debe ser la mitad de este valor. Si el

laboratorio no cuenta con una fuente utilizar el generador de Voltaje con una

frecuencia de 60Hz, y un voltaje de 2V o superior, el voltaje de la fuente

continua debe ser la mitad de este valor.

Implementa en el protoboard el siguiente circuito, conecta el canal 1 del

osciloscopio en la fuente de voltaje alterno y el canal 2 del osciloscopio en la

resistencia Vo.

En la siguiente tabla anote los niveles de voltaje de pico de la fuente alterna

y el nivel de voltaje de pico en la resistencia de carga (RL).

VP (Fuente)

VP(RL)

VP (Fuente)

VP(RL)

Grafica en un papel milimetrado, las

gráficas obtenida en el canal 1 y el canal 2

del Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

Grafica en un papel milimetrado, las

gráficas obtenida en el canal 1 y el canal 2

del Osciloscopio.

Pega los resultados obtenidos en el

osciloscopio, en este recuadro.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 198

4. FUNDAMENTO TEÓRICO.

4.1. MATERIALES SEMICONDUCTORES.

En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, descubrió que si a

ciertos cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su

conductividad eléctrica variaba cuando el material se exponía a una fuente de

luz. Ese descubrimiento condujo al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o

solares.

En 1947 William Shockley, investigador también de los Laboratorios Bell,

Walter Brattain y John Barden, desarrollaron el primer dispositivo

semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron “transistor” y que se

convertiría en la base del desarrollo de la electrónica moderna.

Los semiconductores hay dos tipos de portadores de corriente eléctrica, los

portadores de electrones con carga negativa y los portadores de huecos con

carga positiva.

A los materiales semiconductores puros se les conoce como semiconductores

intrínsecos. A los que se le añade impurezas se les denomina extrínseco.

Semiconductores extrínsecos: Son materiales semiconductores puros

contaminados con impurezas en mínimas proporciones (una partícula entre un

millón). A este proceso de contaminación se le denomina dopaje.

Según el tipo de dopaje que se le realice al material existen dos tipos:

Tipo N: En este caso se contamina el material con átomos de valencia 5,

como son Fósforo (P), Arsénico (As) o Antimonio (Sb). Al introducirlos,

fuerzo al quinto electrón de este átomo a vagar por el material

semiconductor, pues no encuentra un lugar estable en el que situarse. Al

conjunto de estos electrones se les llama electrones mayoritarios.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 199

Tipo P: En este caso se contamina el material semiconductor con átomos de

valencia 3, como son Boro (B), Galio (Ga) o indio (In). Si se introduce este

átomo en el material, queda un hueco donde debería ir un electrón. Este

hueco se mueve fácilmente por la estructura como si fuese un portador de

carga positiva. En este caso, los huecos son portadores mayoritarios.

El Arseniuro de Galio (GaAs), es semiconductor inicialmente diseñado para

el uso militar y aeroespacial, hoy en día está siendo utilizado en productos

comerciales. Posee una movilidad de los electrones mayor que en el silicio

o el germanio, y la de los huecos es similar a los del silicio.

Para añadirle impurezas tipo p se utilizan materiales como el zinc, el cadmio

o el cobre. Para añadir impurezas tipo n se utilizan materiales donadores

como el azufre, el selenio, el teluro, etc.

4.2. POLARIZACIÓN DEL DIODO.

El diodo puede ser polarizado en forma directa e inversa.

a. Polarización directa: En este caso, la batería disminuye la barrera de

potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente

de electrones a través de la unión; es decir, el diodo polarizado directamente

conduce la electricidad.

Para que un diodo esté polarizado directamente, tenemos que conectar el

polo positivo de la batería al ánodo del diodo y el polo negativo al cátodo. En

estas condiciones podemos observar que:

El polo negativo de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo

que estos electrones se dirigen hacia la unión p-n.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 200

El polo positivo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p,

esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n.

Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor

que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones

libres del cristal n, adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos

del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unión p-n.

Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la

zona de carga espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona p

convirtiéndose en electrón de valencia. Una vez ocurrido esto el electrón es

atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de átomo en átomo

hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo

conductor y llega hasta la batería.

De este modo, con la batería cediendo electrones libres a la zona n y

atrayendo electrones de valencia de la zona p, aparece a través del diodo

una corriente eléctrica constante hasta el final

b. Polarización inversa: En este caso, el polo negativo de la batería se

conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo que hace aumentar la

zona de carga espacial, y la tensión en dicha zona hasta que se alcanza el

valor de la tensión de la batería, tal y como se explica a continuación:

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 201

El polo positivo de la batería atrae a los electrones libres de la zona n, los

cuales salen del cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se

desplazan hasta llegar a la batería. A medida que los electrones libres

abandonan la zona n, los átomos pentavalentes que antes eran neutros, al

verse desprendidos de su electrón en el orbital de conducción, adquieren

estabilidad (8 electrones en la capa de valencia, ver semiconductor y átomo)

y una carga eléctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones

positivos.

El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes

de la zona p. Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de

valencia, con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes con

los átomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el

electrón que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los

electrones libres cedidos por la batería entran en la zona p, caen dentro de

estos huecos con lo que los átomos trivalentes adquieren estabilidad (8

electrones en su orbital de valencia) y una carga eléctrica neta de -1,

convirtiéndose así en iones negativos.

Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial

adquiere el mismo potencial eléctrico que la batería.

En esta situación, el diodo no debería conducir la corriente; sin embargo,

debido al efecto de la temperatura se formarán pares electrón-hueco (ver

semiconductor) a ambos lados de la unión produciendo una pequeña

corriente (del orden de 1 μA) denominada corriente inversa de saturación.

Además, existe también una denominada corriente superficial de fugas la

cual, como su propio nombre indica, conduce una pequeña corriente por la

superficie del diodo; ya que en la superficie, los átomos de silicio no están

rodeados de suficientes átomos para realizar los cuatro enlaces covalentes

necesarios para obtener estabilidad. Esto hace que los átomos de la

superficie del diodo, tanto de la zona n como de la p, tengan huecos en su

orbital de valencia con lo que los electrones circulan sin dificultad a través

de ellos. No obstante, al igual que la corriente inversa de saturación, la

corriente superficial de fugas es despreciable.

4.3. CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO. El diodo posee características propias, que se pueden representar en curvas, tales como:

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 202

Tensión umbral, de codo o de partida (Vγ): La tensión umbral (también

llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide en valor con la

tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar

directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo,

incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin

embargo, cuando la tensión externa supera la tensión umbral, la barrera de

potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de tensión

se producen grandes variaciones de la intensidad.

Corriente máxima (Imax): Es la intensidad de corriente máxima que puede

conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es función de la

cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño

del mismo.

Corriente inversa de saturación (Is ): Es la pequeña corriente que se

establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de pares

electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por

cada incremento de 10º en la temperatura.

Corriente superficial de fugas: Es la pequeña corriente que circula por la

superficie del diodo (ver polarización inversa), esta corriente es función de la

tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la

corriente superficial de fugas.

Tensión de ruptura (Vr): Es la tensión inversa máxima que el diodo puede

soportar antes de darse el efecto avalancha.

Efecto avalancha (diodos poco dopados). En polarización inversa se

generan pares electrón-hueco que provocan la corriente inversa de

saturación; si la tensión inversa es elevada los electrones se aceleran

incrementando su energía cinética de forma que al chocar con electrones de

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 203

valencia pueden provocar su salto a la banda de conducción. Estos

electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensión,

chocando con más electrones de valencia y liberándolos a su vez. El

resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande.

Este fenómeno se produce para valores de la tensión superiores a 6 V.

Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto más dopado está el material,

menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo eléctrico E

puede expresarse como cociente de la tensión V entre la distancia d; cuando

el diodo esté muy dopado, y por tanto d sea pequeño, el campo eléctrico

será grande, del orden de 3·105 V/cm. En estas condiciones, el propio

campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementándose

la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores.

4.4. MODELO MATEMÁTICO.

El modelo matemático más empleado es el de Shockley (en honor a William

Bradford Shockley) que permite aproximar el comportamiento del diodo en la

mayoría de las aplicaciones. La ecuación que liga la intensidad de corriente y la

diferencia de potencial es:

Dónde:

I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo y VD la diferencia de

tensión entre sus extremos.

IS es la corriente de saturación.

q es la carga del electrón.

T es la temperatura absoluta de la unión.

k es la constante de Boltzmann.

n es el coeficiente de emisión, dependiente del proceso de fabricación del

diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de

2 (para el silicio).

El término VT = kT/q = T/11600 es la tensión debida a la temperatura, del

orden de 26 mV a temperatura ambiente (300 K ó 27 ºC).

Con objeto de evitar el uso de exponenciales (a pesar de ser uno de los

modelos más sencillos), en ocasiones se emplean modelos más simples aún,

que modelizan las zonas de funcionamiento del diodo por tramos rectos; son

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 204

los llamados modelos de continua o de Ram-señal que se muestran en la

figura. El más simple de todos (4) es el diodo ideal.

4.5. DIODO LASER.

El diodo laser es un dispositivo semiconductor similar a los diodos LED pero

que bajo las condiciones adecuadas emite luz láser. A veces se los denomina

diodos láser de inyección, o por sus siglas inglesas LD o ILD.

Construcción: Las capas de los materiales semiconductores están

dispuestas de modo que se crea una región activa en la unión p-n, y en la

que aparecen fotones como consecuencia del proceso de recombinación.

Una capa metálica superpuesta a las caras superior e inferior permite aplicar

un voltaje externo al láser. Las caras del semiconductor cristalino están

cortadas de forma que se comportan como espejos de la cavidad óptica

resonante.

Curva característica: Si la condición requerida para la acción láser de

inversión de población no existe, los fotones serán emitidos por emisión

espontánea. Los fotones serán emitidos aleatoria mente en todas las

direcciones, siendo ésta la base de los LED - diodo emisor de luz.

La inversión de población sólo se consigue con un bombeo externo.

Aumentando la intensidad de la corriente aplicada a la unión p-n, se alcanza

el umbral de corriente necesario para conseguir la inversión de población.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 205

El umbral e corriente para el efecto láser viene determinado por la

intersección de la tangente de la curva con el eje X que indica la corriente

(esta es una buena aproximación) Cuando el umbral de corriente es bajo, se

disipa menos energía en forma de calor, con lo que la eficiencia del láser

aumenta. En la práctica, el parámetro importante es la densidad de corriente,

medida en A/cm2, de la sección transversal de la unión p-n.

Estructura: Hoy en día una estructura habitual es una tira estrecha de la

capa activa (Stripe Geometry - Geometría en tiras), confinada por todos los

lados (tanto por los lados como por arriba y abajo) con otro material.

Esta familia de láseres se denomina Index Guided Lasers - Láseres

orientados al índice. Se requieren monturas especiales para los láseres de

diodo, debido a su tamaño miniaturizado, para poder ser operativos y

cómodos. Existen muchos tipos de monturas, pero quizás el más estándar

es similar a un transistor, e incluye en la montura las ópticas necesarias para

colimar el haz.

4.6. DIODO ZENER.

También llamado diodo de avalancha, es un diodo Zener, es un diodo de silicio

que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas. Llamados a

veces diodos de avalancha o de ruptura, se emplean para producir entre sus

extremos una tensión constante e independiente de la corriente que las

atraviesa según sus especificaciones. Para conseguir esto se aprovecha la

propiedad que tiene la unión PN cuando se polariza inversamente al llegar a la

tensión de ruptura (tensión de zener), pues, la intensidad inversa del diodo

sufre un aumento brusco. Esta tensión de ruptura depende de las

características de construcción del diodo, se fabrican desde 2 a 200 voltios.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 206

Curva característica: El efecto zener se basa en la aplicación de tensiones

inversas que originan, debido a la característica constitución de los mismos,

fuertes campos eléctricos que causan la rotura de los enlaces entre los

átomos dejando así electrones libres capaces de establecer la conducción.

Su característica es tal que una vez alcanzado el valor de su tensión versa

nominal y superando la corriente a su través un determinado valor mínimo, la

tensión en pines del diodo se mantiene constante e independiente de la

corriente que circula por él.

Características Principales: Tres son las características que diferencian a

los diversos diodos Zener entre sí:

- Tensiones de polarización inversa, conocida como tensión zener. Es

la tensión que el zener va a mantener constante.

- Corriente mínima de funcionamiento. Si la corriente a través del zener

es menor, no hay seguridad en que el Zener mantenga constante la

tensión en sus pines.

- Potencia máxima de disipación. Puesto que la tensión es constante,

nos indica el máximo valor de la corriente que puede soportar el Zener.

Por tanto el Zener es un diodo que al polarizarlo inversamente mantiene

constante la tensión en sus pines a un valor llamado tensión de Zener,

pudiendo variar la corriente que lo atraviesa entre el margen de valores

comprendidos entre el valor mínimo de funcionamiento y el

correspondiente a la potencia de zener máxima que puede disipar. Si

superamos el valor de esta corriente el zener se destruye.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 207

El diodo zener también se emplea en circuitos estabilizadores o reguladores

de la tensión.

Símbolo electrónico:

4.7. DIODO LED.

Un LED (Light Emitting Diode- Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo

semiconductor que emite radiación visible, infrarroja o ultravioleta cuando se

hace pasar un flujo de corriente eléctrica a través de este en sentido directo.

Esencialmente es una unión PN cuyas regiones P y regiones N pueden estar

hechas del mismo o diferente semiconductor. El color de la luz emitida está

determinado por la energía del fotón, y en general, esta energía es

aproximadamente igual a la energía de salto de banda del material

semiconductor en la región activa del LED.

Los elementos componentes de los LED's son transparentes o coloreados, de

un material resina-epoxy, con la forma adecuada e incluye el corazón de un

LED: el chip semiconductor.

Los terminales se extienden por debajo de la cápsula del LED o foco e indican

cómo deben ser conectados al circuito. El lado negativo está indicado de dos

formas:

El chip tiene dos regiones separadas por una juntura. La región P está

dominada por las cargas positivas, y la N por las negativas. La juntura actúa

como una barrera al paso de los electrones entre la región P y la N; sólo

cuando se aplica el voltaje suficiente al chip puede pasar la corriente y

entonces los electrones pueden cruzar la juntura hacia la región P.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 208

Si la diferencia de potencial entre los terminales del LED no es suficiente, la

juntura presenta una barrera eléctrica al flujo de electrones.

El material que compone el diodo LED, es importante ya que el color de la luz

emitida por el LED depende únicamente del material y del proceso de

fabricación principalmente de los dopados y por ende el color. Como se

muestra a continuación:

Color Tensión en directo

Infrarrojo 1,3v

Rojo 1,7v

Naranja 2,0v

Amarillo 2,5v

Verde 2,5v

Azul 4,0v

Clasificación:

LED monocolor: Posee un diodo que puede ser de color rojo, naranja, amarillo, verde o azul.

Símbolo electrónico:

LED bicolor: Están formados por dos diodos conectados en paralelo e

inverso. Se suele utilizar en la detección de polaridad.

Símbolo electrónico:

LED tricolor: Formado por dos diodos LED (verde y rojo) montado con el

cátodo común. El terminal más corto es el ánodo rojo, el del centro, es el

cátodo común y el tercero es el ánodo verde.

Símbolo electrónico:

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 209

4.8. DIODO DE CRISTAL.

Los primeros diodos semiconductores se comenzaron a utilizar desde

principios del siglo 20. Eran de “punta de contacto” los cuales se construían a

partir de una piedra de galena, que se empleaban como “detectora” de

emisiones radiales en los primitivos receptores llamados también “radios de

galena”.

Varios años después, en 1946, la firma estadounidense “Sylvania” introdujo el

primer diodo de señal de punta de contacto, que empleaba como elemento

semiconductor un pequeño cristal germanio (Ge) en contacto con la punta de

un fino alambre de wolframio (tungsteno).

Esos pequeños diodos se destinaron en un inicio a ser utilizados como

rectificadores de corriente alterna y como detectores de corrientes de alta

frecuencia en los circuitos electrónicos, manteniendo aún los mismos usos. En

la actualidad se producen también diodos de punta de contacto que emplean

silicio (Si) como elemento semiconductor, construyéndose de forma parecida a

los de germanio.

Los diodos de punta de contacto sólo admiten corrientes de muy baja

intensidad pero, sin embargo, al contrario de lo que ocurre con los diodos de

unión p-n, pueden soportar corrientes de frecuencias muy altas, o sea, de

radiofrecuencia. Estos diodos se emplean, fundamentalmente, como

rectificadores de corrientes alternas (C.A.) de muy poco amperaje para

convertirlas en pulsante o en directa (C.D.), o como detectores de las corrientes

de radiofrecuencia moduladas con los sonidos que se emiten por las antenas

de las estaciones de radio. La función del diodo como detector es separar los

sonidos contenidos en las ondas de baja frecuencia (o audiofrecuencia)

eliminando la onda portadora de radiofrecuencia al ser captada por los

receptores de radio. La onda de audiofrecuencia, una vez detectada, se

amplifica para hacerla audibles a través del altavoz de los receptores de radio,

de televisión, teléfonos móviles, amplificadores de sonido, etc.

Todos los diodos de punta de contacto son de pequeño tamaño (no llegan a

superar los 5 mm de longitud). En el caso del diodo de germanio los elementos

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 210

que lo constituyen se protegen dentro de una cápsula de cristal, mientras que

los de silicio se encapsulan tanto en cristal como en plástico. Al igual que los

diodos de unión p-n, los de punta de contacto cuentan con sus

correspondientes alambres conductores fijados a cada uno de los extremos

para facilitar su conexión al circuito electrónico a la hora de utilizarlos.

Símbolo electrónico:

4.9. DIODO DE CORRIENTE CONSTANTE.

Realmente es un JFET, con su compuerta conectada a la fuente, y funciona

como un limitador de corriente de dos terminales análogo al diodo Zener, el

cual limita el voltaje. Ellos permiten una corriente a través de ellos para

alcanzar un valor adecuado y así estabilizarse en un valor específico. También

suele llamarse CLDs (por sus siglas en inglés) o diodo regulador de corriente.

Símbolo electrónico:

4.10. DIODO TÚNEL O ESAKI.

En 1958, el físico japonés Esaki, descubrió que los diodos semiconductores

obtenidos con un grado de contaminación del material básico mucho más

elevado que lo habitual exhiben una característica tensión-corriente muy

particular.

La corriente comienza por aumentar de modo casi proporcional a la tensión

aplicada hasta alcanzar un valor máximo, denominado corriente de cresta. A

partir de este punto, si se sigue aumentando la tensión aplicada, la corriente

comienza a disminuir y lo siga haciendo hasta alcanzar un mínimo, llamado

corriente de valle, desde el cual de nuevo aumenta. El nuevo crecimiento de la

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 211

corriente es al principio lento, pero luego se hace cada vez más rápido hasta

llegar a destruir el diodo si no se lo limita de alguna manera. Este

comportamiento particular de los diodos muy contaminados se debe a lo que

los físicos denominan efecto túnel, del que no nos ocuparemos aquí debido a

su complejidad.

Para las aplicaciones prácticas del diodo túnel, la parte más interesante de su

curva característica es la comprendida entre la cresta y el valle. En esta parte

de la curva a un aumento de la tensión aplicada corresponde una disminución

de la corriente; en otros términos, la relación entre un incremento de la tensión

y el incremento resultante de la corriente es negativa y se dice entonces que

esta parte de la curva representa una “resistencia incremental negativa”.

Una resistencia negativa puede compensar total o parcialmente una resistencia

positiva. Así, por ejemplo, las pérdidas que se producen en un circuito

resonante a causa de la presencia siempre inevitable de cierta resistencia en

él, se compensa asociando al circuito una resistencia negativa de valor

numérico conveniente y realizada por ejemplo, mediante un diodo túnel. En tal

caso el circuito oscilante se transforma en un oscilador.

Símbolo electrónico:

4.11. DIODO GUNN.

El efecto fue descubierto por John B. Gunn en 1963. El efecto Gunn es un

instrumento eficaz para la generación de oscilaciones en el rango de las

microondas en los materiales semiconductores.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 212

Gunn observó esta característica en el Arseniuro de Galio (GaAs) y el Fósforo

de Indio (InP). El efecto Gunn es una propiedad del cuerpo de los

semiconductores y no depende de la unión misma, ni de los contactos,

tampoco depende de los valores de voltaje y corriente y no es afectado por

campos magnéticos.

Cuando se aplica un pequeño voltaje continuo a través de una plaquita delgada

de Arseniuro de Galio (GaAs), ésta presenta características de resistencia

negativa. Todo esto bajo la condición de que el voltaje en la plaquita sea mayor

a los 3.3 voltios / cm. Ahora, si esta plaquita es conectada a un circuito

sintonizado (generalmente una cavidad resonante), se producirán oscilaciones

y todo el conjunto se puede utilizar como oscilador.

Este efecto Gunn sólo se da en materiales tipo N (material con exceso de

electrones) y las oscilaciones se dan sólo cuando existe un campo eléctrico.

Estas oscilaciones corresponden aproximadamente al tiempo que los

electrones necesitan para atravesar una plaquita de material tipo N cuando se

aplica el voltaje en continua.

Resistencia negativa en el diodo Gunn: El Arseniuro de Galio (GaAs) es uno

de los pocos materiales semiconductores que en una muestra con dopado tipo

N, tiene una banda de energía vacía más alta que la más elevada de las que se

encuentran ocupadas parcial o totalmente.

Funcionamiento de resistencia positiva: Cuando se aplica un voltaje a la

plaquita (tipo N) de Arseniuro de Galio (GaAs), los electrones, que el

material tiene en exceso, circulan y producen una corriente al terminal

positivo.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 213

Si se aumenta la tensión, la velocidad de la corriente aumenta.

Comportamiento típico y el gráfico tensión-corriente es similar al que dicta la

ley de Ohm.

Funcionamiento de resistencia negativa: Si a plaquita anterior se le sigue

aumentando el voltaje, se les comunica a los electrones una mayor energía,

pero en lugar de moverse más rápido, los electrones saltan a una banda de

energía más elevada, que normalmente está vacía, disminuyen su velocidad

y por ende la corriente.

De esta manera una elevación del voltaje en este elemento causa una

disminución de la corriente.

Eventualmente, el voltaje en la plaquita se hace suficiente para extraer

electrones de la banda de mayor energía y menor movilidad, por lo que la

corriente aumentará de nuevo con el voltaje.

La característica voltaje contra corriente se parece mucho a la del diodo

Tunnel.

La aplicación más común es la del oscilador Gunn

Símbolo electrónico:

4.12. DIODO OLED (ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE).

En corriente continua (CC), todos los diodos emiten cierta cantidad de radiación

cuando los pares electrón-hueco se recombinan; es decir, cuando los

electrones caen desde la banda de conducción (de mayor energía) a la banda

de valencia (de menor energía), emitiendo fotones en el proceso. Su color

dependerá de la altura de la banda prohibida (diferencias de energía entre las

bandas de conducción y valencia), es decir, de los materiales empleados.

Los diodos convencionales, de silicio o germanio, emiten radiación infrarroja

muy alejada del espectro visible. Sin embargo, con materiales especiales

pueden conseguirse longitudes de onda visibles. Los leds e IRED, además

tienen geometrías especiales para evitar que la radiación emitida sea

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reabsorbida por el material circundante del propio diodo, lo que sucede en los

convencionales.

Compuesto Color

Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo

Arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) Rojo e infrarrojo

Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP) Rojo, anaranjado y amarillo

Fosfuro de galio (GaP) Verde

Nitruro de galio (GaN) Verde

Seleniuro de zinc (ZnSe) Azul

Nitruro de galio e indio (InGaN) Azul

Carburo de silicio (SiC) Azul

Diamante (C) Ultravioleta

Silicio (Si) En desarrollo

Los primeros diodos construidos fueron los diodos infrarrojos y de color rojo,

permitiendo el desarrollo tecnológico posterior la construcción de diodos para

longitudes de onda cada vez menores. En particular, los diodos azules fueron

desarrollados a finales de los años noventa por Shuji Nakamura, lo que

permitió por combinación de los mismos— la obtención de luz blanca.

El diodo de seleniuro de zinc puede emitir también luz blanca si se mezcla la

luz azul que emite con la roja y verde creada por fotoluminiscencia. La más

reciente innovación en el ámbito de la tecnología led son los diodos ultravioleta,

que se han empleado con éxito en la producción de luz negra para iluminar

materiales fluorescentes.

Los leds comerciales típicos están diseñados para potencias del orden de los

30 a 60mW. En torno a 1999 se introdujeron en el mercado diodos capaces de

trabajar con potencias de 1W para uso continuo; estos diodos tienen matrices

semiconductoras de dimensiones mucho mayores para poder soportar tales

potencias e incorporan aletas metálicas para disipar el calor (véase

convección) generado por efecto Joule.

Nichia Corporation ha desarrollado leds de luz blanca con una eficiencia

luminosa de 150 lm/W, utilizando para ello una corriente de polarización directa

de 20 miliamperios (mA). Esta eficiencia, comparada con otras fuentes de luz

en términos de rendimiento sólo, es aproximadamente 1,7 veces superior a la

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de la lámpara fluorescente con prestaciones de color altas (90 lm/W) y

aproximadamente 11,5 veces la de una lámpara incandescente (13 lm/W). Su

eficiencia es incluso más alta que la de la lámpara de vapor de sodio de alta

presión (132 lm/W), que está considerada como una de las fuentes de luz más

eficientes.

El comienzo del siglo XXI ha visto aparecer los diodos OLED (ledes orgánicos),

fabricados con materiales polímeros orgánicos semiconductores. Aunque la

eficiencia lograda con estos dispositivos está lejos de la de los diodos

inorgánicos, su fabricación promete ser considerablemente más barata que la

de aquellos, siendo además posible depositar gran cantidad de diodos sobre

cualquier superficie empleando técnicas de pintado para crear pantallas en

color.

4.13. FOTODIODOS.

El fotodiodo se parece mucho a un diodo semiconductor común, pero tiene una

característica que lo hace muy especial: es un dispositivo que conduce una

cantidad de corriente eléctrica proporcional a la cantidad de luz que lo incide (lo

ilumina).

Esta corriente eléctrica fluye en sentido opuesto a la flecha del diodo y se llama

corriente de fuga.

4.14. DIODO CON PUNTAS DE CONTACTO.

Funcionan igual que los diodos semiconductores de unión mencionados

anteriormente aunque su construcción es más simple.

Este diodo posee una punta de contacto en forma de muelle (1) que se hay

conectada con un cristal de tipo P (2), el cual se haya a su vez en contacto con

un cristal de tipo N (3). En la parte baja, una base metálica hace de soporte y

asegura la rigidez del conjunto. Exactamente igual que ocurre con los diodos

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de unión, el diodo de punta de contacto se comporta dejando pasar la corriente

en un solo sentido.

Símbolo electrónico:

4.15. DIODO PIN.

Un diodo PIN tiene una sección central sin doparse o en otras palabras una

capa intrínseca formando una estructura p-intrínseca-n.

Son usados como interruptores de alta frecuencia y atenuadores. También son

usados como detectores de radiación ionizante de gran volumen y como

fotodetectores. Los diodos PIN también se usan en la electrónica de potencia y

su capa central puede soportar altos voltajes. Además, la estructura del PIN

puede encontrarse en dispositivos semiconductores de potencia, tales como

IGBTs, MOSFETs de potencia y tiristores.

Símbolo electrónico:

4.16. DIODO SCHOTTKY.

El diodo Schottky está construido de un metal a un contacto de semiconductor.

Tiene una tensión de ruptura mucho menor que los diodos PN. Su tensión de

ruptura en corrientes de 1mA está en el rango de 0.15V a 0.45V, lo cual los

hace útiles en aplicaciones de fijación y prevención de saturación en un

transistor.

También se pueden usar como rectificadores con bajas pérdidas aunque su

corriente de fuga es mucho más alta que la de otros diodos. Los diodos

Schottky son portadores de carga mayoritarios por lo que no sufren de

problemas de almacenamiento de los portadores de carga minoritarios que

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ralentizan la mayoría de los demás diodos (por lo que este tipo de diodos tiene

una recuperación inversa más rápida que los diodos de unión pn. Tienden a

tener una capacitancia de unión mucho más baja que los diodos pn que

funcionan como interruptores veloces y se usan para circuitos de alta velocidad

como fuentes conmutadas, mezclador de frecuencias y detectores.

Símbolo electrónico:

4.17. CIRCUITOS LIMITADORES.

Es frecuente encontrar como primera etapa de otros circuitos y cuya misión es

impedir que las señales que los atacan alcancen cierto valor.

Recortador positivo de nivel: Se utiliza para eliminar una porción del

semiperíodo positivo de la señal. El semiciclo negativo queda inalterado. Sólo

indicar la disminución de la tensión debido a la pérdida sufrida por el divisor

formado por R1 y RLoad.

La ecuación está formada por un sumando aproximadamente constante, más

otro sumando que añade una perturbación. Atenuada por la relación de la

resistencia dinámica del diodo y la resistencia limitadora del mismo.

Recortador negativo de nivel: Esta disposición es similar al anterior solo que

elimina la parte del semiperíodo negativo.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 218

La ecuación está formada por un sumando aproximadamente constante, más

otro sumando que añade una perturbación. Atenuada por la relación de la

resistencia dinámica del diodo y la resistencia limitadora del mismo.

Elevador de nivel. Este montaje eleva con un nivel de continua el valor de

comienzo de la señal alterna introducida. Téngase en cuenta la necesidad de

una resistencia de alto valor para evitar la descarga rápida de la carga

almacenada en del condensador.

Fijador positivo de nivel: Este montaje es útil para fijar un pedestal de tensión

a partir del cual se dejará pasar toda la señal que apliquemos al circuito

El valor de la tensión inicial de conducción de la señal de salida viene definida

por:

Vinicial= V2-V

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 219

Fijador negativo de nivel: Este circuito tiene un funcionamiento contrario al

anterior

El valor de la tensión inicial de conducción de la señal de salida viene definida

por:

Vinicial= V2-V

4.18. RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA.

La rectificación es un proceso por el cual se obtiene corriente y tensión

unidireccional, partiendo de una tensión alterna.

Para dicho proceso se utilizan diodos, ya que los mismos conducen corriente

en un solo sentido.

En todo circuito rectificador interesa definir:

La forma de onda de la corriente y la tensión sobre la carga.

La eficiencia del sistema rectificador, que es la relación de la potencia de

salida, a la potencia tomada de la fuente.

El valor máximo o de cresta de la corriente por el diodo.

El valor máximo de la tensión a través del elemento rectificador en el sentido

inverso(Tensión de pico ó cresta inversa).

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Podemos observar que durante el intervalo de 0 - π , el borne “u” es más

positivo, con lo cual el diodo “D” conduce, y sobre la resistencia de carga RC ,

circula una corriente cuyo valor está dado por:

En el intervalo π - 2 π, la polaridad de “u” es negativa con respecto a “v” (“v” es

positiva con respecto a “u”), por lo tanto no hay circulación de corriente (Diodo

bloqueado). Situación que se muestra en la figura.

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4.19. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA.

Es un circuito que está formado por cuatro diodos. A esta conexión especial se

la conoce como puente de Graetz o puente de diodos. En relación al

rectificador de media onda, su mejor ventaja sería la tensión inversa soportada.

Cuando el nodo “u” del secundario del transformador es más positivo que él “v”,

los diodosD1 y D2 están en condiciones de conducción y los diodos D3 y D4 se

bloquean. Es decir luego en el semiciclo positivo la corriente circula saliendo

desde el borne “u” pasa por el diodo D1, por la carga RC y a través del diodo D2

retorna al transformador por el borne “v”. Esto se puede observar en la figura.

En el siguiente semiciclo el borne “v” es más positivo que él “u”, con lo cual el

proceso es similar, pero los diodos que conducen son los D3 y D4 y se bloquean

los diodos D1 y D2, siendo el sentido de circulación de la corriente en la carga

igual en ambos casos, según lo mostrado en la figura.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 222

4.20. CODIFICACIÓN.

A continuación se detallan los sistemas de codificación más utilizados en los

componentes semiconductores.

Los sistemas de codificación más empleados, al igual que los diodos, son:

EUROPEO (PROELECTRON).

AMERICANO (JEDEC).

JAPONÉS (JIS).

a. PROELECTRON (SISTEMA EUROPEO). El sistema europeo queda

definido por dos letras mayúsculas seguidas de tres números utilizados

componente para equipos de consumo y por tres letras y dos números

para aplicaciones profesionales.

dos letras, [letra], número de serie, [sufijo]

La primera letra del código indica el tipo de material semiconductor

empleado en la fabricación (germanio, silicio,...).

Letra Material Semiconductor

A Germanio

B Silicio

C Arseuro de Galio

R Mezcla de materiales

La segunda indica la construcción y/o principal aplicación.

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Letra Material Semiconductor

A Diodo de baja señal

B Diodo Varicap

E Diodo túnel

Y Diodo Rectificador

Z Diodo Zener

La tercera letra indica que el dispositivo está pensado para aplicaciones

industriales o profesionales, más que para uso comercial. Suele ser una W,

X, Y o Z.

La serie del componente es un número que está comprendido entre 100 y

9999.

La letra del sufijo código indica la ganancia del componente (Baja, Media,

Alta y no definida).

Letra Ganancia

A Baja

B Media

C Alta

No definida

b. Identifica códigos de marca americano (JEDEC): El sistema

Americano queda definido por un número seguida de letra N, la serie del

componente y una letra de sufijo.

Número, [letra], número de serie, [sufijo]

El número se obtiene la resta en uno el número de pines del componente.

Numero = (n-1)

La letra será la ene (N).

La serie del componente es un número que está comprendido entre 100 y

9999.

La letra del sufijo código indica la ganancia del componente (Baja, Media,

Alta y no definida).

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 224

Letra Ganancia

A Baja

B Media

C Alta

No definida

c. Identifica códigos de marca japonés(JIS). En el sistema japonés el

código queda definido por un número(número de pines del componente

disminuido en 1), dos letras (indican el área de aplicación y tipo de

dispositivo), la serie del componente y sufijo.

.

número, [dos letras], número de serie, [sufijo]

El número se obtiene la resta en uno el número de pines del componente.

Numero = (n-1)

Las dos letras indican el área de aplicación y tipo de dispositivo.

Letra Aplicación

SE Diodo

SR Diodo Rectificador

ST Diodo de avalancha

SV Diodo Varicap

SZ Diodo Zener

.

La serie del componente es un número que está comprendido entre 100 y

9999

La letra del sufijo código indica la ganancia del componente (Baja, Media,

Alta y no definida).

Letra Ganancia

A Baja

B Media

C Alta

No definida

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 225

DO 35 DO 41 DO 15 DO 201

4.21. ENCAPSULADO DE DIODOS.

Existen muchos tipos de encapsulado de diodos que se utilizan en la industria

electrónica domestica e industrial. Los tipos de encapsulados definen algunas

características importantes de los componentes, como por ejemplo: número de

pines, diámetro, ancho, etc.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 226

B 44

DO 5

4.22. DIODOS SMD.

La evolución de los encapsulados de componentes electrónicos y su marcada

tendencia a la miniaturización está ligada tanto a cuestiones técnicas como al

gusto de los consumidores, ávidos por obtener sistemas cada día más

compactos, livianos y portátiles, sin que esto vaya en detrimento de la

funcionalidad y la alta performance.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 227

Los diodos en todas sus presentaciones no han sido la excepción por este

motivo se han desarrollado distintos tipos de encapsulado. Siendo los más

utilizados:

Encapsulado MELF. Existen componentes pasivos de forma cilíndrica,

conocidos como MELF y sus variantes maxi, mini y micro-MELF. Sus

terminales de conexión consisten en extremos metalizados y estañados.

Códigos Micro-MELF Mini-MELF MELF Maxi-MELF

Largo 2,0 3,5 3,6 5,9

Diámetro 1,2 1,4 2,0 2,2

Encapsulado Small Outline Diode(SOD).Es un encapsulado para

condensadores pequeños montados en superficie, tiene distintas versiones:

SOD123, SOD323 y SOD87.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 228

TAREA4: IDENTIFICA Y ANALIZA UN TRANSISTOR.

El aprendiz de Redes y Comunicación de datos, al término de esta tarea,

podrá identificar en forma escrita las principales características de los

transistores bipolares de Juntura (BJT) y Transistores de Efecto de Campo

(FET). Además implementara circuitos electrónicos básicos con transistores:

Identifica los transistores según el material utilizado en su fabricación.

Identifica las principales características de un transistor por el código de

marca.

Implementa circuitos para comprobar la respuesta de los Transistores en

señal continua y alterna.

1. EQUIPOS Y MATERIALES.

Protoboard.

Cable para puentes.

Milímetro con capacímetro.

Transistores Bipolares de Juntura (BJT), Transistores de Efecto de Campos

(FET).

Generador de señales.

Osciloscopio.

Papel milimetrado.

2. ORDEN DE EJECUCIÓN.

Identifica los principales tipos de transistores BJT.

Identifica los códigos de marca de transistores BJT.

Identifica los principales tipos de transistores FET.

Identifica los códigos de marca de transistores FET.

Implementa circuitos básicos con transistores.

Implementa filtro pasa bajo activo.

Estar preparado es importante, saber esperar lo

es aún más, pero aprovechar el momento

adecuado es la clave de la vida.

Arthur Schnitzler

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 229

Implementa filtro pasa alto activo.

Implementa filtro pasa banda activo.

Implementa filtro rechaza banda activo.

Utiliza el generador de señales.

Utiliza el osciloscopio.

3. OPERACIÓN.

3.1. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL.

Normas de seguridad:

No utilices ninguna herramienta o equipo sin conocer su uso, funcionamiento

y normas de seguridad específicas.

Informa al instructor del material roto o averiado.

No fumar, comer o beber en el taller.

Procura no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras

dentro del laboratorio.

En caso de producirse un accidente comunícalo inmediatamente al

instructor.

Recuerda dónde está situado el botiquín.

Mantenga su puesto de trabajo limpio y ordenado, para evitar accidente.

Mantenga las herramientas ordenadas para evitar accidentes.

.

Normas de protección ambiental:

Al acabar la práctica, limpia y ordena el material utilizado.

Los desechos tóxicos, generados en la tarea deben recolectados y

entregados al instructor para ser depositados en tacho de elementos tóxicos.

3.2. IDENTIFICA LOS PRINCIPALES TIPOS DE TRANSISTORES

BIPOLARES DE JUNTURA (BJT).

El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos,

puede ser de germanio o silicio.

Existen dos tipos transistores: el Transistor NPN y el Transistor PNP, y la

dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en

el gráfico de cada tipo de transistor.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 230

1. Identifica los diodos principales característicos de los diodos LED.

Tipo de

encapsulado

Numero

de pines

Como se

denomina el

Pin1

Como se

denomina el

Pin2

Como se

denomina el

Pin2

2. De los valores obtenidos en la tabla anterior determine qué tipo de transistor

es cada uno de los utilizados.

3.3. IDENTIFICA LOS CÓDIGOS DE MARCA DE UN TRANSISTOR BJT.

Los sistemas de codificación más empleados, al igual que los diodos, son:

EUROPEO (PROELECTRON).

AMERICANO (JEDEC).

JAPONÉS (JIS).

El procedimiento de identificación del código utilizado por los transistores BJT

es similar al utilizado por los Diodos. Lo cual fue tratado en la tarea anterior.

1. Identifica las principales características de los diodos con el código de

marca.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 231

Código del

componente

Material utilizado

para su

fabricación

Tipo de

Transistor

hfe Frecuencia Ganancia

3.4. IDENTIFICA LOS PRINCIPALES TIPOS DE TRANSISTORES DE

EFECTO DE CAMPO (FET).

Transistor de efecto de campo (FET) son dispositivos semiconductores donde

el control de la corriente se realiza mediante un campo eléctrico. Tienen las

siguientes características:

Dispositivo unipolar: un único tipo de portadores de carga.

Ocupa menos espacio en un circuito integrado que el bipolar, lo que supone

una gran ventaja para aplicaciones de microelectrónica.

Tienen una gran impedancia de entrada (del orden de MΩ).

Existen dos tipos de transistores de efecto campo:

a. De unión:

FET.

MESFET

b. De puerta aislada:

IGFET

MOS

MOST o MOSFET

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 232

1. Identifica los diodos principales característicos de los diodos LED.

Tipo de

encapsulado

Numero

de pines

Como se

denomina el

Pin1

Como se

denomina el

Pin2

Como se

denomina el

Pin2

2. De los valores obtenidos en la tabla anterior determine qué tipo de transistor

es cada uno de los utilizados.

3.5. IDENTIFICA LOS CÓDIGOS DE MARCA DE UN TRANSISTOR FET.

Los sistemas de codificación más empleados, al igual que los diodos, son:

EUROPEO (PROELECTRON)

AMERICANO (JEDEC)

JAPONÉS (JIS)

El procedimiento de identificación del código utilizado por los transistores FET

es similar al utilizado por los Diodos. Lo cual fue tratado en la tarea anterior.

1. Identifica las principales características de los diodos con el código de

marca.

Código del

componente

Material

utilizado para

su fabricación

Tipo de

Transistor

Voltajes Frecuencia Ganancia

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 233

3.6. IMPLEMENTA CIRCUITOS BÁSICOS CON TRANSISTORES.

El aprendiz implementará en el protoboard circuitos electrónicos básicos con

Transistores, diodos, resistencias condensadores, fuentes de voltaje continua y

alterno, y expresara en forma gráfica los resultados de dichos circuitos.

Encendido por ausencia de luz:

Cuando la LDR recibe luz, disminuye su resistencia, por lo que en el divisor de

tensión formado por R1 y LDR, prácticamente toda la tensión de la fuente o

batería estará en extremos de R1 y casi nada en extremos de la LDR, en estas

condiciones no le llega corriente a la base, el transistor estará en corte yel

diodo no lucirá.

Cuando la luz disminuye, la resistencia de la LDR aumenta por lo que la caída

de tensión en la LDR aumenta lo suficiente para que le llegue corriente a la

base del transistor, conduzca y se encienda el diodo LED.

El participante debe contar con los siguientes materiales:

R1 = 100 KW

R2 = LDR

R3 = 2K2

R4 = 330 W

Q1 = Transistor

NPN BC547

D1 = Diodo LED

Implementar el siguiente circuito en el protoboard:

Antes de conectar la fuente o batería de 9V llena

la siguiente Tabla:

Código de colores Valor

Nominal

Valor

medido

R1

R3

R4

SIN CARGA

LDR

Utilizando el multímetro identifica los pines de transistor BJT y llena la siguiente

tabla:

Función del PIN1 Función del PIN2 Función del PIN3

Q1 BC547

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 234

Conecta la fuente o batería de 9V, llena la siguiente tabla:

Voltaje del LDR Corriente del LDR Valor de Resistencia

LDR

Describe brevemente cómo funciona el circuito que has implementado:

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

__________________

Encendido por presencia de luz:

Cuando la LDR recibe luz, disminuye su resistencia, por lo que en la R1 habrá

una caída de tensión suficiente como para hacer que circule corriente por la

base del transistor, que conduzca y se encienda el LED.

Cuando la luz disminuye, la resistencia de la LDR aumenta, en estas

condiciones toda la tensión estará prácticamente en la LDR y casi nada en

R1con lo que no circulará suficiente corriente por la base del transistor y éste

permanecerá encorte y diodo LED apagado.

El participante debe contar con los siguientes materiales:

R1 = 100 KW

R2 = LDR

R3 = 2K2

R4 = 330 W

Q1 = Transistor NPN BC547

D1 = Diodo LED

Implementar el siguiente circuito en el protoboard:

Antes de conectar la fuente o batería de 9V llena la siguiente Tabla:

Código de colores Valor

Nominal

Valor

medido

R1

R3

R4

SIN CARGA

LDR

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 235

Utilizando el multímetro identifica los pines de transistor BJT y llena la siguiente tabla:

Función del PIN1 Función del PIN2 Función del PIN3

Q1 BC547

Conecta la fuente o batería de 9V, llena la siguiente tabla:

Voltaje del LDR Corriente del LDR Valor de Resistencia

LDR

Describe brevemente cómo funciona el circuito que has implementado:

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Memoria:

A este circuito le llamamos memoria ya que es capaz de recordarnos lo último que ha

sucedido.

Al principio uno de los diodos está apagado (supongamos que es D1); no obstante por

D1 pasa una pequeña corriente que activa T2, por lo que D2 estará iluminado.

Si pulsamos P2, la corriente deja de llegar a la base de T2, éste se bloquea y se

apaga D2;sin embargo sigue pasando una pequeña corriente a través de R4 y R3 por

lo que se activaT1 y se enciende D1. Aunque soltemos P2 sigue sin llegar corriente a

la base de T2 (toda la corriente baja a través de T1) por lo que D1 permanece

encendido.

Si pulsamos P1, la corriente deja de llegar a la base de T1, por lo que D1 se apaga y

se enciende D2.Este circuito recibe el nombre de biestable o flip-flop

El participante debe contar con los siguientes materiales:

T1, T2 = Transistor NPN BC547

R2, R3 = 100 K

R1, R4 = 330 W

D1, D2 = Diodo LED

P1, P2 = Pulsador NA

Implementar el siguiente circuito en el protoboard:

Antes de conectar la fuente o batería de 9V llena la siguiente Tabla:

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 236

Utilizando el multímetro identifica los pines de transistor BJT y de los diodos LED.

Llena la siguiente tabla:

Función del PIN1 Función del PIN2 Función del PIN3

Q1 BC547

Q2 BC547

Función del PIN1 Función del PIN2

D1

D2

Conecta la fuente o batería de 9V, llena la siguiente tabla, indicando el estado de los

diodos LED (D1 y D2) y de los transistores (T1 y T2), al presionar los pulsadores (P1 y

P2) :

D1 D2 T1 T2

P2

P1

P1-P2

Describe brevemente cómo funciona el circuito que has implementado, cuando

cambias la secuencia mostrada en la tabla anterior al presionar los pulsadores:

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

Intermitente (oscilador)

Los dos transistores trabajan en conmutación es decir cuando uno conduce

(saturación) elotro no (corte) y viceversa.

Al conectar la alimentación supongamos que D1 se enciende y D2 está apagado, no

Código de colores Valor

Nominal

Valor

medido

R1

R3

R4

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 237

obstante por D2 circula una pequeña corriente (insuficiente para encenderlo) que pasa

por R4atraviesa C1 y llega a la base de T1, por lo que D1 sigue encendido y C1

cargándose.

Cuando C1 está cargado impide el paso de la corriente, bloquea T1 y D1 se apaga.

Ahora circula una pequeña corriente a través de D1 (insuficiente para encenderlo) y

R1 hasta la base deT2 por lo que éste conduce, se enciende D2 y comienza a

cargarse C2.

Mientras C2 se carga C1 se descarga a través de R3. Después el proceso se repite.

El participante debe contar con los siguientes materiales:

T1, T2 = Transistor NPN BC547

R2, R3 = 22KΩ

R1, R4 = 330 W

C1, C2 = C. electrolítico 100µF.

Implementar el siguiente circuito en el protoboard:

Antes de conectar la fuente o batería de 9V llena la siguiente Tabla:

Utilizando el multímetro identifica los pines de transistor BJT y de los diodos

LED. Llena la siguiente tabla:

Función del PIN1 Función del PIN2 Función del PIN3

Q1 BC547

Q2 BC547

Función del PIN1 Función del PIN2

D1

D2

Código de colores Valor

Nominal

Valor

medido

R1

R2

R3

R4

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 238

Cambia los valores de resistencias R2 y R3, por valores de menor y luego de

mayor resistencia, explica brevemente que sucede:

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

__________________

Cambia los valores de resistencias C1 y C2, por valores de menor y luego de

mayor capacidad, explica brevemente que sucede:

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

__________________

Probador de Línea Telefónica en uso

El puente de diodos está formado por cuatro diodos (D1, D2, D3 y D4), los

cuales reciben los 48V que generalmente posee una línea telefónica usada por

una central telefónica local, la convierte en voltaje continuo para polarizar el

resto de componentes del circuito.

Cuando se polariza el transistor Q2, encenderá el diodo LED D6, indicando que

la línea esta libre. Si se polariza el transistor Q1 se encenderá el diodo LED D5,

indicando que la línea está siendo utilizada por un teléfono anexo.

El participante debe contar con los siguientes materiales:

D1, D2, D3, D4 = 1N4004

R1 = 3.3KΩ

R2 = 33KΩ

R3 = 56KΩ

R4 = 22KΩ

R5 = 4.7KΩ

Q1, Q2 = 2N3904

D5, D6 = Diodos LED 5mm de

colores diferentes.

Antes de implementar el circuito en el protoboard llena la siguiente Tabla:

Código de

colores

Valor

Nominal

Valor

medido

R1

R2

R3

R4

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 239

Utilizando el multímetro identifica

los pines de transistor BJT y de los

diodos LED. Llena la siguiente

tabla:

Función del PIN1 Función del PIN2 Función del PIN3

Q1 2N39004

Q2 2N39004

Función del PIN1 Función del PIN2

D1

D2

D3

D4

D5

D6

Con la ayuda del instructor prepara un cable con un conector Plug RJ11 en un

extremo, y el otro extremo lo conectas al circuito implementado en el

protoboard. Realiza las pruebas con el circuito implementado, en una línea

telefónica.

Sirena con cuatro transistores.

Se puede variar la cadencia del sonido cambiando los condensadores de 15µF

por otros de valor diferente.

Los transistores T1 y T2 conforman un biestable. Este circuito biestable oscila

entre estos dos estados, alto y bajo, que se pueden medir en el colector del

transistor T2.Estos dos niveles son entregados al grupo de elementos

conformados por las resistores de 10KΩ, 27KΩ y el condensador de 4.7µF que

dan la cadencia del sonido conforme se carga el capacitor y descarga el

capacitor.

T3 y T4 que conforman un oscilador que hace sonar el parlante de 8Ω.

El participante debe contar con los siguientes materiales:

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 240

2 Transistores BC559 o equivalentes.

1 Transistor BC547 o equivalente.

1 Transistores BC636 o equivalente.

Resistencias: 2 de 15 KΩ , 2 de 3.3 KΩ, 1 de 10 KΩ, 1 de 27 KΩ

Condensadores: 2 electrolíticos de 15uF, 1 electrolítico de 4.7uF, 1 de 0.1uF

Parlante (bocina) común de 8 ohmios.

Implementa en el protoboard el siguiente circuito.

Cambia los valores los condensadores de 15uF, por valores de menor y luego

de mayor capacidad, explica brevemente que sucede:

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

__________________

3.7. IMPLEMENTA FILTRO PASA BAJO ACTIVO.

Los filtros juegan un importante rol en la electrónica actual, tanto en áreas de

comunicaciones y procesamiento de imágenes. Los filtros activos están

construidos en base a resistencias, bobinas, condensadores, Amplificadores

Operacionales, los que además tienen las siguientes características:

Pequeño en tamaño y peso.

Uso en el rango de las frecuencias de audio (20KHz).

Valores de resistencias y condensadores razonables a frecuencias muy

bajas.

Tiene elevadas características de aislamiento.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 241

Puede proveer ganancia si se requiere.

Los Filtros basa bajo activo, son aquellos que tienen ganancia a frecuencias

menores que la frecuencia de corte ωc. Así, la banda de paso estád ada para 0

< ω <ωc, donde ωc se expresa en [rad/seg] o Hertz y corresponde a la

frecuencia en la cual la ganancia es dividida por √2 (cae en −3dB). La ganancia

disminuye a medida que se supera a dicha frecuencia, esta zona se conoce

como banda de rechazo.

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de

voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la

salida se conectar el Osciloscopio. Los valores R1=10KΩ, R=1KΩ, C=10ηF

Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los

códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el

instructor.

Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del

condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.

R1 (Nominal)

R(Nominal)

C(Nominal)

R1 (Medido)

R2 (Medido)

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 242

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la

frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V) Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V)

100 120K

500 200K

1K 500K

5K 700K

10K 800K

50K 1M

80K 2M

Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pégalo aqui.

Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.

La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique

dicho valor en la grafica anterior y anote.

Utilizando la siguiente

ecuacion calcule el valor de la

frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).

Calcule dichos valores y anote.

Fcorte(Hz)

Fcorte(Nominal)

Fcorte(Real)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual

se realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje

obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 243

Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,

usando la fórmula

. Con estos valores construya

manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel

semilogaritmico. Pegue aqui.

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de

voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la

salida se conectar el Osciloscopio. Los valores R=1KΩ, C2=10ηF

Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los

códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el

instructor.

Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del

condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.

R1 (Nominal)

R2(Nominal)

RF(Nominal)

C1(Nominal)

C2(Nominal)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de

voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 244

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la

frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V) Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V)

100 120K

500 200K

1K 500K

5K 700K

10K 800K

50K 1M

80K 2M

Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.

Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.

La cual se obtiene en el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique

dicho valor en la grafica anterior y anote.

R1 (Medido)

R2 (Medido)

RF (Medido)

Fcorte(Hz)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la

cual se realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje

obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 245

Utilizando la siguiente

√ ecuacion calcule el valor de la

frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).

Calcule dichos valores y anote.

Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,

usando la fórmula

. Con estos valores construya

manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel

semilogaritmico. Pegue aqui.

3.8. IMPLEMENTA FILTRO PASA ALTO ACTIVO.

Los Filtros basa alto activo, son aquellos que tienen ganancia a frecuencias

mayores que la frecuencia de corte ωc. Así, la banda de paso está dada para 0

< ω <ωc, donde ωc se expresa en [rad/seg] o Hertz y corresponde a la

frecuencia en la cual la ganancia es dividida por √2 (cae en −3dB). La ganancia

disminuye a medida que se supera a dicha frecuencia, esta zona se conoce

como banda de rechazo.

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de

voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la

salida se conectar el Osciloscopio. Los valores R=1KΩ, C=10ηF

Fcorte(Nominal)

Fcorte(Real)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual

se realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia

de voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 246

Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los

códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el

instructor.

Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del

condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la

frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V) Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V)

100 120K

500 200K

1K 500K

5K 700K

10K 800K

50K 1M

80K 2M

R1 (Nominal)

RF(Nominal)

C(Nominal)

R1 (Medido)

RF (Medido)

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 247

Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.

Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.

La cual se obtieneen el 0.707 del valor máximo del voltaje de salida. Ubique

dicho valor en la grafica anterior y anote.

Utilizando la siguiente

ecuacion calcule el valor de la

frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).

Calcule dichos valores y anote.

Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,

usando la fórmula

. Con estos valores construya

manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel

semilogaritmico. Pegue aqui.

Fcorte(Hz)

Fcorte(Nominal)

Fcorte(Real)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la

cual se realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje

obtenido en cada frecuencia.

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de

voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 248

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de

voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la

salida se conectar el Osciloscopio. Los valores R1=10KΩ, R2=2R1,

C1=C2=10ηF.

Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los

códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el

instructor.

Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del

condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la

frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

R1 (Nominal)

R2 (Nominal)

C1(Nominal)

C2(Nominal)

R1 (Medido)

R2 (Medido)

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 249

Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.

Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte.

La cual se obtiene en el 0.707 del valor maxion del voltaje de salida. Ubique

dicho valor en la grafica anterior y anote.

Utilizando la siguiente

√ ecuacion calcule el valor de la

frecuencia de corte nominal y real (con los valores de R y C medidos).

Calcule dichos valores y anote.

Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,

usando la fórmula

. Con estos valores construya

manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel

semilogaritmico. Pegue aqui.

Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V) Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V)

100 120K

500 200K

1K 500K

5K 700K

10K 800K

50K 1M

80K 2M

Fcorte(Hz)

Fcorte(Nominal)

Fcorte(Real)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la

cual se realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje

obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 250

3.9. IMPLEMENTA FILTRO PASA BANDA ACTIVO.

También llamados Filtros selectores de frecuencia, son aquellos que permiten

elegir o pasar solo una banda de frecuencias. Por este motivo cuenta con dos

frecuencias de cortes las cuales esta ubicadas cundo el voltaje de salida está

en 0.707Vi, una denominada frecuencia de corte inferior (Fcl=Fl) y la otra

denominada frecuencia de corte superior (Fch=Fh).

Posee una frecuencia de resonancia (Fr) que se obtiene cuando el voltaje de

salida es máximo Vo=Vi.

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de

voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la

salida se conectar el Osciloscopio. Los valores R1=10KΩ, R2=1KΩ, C1=10ηF,

C2=2.2ηF.

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual

se realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia

de voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 251

Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los

códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el

instructor.

Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del

condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la

frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V) Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V)

100 120K

500 200K

1K 500K

5K 700K

10K 800K

50K 1M

80K 2M

Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pégalo aqui.

R1 (Nominal)

R2 (Nominal)

C1(Nominal)

C2(Nominal)

R1 (Medido)

R2 (Medido)

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 252

Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte

y la frecuencia de resonancia.

La frecuencia de corte inferior y superior seobtiene en el 0.707 del valor

máximo del voltaje de salida. Ubique dicho valor en la grafica anterior y

anote.

La frecuencia de resonancia se obtiene cuando con el valor maximo de

salida.

Utilizando la siguiente

√ ecuacion calcule el valor de la

frecuencia de resonancia nominal y real (con los valores de R y C medidos).

Calcule dichos valores y anote.

Utilizando la siguiente

ecuacion calcule el valor de la

frecuencia de corte inferiror nominal y real (con los valores de R y C

medidos). Calcule dichos valores y anote.

Utilizando la siguiente

ecuacion calcule el valor de la

frecuencia de corte inferiror nominal y real (con los valores de R y C

medidos). Calcule dichos valores y anote.

Fcorte inferior(Hz)

Fcorte superior(Hz)

Fresonancia(Hz)

Fresonancia(Nominal)

Fresonancia(Real)

Fcl(Nominal)

Fcl(Real)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la

cual se realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje

obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 253

Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,

usando la fórmula

. Con estos valores construya

manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel

semilogaritmico. Pegue aqui.

3.10. IMPLEMENTA FILTRO RECHAZABANDA ACTIVO.

También llamados Filtros elimina banda, son aquellos que permiten elegir la

banda de frecuencias que deseamos eliminar. Por este motivo cuenta con dos

frecuencias de cortes las cuales esta ubicadas cundo el voltaje de salida está

en 0.707Vi, una denominada frecuencia de corte inferior (Fcl=Fl) y la otra

denominada frecuencia de corte superior (Fch=Fh).

Implementar el siguiente circuito electrónico, en el protoboard. La fuente de de

voltaje será alterna, para lo cual se utilizara el generador de señales, y en la

salida se conectar el Osciloscopio. Los valores R=10KΩ, C=10ηF, R0=100KΩ.

Fch(Nominal)

Fch(Real)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual

se realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia

de voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 254

Anote los valores nominales del condensador y la resistencia mirando los

códigos correspondientes impresos en ellos, que seran entregados por el

instructor.

Mida el valor de la resistentecia con el Ohmimetro y el valor del

condensador con el capcimetro y anote sus valores medidos.

Impementar el circuito en Protoboard. El generador de señales debe

entregar una señal sinusoidal cercana a 2V.

Pruebe la respuesta del circuito frente a distintas ondas. Para esto, fije la

frecuencia de la onda de entrada en cada uno de los valores especificados

en la tabla a continuación, midiendo para cada valor la amplitud de la onda

de salida.

Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V) Frecuencia (Hz) Voltaje de salida (V)

100 120K

500 200K

1K 500K

5K 700K

10K 800K

50K 1M

80K 2M

Utilizando un papel semilogaritmico tabule el valor de la frecuencia y la

amplitud del voltaje de salida, obtenidos de la tabla anterior. Pegalo aqui.

R1 (Nominal)

R2 (Nominal)

R3 (Nominal)

C1(Nominal)

C2(Nominal)

C3 (Nominal)

R1 (Medido)

R2 (Medido)

R3 (Medido)

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 255

Utilizando el papel semilogaritmico y una regla calcule la frecuencia de corte

y la frecuencia de resonancia.

La frecuencia de corte inferior y superior se obtiene en el 0.707 del valor

máximo del voltaje de salida. Ubique dicho valor en la grafica anterior y

anote.

La frecuencia de resonancia se obtiene cuando con el valor maximo de

salida.

Convierta los valores de la tabla (frecuencia - voltaje de salida) a decibeles,

usando la fórmula

. Con estos valores construya

manualmente el diagrama de Bode del filtro utilizando el papel

semilogaritmico. Pegue aqui.

Utilizando la grafica de Boode de los pasos anteriores, obtenga la

frecuencia de corte superior e inferior. Para lo cual buscamos la ganancia de

3dB y trace una paralela para obtener la frecuencia de corte inferior y

frecuencia de corte superior.

Fcorte inferior(Hz)

Fcorte superior(Hz)

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la

cual se realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de voltaje

obtenido en cada frecuencia.

Pega la gráfica obtenida con el papel semilogarítmico.

El eje X o de la abscisas debe ser ubicada la frecuencia en la cual se

realiza la medida.

El eje Y o de las ordenadas debe ser la magnitud de la ganancia de

voltaje en decibelios (dB) obtenido en cada frecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 256

4. FUNDAMENTO TEÓRICO:

4.1. TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNTUTA (BJT).

El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor

("resistencia de transferencia"), es un componente electrónico semiconductor

que puede ser utilizado en muchas aplicaciones como por ejemplo

amplificador, oscilador, conmutador o rectificador, etc.

Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos domésticos de

uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y video,

hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración,

alarmas, relojes de cuarzo, ordenadores, calculadoras, impresoras, lámparas

fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3,

teléfonos móviles, etc.

Reseña Histórica: El transistor de efecto de campo fue descubierto antes que

el transistor (1930), pero no se encontró una aplicación útil ni se disponía de la

tecnología necesaria para fabricarlos masivamente.

El transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. UU. en

diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William

Bradford Shockley, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física

en 1956. Fue el sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos, o triodo.

Estructura: Un transistor de unión bipolar consiste en tres regiones

semiconductoras dopadas: la región del emisor, la región de la base y la región

del colector. Estas regiones son, respectivamente, tipo P, tipo N y tipo P en un

PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un transistor NPN. Cada región del

semiconductor está conectada a un terminal, denominado emisor (E), base (B)

o colector (C), según corresponda.

Fcl

Fch

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 257

Corte

transversal simplificado de un transistor de unión bipolar NPN. Donde se puede

apreciar como la unión base-colector es mucho más amplia que la base-

emisor. La base está físicamente localizada entre el emisor y el colector y está

compuesta de material semiconductor ligeramente dopado y de alta

resistividad. El colector rodea la región del emisor, haciendo casi imposible

para los electrones inyectados en la región de la base escapar de ser

colectados, lo que hace que el valor resultante de α se acerque mucho hacia la

unidad, y por eso, otorgarle al transistor un gran β.

El transistor de unión bipolar, a diferencia de otros transistores, no es

usualmente un dispositivo simétrico. Esto significa que intercambiando el

colector y el emisor hacen que el transistor deje de funcionar en modo activo y

comience a funcionar en modo inverso. Debido a que la estructura interna del

transistor está usualmente optimizada para funcionar en modo activo,

intercambiar el colector con el emisor hacen que los valores de α y β en modo

inverso sean mucho más pequeños que los que se podrían obtener en modo

activo; muchas veces el valor de α en modo inverso es menor a 0.5. La falta de

simetría es principalmente debido a las tasas de dopaje entre el emisor y el

colector. El emisor está altamente dopado, mientras que el colector está

ligeramente dopado, permitiendo que pueda ser aplicada una gran tensión de

reversa en la unión colector-base antes de que esta colapse. La unión colector-

base está polarizada en inversa durante la operación normal. La razón por la

cual el emisor está altamente dopado es para aumentar la eficiencia de

inyección de portadores del emisor: la tasa de portadores inyectados por el

emisor en relación con aquellos inyectados por la base. Para una gran

ganancia de corriente, la mayoría de los portadores inyectados en la unión

base-emisor deben provenir del emisor.

El bajo desempeño de los transistores bipolares laterales muchas veces

utilizados en procesos CMOS es debido a que son diseñados simétricamente,

lo que significa que no hay diferencia alguna entre la operación en modo activo

y modo inverso.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 258

Pequeños cambios en la tensión aplicada entre los terminales base-emisor

genera que la corriente que circula entre el emisor y el colector cambie

significativamente. Este efecto puede ser utilizado para amplificar la tensión o

corriente de entrada. Los BJT pueden ser pensados como fuentes de corriente

controladas por tensión, pero son caracterizados más simplemente como

fuentes de corriente controladas por corriente, o por amplificadores de

corriente, debido a la baja impedancia de la base.

Los primeros transistores fueron fabricados de germanio, pero la mayoría de

los BJT modernos están compuestos de silicio. Actualmente, una pequeña

parte de éstos (los transistores bipolares de heterojuntura) están hechos de

arseniuro de galio, especialmente utilizados en aplicaciones de alta velocidad.

FUNCIONAMIENTO: En una configuración normal, la unión emisor-base se

polariza en directa y la unión base-colector en inversa. Debido a la agitación

térmica los portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de

potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prácticamente todos los

portadores que llegaron son impulsados por el campo eléctrico que existe entre

la base y el colector.

Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del

ánodo compartida. En una operación típica, la unión base-emisor está

polarizada en directa y la unión base-colector está polarizada en inversa. En un

transistor NPN, por ejemplo, cuando una tensión positiva es aplicada en la

unión base-emisor, el equilibrio entre los portadores generados térmicamente y

el campo eléctrico repelente de la región agotada se desbalancea, permitiendo

a los electrones excitados térmicamente inyectarse en la región de la base.

Estos electrones "vagan" a través de la base, desde la región de alta

concentración cercana al emisor hasta la región de baja concentración cercana

al colector. Estos electrones en la base son llamados portadores minoritarios

debido a que la base está dopada con material P, los cuales generan "huecos"

como portadores mayoritarios en la base.

La región de la base en un transistor debe ser constructivamente delgada, para

que los portadores puedan difundirse a través de esta en mucho menos tiempo

que la vida útil del portador minoritario del semiconductor, para minimizar el

porcentaje de portadores que se recombinan antes de alcanzar la unión base-

colector. El espesor de la base debe ser menor al ancho de difusión de los

electrones.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 259

Control de tensión, carga y corriente La corriente colector-emisor puede ser

vista como controlada por la corriente base-emisor (control de corriente), o por

la tensión base-emisor (control de voltaje). Esto es debido a la relación tensión-

corriente de la unión base-emisor, la cual es la curva tensión-corriente

exponencial usual de una unión PN (es decir, un diodo).

En el diseño de circuitos analógicos, el control de corriente es utilizado debido

a que es aproximadamente lineal. Esto significa que la corriente de colector es

aproximadamente β veces la corriente de la base. Algunos circuitos pueden ser

diseñados asumiendo que la tensión base-emisor es aproximadamente

constante, y que la corriente de colector es β veces la corriente de la base. No

obstante, para diseñar circuitos utilizando BJT con precisión y confiabilidad, se

requiere el uso de modelos matemáticos del transistor como el modelo Ebers-

Moll.

El Alfa y Beta del transistor Una forma de medir la eficiencia del BJT es a

través de la proporción de electrones capaces de cruzar la base y alcanzar el

colector. El alto dopaje de la región del emisor y el bajo dopaje de la región de

la base pueden causar que muchos más electrones sean inyectados desde el

emisor hacia la base que huecos desde la base hacia el emisor. La ganancia

de corriente emisor común está representada por βF o por hfe. Esto es

aproximadamente la tasa de corriente continua de colector a la corriente

continua de la base en la región activa directa y es típicamente mayor a 100.

Otro parámetro importante es la ganancia de corriente base común, αF. La

ganancia de corriente base común es aproximadamente la ganancia de

corriente desde emisor a colector en la región activa directa. Esta tasa

usualmente tiene un valor cercano a la unidad; que oscila entre 0.98 y 0.998. El

Alfa y Beta están más precisamente determinados por las siguientes relaciones

(para un transistor NPN):

4.2. TIPOS DE TRANSISTOR DE UNIÓN BIPOLAR.

a. Transistor NPN: Es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los

cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios

dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los

transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad

del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 260

semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de

operación.

Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor

dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña

corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es

amplificada en la salida del colector.

La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y

apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el

dispositivo está en funcionamiento activo.

b. Transistor PNP: El otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las

letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes

regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en día son PNP,

debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeño en la mayoría de las

circunstancias.

El símbolo de un transistor PNP. Los transistores PNP consisten en una

capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material

dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a

masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación

a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando

desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el

emisor hacia el colector.

La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la

dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo

está en funcionamiento activo.

Transistor Bipolar de Heterounión El transistor bipolar de heterounión (TBH)

es una mejora del BJT que puede manejar señales de muy altas frecuencias,

de hasta varios cientos de GHz. Es un dispositivo muy común hoy en día en

circuitos ultrarrápidos, generalmente en sistemas de radiofrecuencia.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 261

Los transistores de heterojuntura tienen diferentes semiconductores para los

elementos del transistor. Usualmente el emisor está compuesto por una

banda de material más larga que la base. Esto ayuda a reducir la inyección

de portadores minoritarios desde la base cuando la unión emisor-base está

polarizada en directa y esto aumenta la eficiencia de la inyección del emisor.

La inyección de portadores mejorada en la base permite que esta pueda

tener un mayor nivel de dopaje, lo que resulta en una menor resistencia. Con

un transistor de unión convencional, también conocido como transistor

bipolar de homojuntura, la eficiencia de la inyección de portadores desde el

emisor hacia la base está principalmente determinada por el nivel de dopaje

entre el emisor y la base. Debido a que la base debe estar ligeramente

dopada para permitir una alta eficiencia de inyección de portadores, su

resistencia es relativamente alta.

4.3. REGIONES DE OPERACIÓN DE UN TRANSISTOR BJT.

Los transistores de unión bipolar tienen diferentes regiones operativas,

definidas principalmente por la forma en que son polarizados:

a. Región activa: En esta región la corriente de colector (Ic) depende

principalmente de la corriente de base (Ib), de β (ganancia de corriente, es

un dato del fabricante) y de las resistencias que se encuentren conectadas

en el colector y emisor. Esta región es la más importante si lo que se desea

es utilizar el transistor como un amplificador de señal.

b. Región de corte: Un transistor BJT está en corte cuando: Corriente de

colector = corriente de emisor = 0,(Ic = Ie = 0).

En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje

de alimentación del circuito. (Como no hay corriente circulando, no hay caída

de voltaje, ver Ley de Ohm). Este caso normalmente se presenta cuando la

corriente de base = 0 (Ib =0).

c. Región de saturación: Un transistor está saturado cuando: Corriente de

colector = corriente de emisor = corriente máxima, (Ic = Ie = Imaxima).

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 262

En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación

del circuito y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en

ambos, ver Ley de Ohm. Este caso normalmente se presenta cuando la

corriente de base es lo suficientemente grande como para inducir una

corriente de colector β veces más grande. (Recordar que Ic = β * Ib).

d. Región de ruptura: Las tensiones máximas que pueden soportar las

uniones PN inversamente polarizadas se denominan tensiones de ruptura.

Cuando se alcanza estas tensiones

existe peligro de ruptura del

transistor debido a dos fenómenos:

ruptura por avalancha y ruptura por

perforación.

4.4. TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO (FET).

El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor

("resistencia de transferencia"), es un componente electrónico semiconductor

que controla un flujo de corriente por un canal semiconductor, aplicando un

campo eléctrico perpendicular a la trayectoria de la corriente.

Reseña Histórica: El transistor de efecto de campo fue descubierto antes que

el transistor (1930), pero no se encontró una aplicación útil ni se disponía de la

tecnología necesaria para fabricarlos masivamente.

El transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. UU. en

diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William

Bradford Shockley, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física

en 1956. Fue el sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos, o triodo.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 263

4.5. TIPOS DE TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO.

a. Transistor FET: Es uno de los tipos de transistores de efecto de campo,

está compuesto de una parte de silicio tipo N, a la cual se le adicionan dos

regiones con impurezas tipo P que están unidas entre sí a la cual se le

denomina FET de canal P. Otra de sus presentaciones posee una parte se

silicio tipo P y dos regiones con impurezas tipo N que unidas entre sí, a la

cual se le denomina transistor FET de canal N

Los terminales de este tipo de transistor se llaman Drenador (Drain), Fuente

(Source) y el tercer terminal es la compuerta (Gate) que ya se conoce. La

región que existe entre el drenador y la fuente y que es el camino obligado

de los electrones se llama "canal". La corriente circula de Drenaje (D) a

Fuente (S).

Este tipo de transistor se polariza de manera diferente al transistor bipolar. El

terminal de drenaje se polariza positivamente con respecto al terminal de

fuente (Vdd) y la compuerta o gate se polariza negativamente con respecto a

la fuente (-Vgg).

A mayor voltaje -Vgg, más angosto es el canal y más difícil para la corriente

pasar del terminal drenador (drain) al terminal fuente o source. La tensión -

Vgg para la que el canal queda cerrado se llama "punch-off" y es diferente

para cada FET.

El FET es controlado por tensión y los cambios en tensión de la compuerta

(gate) a fuente (Vgs) modifican la región de rarefacción y causan que varíe el

ancho del canal.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 264

b. Transistor JFET: Un JFET reúne las características más interesantes de las

válvulas electrónicas, con las grandes ventajas de los componentes

semiconductores. Según su composición, existen dos tipos de transistores

JFET, los JFET de canal N y los de canal P.

Este componente está formado por una delgada capa de material

semiconductor tipo N denominado canal. A los lados de ésta aparecen dos

regiones de material semiconductor tipo P. En cada uno de los extremos del

canal se sitúa un terminal. Así, tenemos un terminal de fuente o surtidor (del

inglés source) y otro de sumidero o drenador (drain). Las dos regiones P se

interconectan entre sí, y hacia el exterior, constituyendo el terminal de puerta

o graduador (gate).

Los JFET los podemos clasificar en dos grandes grupos:

JFET de canal n.

JFET de canal p.

Podemos observar como la mayor parte de la estructura es de material tipo n

ligeramente dopado formando un canal con contactos óhmicos en ambos

extremos (terminales de Drenador y Fuente). Este canal se encuentra inserto

entre dos regiones de compuerta tipo p+ (material tipo p fuertemente dopado)

con sendos contactos óhmicos que constituyen los terminales de puerta. En

algunos casos los dos terminales de puerta están accesibles (JFET de doble

puerta) aunque lo más habitual es que ambos terminales estén cortocircuitados

teniendo un único terminal de puerta (dispositivo de tres terminales).

En ausencia de potencial aplicado, las dos uniones p-n que aparecen están sin

polarizar. El resultado es una región de vaciamiento o zona de deplexión

(región carente de portadores libres) de forma similar a la que se vio en su día

al analizar en el diodo la unión p-n en ausencia de polarización.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 265

D =Drenador: (Del inglés Drain). Es el terminal por al que salen

los portadores del dispositivo (los electrones en el JFET de canal

n y los huecos en el de canal p)

S = Fuente: (Del inglés Source). Es el terminal por el que entran

los portadores.

G = Puerta: (Del inglés Gate). Es el terminal mediante el que se

controla la corriente de portadores a través del canal.

4.6. ZONAS DE TRABAJO DEL FET.

Zona de corte o de no conducción: Se corresponde con el eje horizontal

de la gráfica. En esta zona la corriente ID = 0 con independencia del valor

VDS. Esto se da para valores de VGS ≤VGSoff, donde el canal está

completamente cerrado.

Zona óhmica o de no saturación: Se da para valores de VDS inferiores al

de saturación, es decir, cuando VDS ≤ VGS - VGSoff. Para estos valores de

tensión el canal se va estrechando de la parte del drenador, principalmente,

hasta llegar al estrangulamiento completo para VDSsat.

En esta zona el transistor se comporta aproximadamente como una

resistencia variable controlada por la tensión de puerta, sobre todo para

valores pequeños de VDS, ya que a medida que nos aproximamos al valor

de VDSsat, y para cada valor de VGS se va perdiendo la linealidad debido al

estrechamiento del canal que se aproxima al cierre.

Zona de saturación o de corriente constante: Esta zona se da para

valores VDS >VDSsat. Ahora la corriente ID permanece invariante frente a

los cambios de VDS (suponiendo la hipótesis de canal largo) y sólo depende

de la tensión VGS aplicada. En esta zona el transistor se comporta como

una fuente de corriente controlada por la tensión de puerta VGS.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 266

La relación entre la tensión VGS aplicada y la corriente ID que circula por el

canal en esta zona viene dada por la siguiente ecuación:

Zona de ruptura: En un transistor JFET tenemos dos uniones p-n

polarizadas en inversa, tanto más cuanto menor sea el valor de VGS. Sin

embargo, esta tensión inversa no se puede aumentar indefinidamente, ya

que si se supera un determinado valor (tensión de ruptura, característico de

cada unión y que suele ser proporcionado por el fabricante en sus hojas de

características) la unión se perfora, produciéndose la ruptura del dispositivo.

4.7. TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO METAL ÓXIDO

SEMICONDUCTOR (MOSFET).

Visto el transistor JFET vamos ahora a ver el otro gran grupo de transistores de

efecto de campo: Los transistores MOSFET. Vamos a ver que existen dos tipos

de transistores MOSFET.

MOSFET de acumulación o de enriquecimiento.

MOSFET de deplexión o empobrecimiento.

MOSFET de Acumulación: El MOSFET de canal n, posee una zona de

material semiconductor tipo p en la que aparecen dos zonas tipo n+ con

contactos metálicos a los terminales de drenador y fuente. La zona roja

representada corresponde a una capa de material aislante, en este caso óxido

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 267

de silicio. Por tanto, si nos fijamos en el terminal de puerta, vemos como

tenemos una zona metálica (correspondiente al contacto óhmico) una zona de

óxido y una zona de semiconductor. Es precisamente debido a esta estructura

de dónde le viene el nombre al dispositivo de Metal – Óxido – Semiconductor

(MOS). Además, este dispositivo tendría un cuarto terminal, el terminal del

Sustrato (SS), aunque habitualmente éste se encuentra conectado a la fuente.

Es preciso que notemos una característica fundamental de este dispositivo y es

que la puerta está aislada eléctricamente del dispositivo, es decir, no hay

conexión eléctrica entre la puerta y el sustrato.

Por otra parte, indicar que en este caso y en las sucesivas representaciones de

los transistores MOSFET a lo largo de este capítulo no se han representado las

zonas de carga de espacio que evidentemente aparecerán en las uniones pn

por simplificar los dibujos, ya que en este caso, y a diferencia del JFET, las

zonas de carga de espacio no juegan un papel primordial en el funcionamiento

del dispositivo.

MOSFET de Deplexión: Vamos a continuar con el siguiente gran grupo de transistores MOSFET, en este caso, el MOSFET de deplexión o empobrecimiento.

Al igual que en el caso anterior el terminal de puerta no tiene conexión con el

resto de terminales, ya que tal y como hemos visto anteriormente, está aislado

eléctricamente del resto del dispositivo. Pero, a diferencia del caso anterior, en

el MOSFET de acumulación los terminales de drenador y fuente están unidos a

través de una línea continua, esta línea hace referencia al canal que ahora si

que existe desde un principio. De nuevo, la flecha indica el sentido en que

circularía la corriente en el caso de que la unión pn estuviera polarizada en

directa.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 268

En este caso, si aplicamos una tensión VGS > 0, se atraerán más electrones

hacia la zona de la puerta y se repelerán más huecos de dicha zona, por lo que

el canal se ensanchará. Por lo tanto, el efecto que tenemos es el mismo que en

el caso del MOSFET de acumulación, es decir, para valores VGS > 0 el

MOSFET de deplexión tiene un comportamiento de acumulación. Si por el

contrario damos valores VGS < 0 el efecto será el contrario, disminuyéndose la

anchura del canal. En definitiva, volvemos a tener de nuevo un efecto de

modulación de la anchura de un canal en función de una tensión aplicada VGS.

Sin embargo, si seguimos disminuyendo el valor de VGS podrá llegar un

momento en que el canal desaparezca por completo, esto sucederá cuando

VGS disminuya por debajo de un valor VGSoff.

4.8. ZONAS DE TRABAJO MOSFET.

Zona de corte o de no conducción: Se corresponde con el eje horizontal

de la gráfica. En esta zona la corriente ID = 0 con independencia del valor

VDS. Esto se da para valores de VGS VT, donde el canal no está

completamente formado.

Zona óhmica o de no Saturación: Se da para valores de VDS inferiores al

de saturación, es decir, cuando VDS ≤VGS - VT. Para estos valores de

tensión el canal se va estrechando de la parte del drenador, principalmente,

hasta llegar al estrangulamiento completo para VDSsat.

En esta zona el transistor se comporta aproximadamente como una

resistencia variable controlada por la tensión de puerta, sobre todo para

valores pequeños de VDS, ya que a medida que nos aproximamos al valor

de VDSsat, y para cada valor de VGS se va perdiendo la linealidad debido al

estrechamiento del canal que se aproxima al cierre.

Zona de saturación o de corriente constante: Esta zona se da para

valores VDS >VDSsat. Ahora la corriente ID permanece invariante frente a

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 269

los cambios de VDS y sólo depende de la tensión VGS aplicada. En esta

zona el transistor se comporta como una fuente de corriente controlada por

la tensión de puerta VGS.

La relación entre la tensión VGS aplicada y la corriente ID que circula por el

canal en esta zona viene dada por la siguiente ecuación:

Zona de ruptura: Un transistor MOSFET puede romper por dos motivos.

Bien porque se perfora el dieléctrico cuando la tensión VGS supera una

determinado valor que vendrá determinado por el aislante, o bien porque en

la unión pn del lado del drenador (polarizada en inversa) se supera el valor

de la tensión de ruptura de dicha unión, dado que esta unión está polarizada

con una tensión inversa de valor VDS la ruptura se producirá cuando VDS ≥

Vr con independencia del valor de VGS, por tanto en la zona de ruptura

todas las distintas curvas en función de VGS se juntan en una única.

4.9. ENCAPSULADO DE LOS TRANSISTORES.

Es la manera como se representa un transistor, los más utilizados son:

TO-92: Este transistor pequeño es muy utilizado para la amplificación de

pequeñas señales.

La asignación de patitas (emisor - base - colector) no está estandarizado,

por lo que es necesario a veces recurrir a los manuales de equivalencias

para obtener estos datos.

TO-18: Es un poco más grande que el encapsulado TO-92, pero es metálico.

En la carcasa hay un pequeño saliente que indica que la patita más cercana

es el emisor.

Para saber la configuración de patitas es necesario a veces recurrir a los

manuales de equivalencias.

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TO-39: Tiene el mismo aspecto que es TO-18, pero es más grande.

Al igual que el anterior tiene una saliente que indica la cercanía del emisor,

pero también tiene la patita del colector pegado a la carcasa, para efectos de

disipación de calor.

TO-126: Se utiliza mucho en aplicaciones de pequeña a mediana potencia.

Puede o no utilizar disipador dependiendo de la aplicación en se esté

utilizando.

Se fija al disipador por medio de un tornillo aislado en el centro del transistor.

Se debe utilizar una mica aislante.

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TO-220: Este encapsulado se utiliza en aplicaciones en que se deba de

disipar potencia algo menor que con el encapsulado TO-3, y al igual que el

TO-126 debe utilizar una mica aislante si va a utilizar disipador, fijado por un

tornillo debidamente aislado.

El TO-3: Este encapsulado se utiliza en transistores de gran potencia. Como

se puede ver en el gráfico es de gran tamaño debido a que tiene que disipar

bastante calor. Está fabricado de metal y es muy normal ponerle un

"disipador" para liberar la energía que este genera en calor.

4.10. CÓDIGO EN EL ENCAPSULADO DE LOS COMPONENTES

SEMICONDUCTORES.

Son códigos normalizados de designación para componentes electrónicos

semiconductores. Los códigos normalizados de designación pretenden

identificar de una manera unificada, todos y cada uno de los componentes

usados en la electrónica que existen en el mercado.

Los códigos normalizados de designación pretenden identificar de una manera

unificada, todos y cada uno de los componentes usados en la electrónica que

existen en el mercado. Los principales códigos normalizados son:

PROELECTRON

JEDEC

JIS

El sistema Proelectrón se utiliza principalmente en Europa, mientras que el

JEDEC es usado por los fabricantes norteamericanos y el JIS por los

japoneses.

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PROELECTRÓN: Este sistema se utiliza principalmente en Europa. El

componente se designa de dos formas, según el tipo de aplicación al que

esté destinado (comercial o profesional):

3letras, Numero de serie, Sufijo (Opcional)

La primera letra indica el tipo de material semiconductor utilizado para la

fabricación del componente, para lo cual utilizaremos la siguiente tabla:

Letra Material semiconductor al que representa

A Material con anchura de banda prohibida de 0.6 a 1.0 eV, como el Ge

B Material con anchura de banda prohibida de 1.0 a 1.3 eV, como el Si.

C Material con anchura de banda prohibida mayor que 1.3 eV, como el NaAs

D Material con anchura de banda prohibida menor que 0.6 eV, como el InSb

E Material compuesto como el empleado en generadores Hall y fotoconductores

La segunda letra indica la aplicación principal y construcción si se hace

necesaria una diferenciación mayor, para lo cual usaremos la siguiente tabla:

Letra Material semiconductor al que representa

A Diodo de detección, de conmutación, mezclador

B Diodo de sintonía (capacidad variable).

C Transistor para aplicaciones de audio (Rthj-a > 15 K/W).

D Transistor de potencia para aplicaciones de audio (Rthj-a≤ 15 K/W)

E Diodo Túnel

F Transistor para aplicaciones de alta frecuencia (Rthj-a > 15 K/W)

G Multichips, etc

H Sonda campo de efecto Hall

K Generador Hall en circuito magnético abierto

L Transistor de potencia para aplicaciones de alta frecuencia (Rthj-a≤ 15 K/W).

M Modulador o multiplicador Hall

N Optoacoplador.

P Componente sensible a la radiación (p. ej. fotodiodo).

Q Componente emisor de radiación

R Componente de control o de conmutación con disparo eléctrico poseyendo una característica de ruptura (Rthj-a > 15 K/W),

S Transistor para aplicaciones de conmutación (Rthj-a > 15 K/W).

T Componente de control o de conmutación con disparo eléctrico o por incidencia de la luz poseyendo una característica de ruptura (Rthj-a≤ 15 K/W)

U Transistor de potencia para aplicaciones de conmutación (Rthj-a≤ 15 K/W).

X Diodos múltiples: varactor, diodo "steprecovery".

Y Diodo rectificador, diodo de potencia, diodo "booster".

Z Diodo estabilizador de tensión

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La tercera letra indica en qué tipo aplicación en que se está utilizando en el

componente electrónico. Estas aplicaciones pueden ser industriales o

profesionales o comerciales.

Letra Tipo de aplicación

W Utilizado en aplicaciones industriales

X Utilizado en aplicaciones profesional

Y o Z Utilizado en aplicaciones comercial

Luego sigue la serie del componente, el cual puede tomar valor numérico tomado desde 100 a 9999.

Finalmente se añade el sufijo el cual indica con una letra el nivel de potencia

del componente.

JIS: (Japanese Industrial Standard committee): Es un comité encargado

de realizar estándares para la industria japonesa.

digito, dos letras, número de serie, sufijo (opcional)

La cifra indica el número de uniones del componente, la cual varía según el tipo de componente electrónico utilizado, los valores más utilizados son:

Letra Tipo de componente

1 Diodo

3 Transistor BJT

3 Transistor FET

4 Optoacoplador

La segunda letra indica la aplicación principal y construcción si se hace

necesaria una diferenciación mayor, para lo cual usaremos la siguiente tabla:

Letra Material semiconductor al que representa

SA PNP HF transistor

SB Diodo de sintonía (capacidad variable).

SC PNP AF transistor

SD Transistor NPN AF

SE Diodos

SF Tiristores

SG Dispositivos de disparo

SH UJT

SJ FET/MOSFET canal P

SK FET/MOSFET canal N

Letra Nivel de Potencia del componente

A Ganancia Baja

B Ganancia media

C Ganancia alta

No está definida

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SM Triac

SQ LED

SR Rectificador

SS Diodo de señal

ST Diodo de avalancha

SZ Diodo zener

Luego sigue la serie del componente, el cual puede tomar valor numérico tomado desde 100 a 9999.

Finalmente se añade el sufijo el cual indica con una letra el nivel de potencia

del componente

Letra Nivel de Potencia del componente

A Ganancia Baja

B Ganancia media

C Ganancia alta

No está definida

JEDEC: Este sistema es usado principalmente por los fabricantes

americanos. Está definido por el estándar EIA RS-236-B, Junio de 1963. El

código de designación se presenta básicamente como:

digito, dos letras, número de serie, sufijo (opcional)

La cifra indica el número de uniones del componente, la cual varía según el

tipo de componente electrónico utilizado, los valores más utilizados son:

Letra Tipo de componente

1 Diodo

3 Transistor BJT

3 Transistor FET

4 Optoacoplador

A la secuencia alfanumérica le sigue la letra N. Luego sigue la serie del componente, el cual puede tomar valor numérico tomado desde 100 a 9999. Finalmente se añade el sufijo el cual indica con una letra el nivel de potencia del componente

Letra Nivel de Potencia del componente

A Ganancia Baja

B Ganancia media

C Ganancia alta

No está definida

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4.11. ENCAPSULADOS PARA CIRCUITOS INTEGRADOS.

Es una pastilla (o "chip") muy delgada en la que se encuentran miles o millones

de dispositivos electrónicos interconectados, principalmente transistores,

aunque también componentes pasivos como resistencias o capacitores. Su

área puede ser de 1cm2 o incluso más pequeños. La función que cumplen

estos componentes es muy variada.

DIP (Dual In-Line Package): Los pines se extienden a lo largo del

encapsulado (en ambos lados) y tiene como todos los demás una muesca

que indica el pin número 1. Este encapsulado básico fue el más utilizado

hace unos años y sigue siendo el preferido a la hora de armar plaquetas por

partes de los amantes de la electrónica casera debido a su tamaño lo que

facilita la soldadura. Hoy en día, el uso de este encapsulado

(industrialmente) se limita a UVEPROM y sensores.

SOP (Small Out-Line Package): Los pines se disponen en los 2 tramos

más largos y se extienden en una forma denominada “gullwing formation”,

este es el principal tipo de montaje superficial y es ampliamente utilizado

especialmente en los ámbitos de la microinformática, memorias y IC

analógicos que utilizan un número relativamente pequeño de pines.

SOP (Think Small Out-Line Package): Simplemente una versión más

delgada del encapsulado SOP.

QFP (Quad Flatpack Package): Es la versión mejorada del encapsulado

SOP, donde los pines de conexión se extienden a lo largo de los cuatro

bordes. Este es en la actualidad el encapsulado de montaje superficial más

popular, debido que permite un mayor número de pines.

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SOJ (Small Outline J-Lead): Las puntas de los pines se extienden desde

los dos bordes más largos dejando en la mitad una separación como si se

tratase de 2 encapsulados en uno. Recibe éste nombre porque los pines se

parecen a la letra “J” cuando se lo mira desde el costado. Fueron utilizados

en los módulos de memoria SIMM.

QFJ: Al igual que el encapsulado QFP, los pines se extienden desde los 4

bordes.

QFN: Es similar al QFP, pero con los pines situados en los cuatro bordes de

la parte inferior del encapsulado. Este encapsulado puede hacerse en

modelos de poca o alta densidad.

BGA (BallGridArray): Los terminales externos, en realidad esferas de

soldadura, se sitúan en formato de tabla en la parte inferior del encapsulado.

Este encapsulado puede obtener una alta densidad de pines, comparado

con otros encapsulados como el QFP, el BGA presenta la menor

probabilidad de montaje defectuoso en las plaquetas. Método casero para

desoldar un encapsulado BGA.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 277

4.12. REGULADORES DE VOLTAJE.

Los circuitos electrónicos para su funcionamiento necesitan de una fuente de

energía, podemos decir que la fuente de alimentación será la encargada de

suministrar la energía eléctrica, en la cantidad y calidad que necesitan los

circuitos, equipos o sistemas electrónicos conectados a ella.

REGULADOR DE VOLTAJE INTEGRADO 78XX: Una serie de reguladores

monolíticos muy utilizados es la familia 78XX, esta serie comprende

reguladores de 5, 6, 8, 12, 15 y 24V, con corriente de salida máxima de 1A.

Los dos últimos dígitos de este código corresponden al valor del voltaje de

salida que mantendrá estabilizado el regulador, por ejemplo el 7805 es de 5V

de salida.

La conexión típica de este tipo de circuitos integrados está formado por: el

capacitor conectado en la entrada (C1) que generalmente es de 0,33mF

suprime los efectos inductivos que pudieran aparecer en estos terminales

debido a la relativa lejanía del estabilizador respecto a la sección de

rectificación y filtraje, mientras que el capacitor en la salida (C2) de 1mF

garantiza la estabilidad del circuito en estado transitorio. Para su correcto

funcionamiento requiere una corriente máxima (IQ máx) de 8mA saliendo en el

terminal de polarización y un voltaje VNR al menos 3V mayor que el voltaje de

salida.

REGULADOR DE VOLTAJE INTEGRADO 79XX: Una serie de reguladores

monolíticos muy utilizados es la familia 79XX, esta serie comprende

reguladores de -5, -6, -8, -12, -15 y -24V, con corriente de salida máxima de

1A.

Los dos últimos dígitos de este código corresponden al valor del voltaje

negativo en la salida que mantendrá estabilizado el regulador, por ejemplo el

7905 es de -5V de salida.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 278

La conexión típica de este tipo de circuitos integrados está formado por: el

capacitor conectado en la entrada (C1) que generalmente es de 0,33mF

suprime los efectos inductivos que pudieran aparecer en estos terminales

debido a la relativa lejanía del estabilizador respecto a la sección de

rectificación y filtraje, mientras que el capacitor en la salida (C2) de 1mF

garantiza la estabilidad del circuito en estado transitorio. Para su correcto

funcionamiento requiere una corriente máxima (IQ máx) de 8mA saliendo en el

terminal de polarización y un voltaje VNR al menos 3V mayor que el voltaje de

salida.

4.13. AMPLIFICADOR OPERACIONAL.

El término amplificador operacional fue introducido en 1947 por John Ragazzini

y sus colegas en su trabajo sobre computadoras analógicas, realizado para el

Consejo de Investigación de la Defensa Nacional de los Estados Unidos

durante la Segunda Guerra Mundial. Los primeros amplificadores

operacionales utilizaron tubos de vacío (“válvulas”), en vez de transistores.

Un amplificador operacional como lo conocemos hoy en día es un circuito

electrónico que tiene dos entradas y una salida, la salida es la diferencia de las

dos entradas multiplicada por un factor de ganancia.

Básicamente el Amplificador operacional es un dispositivo amplificador de la

diferencia de sus dos entradas, con alta ganancia, una impedancia de entrada

muy alta y una baja impedancia de salida, con estas características se deduce

que las corrientes de entrada son prácticamente nulas.

Los amplificadores operacionales se pueden conectar según dos circuitos

amplificadores básicos: las configuraciones inversora y no inversora. Casi

todos los demás circuitos con amplificadores operacionales están basados, de

alguna forma, en estas dos configuraciones básicas.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 279

Las características funcionales que describen su comportamiento son:

Dispositivo analógico lineal.

Ganancia (de tensión) prácticamente infinita.

Una entrada inversora, produce en el terminal de salida una señal en

contratase (180º) respecto de la señal aplicada a la entrada.

Una entrada no-inversora, produce en la salida una señal en fase con

aquella aplicada en la entrada.

Impedancia de salida casi nula (cero).

Impedancias de entrada infinitas.

Los amplificadores operacionales se consiguen comercialmente en paquetes

de circuitos integrados en varias formas. El encapsulado mas básico de un

Amplificador Operacional es un encapsulado DIP de 8 terminales, el más

básico y popular de los amplificadores operacionales es el de código es 741

Amplificador inversor: El circuito amplificador con ganancia constante que se

utiliza comúnmente es el amplificador inversor, que se muestra en la figura.

Toda la tensión de entrada V1, deberá aparecer en R1, obteniendo una

corriente en Rf igual a:

Como las corrientes son iguales entonces:

Entonces la ganancia será:

PIN2: Entrada Inversora (-) PIN3: Entrada no inversora (+). PIN4: Tierra (GND) PIN7: Alimentación (VCC) PIN6: Salida (Vo)

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 280

Amplificador no-inversor: El circuito amplificador con ganancia constante que

se utiliza comúnmente es el amplificador no inversor, que se muestra en la

figura. Toda la tensión de entrada Vi, deberá aparecer en Ri obteniendo una

corriente en Rf igual a:

Amplificador sumador (e inversor): El circuito amplificador con ganancia

constante que se utiliza comúnmente es el amplificador sumador inversor, que

se muestra en la figura. Toda las tensiones o voltajes de entrada V1,V2,V3,

deberá aparecer en R1,R2,R3, obteniendo una corriente en Rf igual a:

Conocemos los valores de V1,V2,V3, además conocemos los valores de

R1,R2,R3, aplicando la ley de Ohm en cada una de las entradas, obtenemos la

corriente I1, I2, I3.

Como las líneas de entrada está en la entrada inversora del amplificador

operacional se cumple:

También se cumple que

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 281

Reemplazando las ecuaciones 1, 2 y 3 en 4 obtenemos

(

)

Filtro pasa baja de primer orden: La colocación de un resistor en paralelo con

el capacitor de retroalimentación, como en la figura, convierte al integrador en

un filtro pasa bajas con ganancia.

Obtenemos la ganancia con la ecuación:

Obtenemos el valor de la frecuencia de corte:

Filtro pasa alta de primer orden: Si al circuito inversor se coloca un capacitor

en serie con el resistor de entrada, se convierten un filtro pasa altas con

ganancia.

Obtenemos la ganancia con la ecuación:

Obtenemos el valor de la frecuencia de corte:

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 282

Filtro pasa banda de segundo orden: Los últimos dos circuitos pueden unirse

como en la figura para obtener una respuesta pasa banda.

Obtenemos la ganancia con la ecuación:

Obtenemos el valor de la frecuencia de corte,

para este tipo de filtro se cuenta con dos

frecuencias de corte:

Calculando la frecuencia de corte inferior:

Calculando la frecuencia de corte superior del filtro:

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 283

TAREA 4: UTILIZA SOFTWARE DE ELECTRÓNICA.

El aprendiz de Redes y Comunicación de datos, al término de esta tarea,

podrá utilizar programas de simulación electrónica para implementar circuitos

electrónicos antes de implementarlos.

Identifica los diodos según el material utilizado en su fabricación.

Identifica las principales características de un diodo por el código de marca.

Implementa circuitos para comprobar la respuesta de un diodo en señal

continua y alterna.

1. EQUIPOS Y MATERIALES.

Computadora Core 2 Duo, RAM de 2GB, Disco Duro 250GB o superior.

Computadoras con sistema operativo Windows XP o superior.

Programa de simulación electrónica.

2. ORDEN DE EJECUCIÓN.

Utiliza programas se simulación electrónica.

Utiliza programas para creación de circuitos impresos.

Elabora simulación de circuitos electrónicos básicos.

Elabora los circuitos impresos de circuitos electrónicos básicos.

Estar preparado es importante, saber esperar lo

es aún más, pero aprovechar el momento

adecuado es la clave de la vida.

Arthur Schnitzler

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3. OPERACIÓN.

3.2. NORMAS DE SEGURIDAD Y PROTECCIÓN AMBIENTAL.

Normas de seguridad:

Informa al instructor del material roto o averiado.

No fumar, comer o beber en el taller.

Procura no andar de un lado para otro sin motivo y, sobre todo, no corras

dentro del laboratorio.

En caso de producirse un accidente comunícalo inmediatamente al

instructor.

Recuerda dónde está situado el botiquín.

Mantenga su puesto de trabajo limpio y ordenado, para evitar accidente.

.

Normas de protección ambiental:

Al acabar la práctica, limpia y ordena el material utilizado.

Los desechos tóxicos, generados en la tarea deben recolectados y

entregados al instructor para ser depositados en tacho de elementos tóxicos.

3.3. UTILIZA PROGRAMAS SE SIMULACIÓN ELECTRÓNICA.

El programa de simulación eléctrica y electrónica Multisim se puede utilizar

para simulación de circuitos electrónicos de electrónica analógica y digital.

El Multisim, es un programa que simula todos los componentes e instrumentos

necesarios para analizar, diseñar y verificar circuitos en remplazo de los

componentes e instrumentos reales.

El circuito ensamblado y verificado con el Multisim, se puede enviar a un

programa llamado Ultiboard, también de la empresa Electronics Workbench,

que se encarga de desarrollar el dibujo para el circuito impreso con lo que el

proyecto quedaría completo.

1. Para abrir el programa buscamos Multisim. Al cargar el programa

tendremos acceso a las principales barras de trabajo, que a continuación

mencionamos:

1. Menu bar = Barra de Menú.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 285

2. Design tool bar= Barra de diseño.

3. Componente tool bar = Barra de componentes.

4. Standard toolbar = Barra Estandar.

5. View tool bar= Barra de visualizacion.

6. Simulation toolbar = Barra de simulación.

7. Main toolbar = Barra Principal

8. In use list = Lista en uso

9. Active bar = Esquema activo

10. Circuit window = Ventana del esquema del circuito

11. Spread sheet view= Vista de hoja de calculo

12. Scrollleft/right = Barra de desplazamiento de izquierda a derecha.

13. Instruments toolbar = Barra de Instrumentos

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 286

2. Los componentes electrónicos a utilizar se encontrarán en la barra de

componentes.

3. Selecciones el símbolo “Place Basic” tal como se muestra, se desplegará

una segunda ventana con el detalle de cada elemento, en este caso

seleccionaremos una resistencia de 1KOhm. Para aceptar presionamos OK.

4. Para posicionar el componente lo llevamos con el mouse y luego para soltar

hacemos un clic con el botón izquierdo.

5. Si queremos cambiar sus propiedades, como por ejemplo: orientación,

copiarlo, eliminarlo, etc., hacemos un clic con el botón derecho del mouse y

se desplegará el siguiente menú:

Los más utilizados son:

a. Cut: Quitar el elemento.

b. Copy: Copiar el elemento.

c. Delete: Borrar el elemento.

d. Flip Horizontal: Girar

Horizontalmente el elemnto.

e. FlipVerticar: Girar verticalmente

el elemento.

f. 90 Clockwise: Gira 90º el

elemento en sentido horario.

g. 90 CounterCW: Gira el

elemento en sentido antihorario

6. Siguiendo el mismo procedimiento podemos ir insertando los componentes

necesarios para simular un circuito. Hasta obtener el circuito deseado.

7. Para comprobar el funcionamiento del circuito implementado, en la barra de

herramientas encontrará un botón verde “RUN” que le permitirá iniciar la

simulación. Compruebe presionando la tecla indicada en el interruptor el

comportamiento del circuito

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 287

8. Si deseamos realizar alguna medida o utilizar algún instrumento de

laboratorio, hacemos uso de la barra de instrumentos donde podemos

encontrar: Voltímetro, Amperímetro, Ohmímetro, Osciloscopios, Generador

de Señales, etc.

9.

3.4. UTILIZA PROGRAMAS PARA CREACIÓN DE CIRCUITOS IMPRESOS.

El programa de creación de circuitos impresos que puede utilizar el programa

ORCAD, que nos permite crear circuitos impresos de circuitos electrónicos

analógicos y digitales.

3.4.1. OSCILADOR COLPITTS.

El objetivo de este trabajo es relacionarse más con el uso de orcad capture y

orcad layout, utilizando sus librerías propias.

ESQUEMATICO:

1) Abrir el Orcad: inicio-programas-Orcad -Capture CIS-enter.

2) Crear un esquemático:

a) Ir a File en la barra de menús.

b) Seleccionarla opción new, luego de las opciones que se muestran

escoger proyect.

Aparecerá una pantalla, de las cuatro opciones que se muestran

seleccionar Schematic, luego seleccione la carpeta donde guardará todo

el proyecto y dale un nombre al proyecto, finalmente clic en OK

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 288

3) Deberás dibujar un circuito similar a este:

Sobre las librerías: para que se haga más fácil la búsqueda se puede agregar

las librería ingresando en place part y luego en add library empezaremos a

abrir todas las carpetas y solo se van agregando así cuando hagas otro

proyecto ya estará listo.

4) Para Este circuito usaremos dos librerías.

a) Clic en Place Part en la barra de herramientas, se abrirá el

siguiente cuadro:

b) Aquí se muestran todas las librerías que están en uso así

como los componentes de cada librería.

c) Seleccionar Add library, que mostrará todas las librerías del

Orcad Capture, se deberá escoger las librerías Pspice-

ANALOG; TRANSISTOR; IEC-DEVICE

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 289

5) Componentes que pegaremos en nuestro esquemático son:

Nombre de los componente Librería Nombres

CONDENSDOR PSPICE ANALOG C_ELEC

INDUCTOR IRON IEC DEVICE

RESISTENCIA PSPICE ANALOG R

TRANSISTOR TRANSISTOR TRANSISTOR

6) Asegurarse de que ningún componente tenga la mismo identificación, por

ejemplo no puede haber dos resistencias con la identificación R1.

7) Acomodar los componentes y unirlos con Place Wire que está en la barra de

herramientas.

8) Para la tierra escoger Place Ground en la barra de herramientas,

seleccionar CAPSYM, luego GND, y clic en OK.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 290

9) Deberás tener cuidado en la numeración de los terminales pondremos como

ejemplo al condensador:

a) Haga click derecho sobre el condensador, luego clic en Editpart.

Aparece la pantalla del editor del componente.

b) Haga doble clic en una terminal o patita, en el cuadro que aparece la

opción number es lo importante, tal vez diga 1 o 2 si escogió el otro

terminal; o tal vez P o N. Si fuera un transistor puede ser 1,2 o 3 o E,B, C.

Esto es muy importante porque los Footprints de layout deben tener el

mismo número o letra y en el mismo orden en sus terminales, con los

componentes del esquemático.

c) Como en este ejemplo utilizaremos librerías propias del Layout, entonces

escogeremos las nominaciones P y N para el condensador, donde P es la

entrada positiva.

d) Para salir del Edit Part, hacer un clic en la (x) de cerrar, que está a la

altura de la barra de menús. En el cuadro que aparece guardar los

cambios seleccionando Update Current.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 291

DANDO FOOTPRINTS A LOS COMPONENTES.

1) PRECIONE CLICK SOBRE CADA COMPONENTE. SALDRA EL

SIGUIENTE CUADRO: Poner nombre donde dice PCB FOOTPRINT y si

son varios componentes iguales como en este trabajo el condensador se

poner un solo nombre a todos como por ejemplo C1 SIEMPRE TRATANDO

DE QUE EL NOMBRE SE PEQUEÑO y así sucesivamente a todos los

componentes menos a tierra ni Vcc.

2) A cada componente en el esquemático le corresponde un footprint, si uno de

ellos no lo tuviera entonces no se podrá entrar al Layout. Escoja los

siguientes Footprints.

Componente Footprint

CONDENSADOR C1

RESISTENCIA R1

INDUCTOR L1

Crear la corrección DRC.

1. Para hacer la corrección o saber si está bien se debe minimizar el trabajo y

poner en schematic y luego hacer clic en DRC como se ve en la imagen y

te saldrá el siguiente cuadro. hacer lo que está en el cuadro, buscando el

lugar donde guardo el proyecto.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 292

2. Y deberá salirte este cuadro que significa que está bien, pues si es que hay

algún error abre el proyecto donde te saldrán las fallas y empieza a

corregirlas.

CREANDO EL ARCHIVO MNL.

Para Crear el archive MNL debemos hacer click como se muestra en la

imagen

En la siguiente ventana

aparecerá el siguiente cuadro:

Se debe poner other y

Luego

PCBII. DLL .como se muestra en

la imagen

Luego deberá salir el siguiente cuadro que nos permitirá seguir a layout plus.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 293

TRABAJANDO CON EL LAYOUT PLUS.

1) Abrir el LAYOUT PLUS.

Botón de Inicio / Programas-ORCAD-LAYOUT PLUS

a) FILE-IMPORT-PCB II NETLIST

Guardar el trabajo en una carpeta, que debes crear.

2) PONER: nuevo y te saldrá un cuadro darle abrir y luego guardar. Luego

se abrirá automáticamente el siguiente cuadro donde debes de escoger

todos los componentes de capture cis con sus respectivo footprint que nos

ayudara a identificarlos.

3) Elegimos un FOOTPRINT para cada uno de los componentes del circuito,

para nuestro ejemplo utilizaremos:

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 294

Componente Denominación librería FOOTPRINT

Condensador C1 TM_CYLIN CYL/D.225/LS 125. 031

Resistencia R1 JUMPER JUMPER 200

INDUCTOR L1 JUMPER JUMPER 300 TRANSISTOR TR VRES VRES 24

Por ejemplo L1 COMO YA SABEMOS ES EL INDUCTOR. Y así para todos los

componentes y darle OK.

4) ORDENANDO DE COMPONENTES.

a) Seleccione Component en la barra de herramientas o anda a Tool en la

barra de menús y selecciona Component, luego escoja la opción Select

tool.

b) Seleccione un componente y arrástralo presionando siempre el

mouse, una vez ubicado presione Esc.

Acomoda los demás componentes como mejor le parezca, por ejemplo

se muestra en la figura

5) PARA EMPEZAR A HACER LAS

PISTAS se coloca en la barra de

menú como se ve en la figura y

luego se hace clic en cada punto y

se va arrastrando hasta llegar al otro

punto.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 295

También se puede hacer automáticamente en AUTORUTE-BOARD pero se

debe de prefijar los colores antes de autorutear en padstack como muestra la

figura y de una cara en TOP-ROUND.

En undefined. Y autorutear.

6) LÍMITES DE LA PLACA.

a) Ahora procederemos a dibujar el límite de la placa. Seleccionar Obstacle

en la barra de herramientas o en la barra de menús seleccionar Tool, ir a

Obstacley seleccionar la opción SelectTool.

b) Haz clic derecho y en las opciones escoge new, luego volver a hacer

clic derecho y escoger properties, aparecerá un cuadro, selecione Board

Outline como tipo de obstáculo, Global layer como capa y un ancho de

20 milésimas de pulgada, clic en OK.

c) Dibuje un cuadro como en la figura.

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ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN 296

Este obstáculo delimita la placa, ningún componente podrá situarse fuera de él,

ni ninguna pista.

7) NODOS DE FIJACION o HUEQUITOS PARA LOS TORNILLOS.

a) Seleccionar Component en la barra de herramientas, luego has un clic

derecho en una parte vacía del área de trabajo, escoger la opción New,

aparecerá el cuadro Add Component.

b) Hacer clic en la pestaña Footprint, se abre la ventana Select Footprint,

escoger la librería Layout y seleccionar el footprint MTHOLE1,

también puede ser MTHOLE 2 o MTHOLE3, clic en Ok, se vuelve al

cuadro anterior otra vez, escoger aquí No electrical, esto lo aísla de

todos los componentes de la tarjeta, clic en OK.

c) Por lo general los huequitos para los tornillos se ponen en las esquinas,

aunque en algunas tarjetas por falta de espacio se colocan en la parte

superior e inferior central. Para este ejemplo colocar 4 MTHOLE1 en las

esquinas, como se muestra en la figura.

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8) COLOCANDO Y BORRANDO TEXTOS.

a) Como se puede ver hay muchos textos inútiles que no nos servirán salvo

las designaciones de resistencias, condensadores, resistencias, etc.

b) Seleccionar Text Tool en la barra de herramientas, selecciona los textos

que se desee borrar y presiona Suprimir, no borrar los números de los

componentes como R1, R2 o C1.

c) Añada textos adicionales como su nombre, nombre del proyecto, de la

universidad o de la empresa, fecha, etc.

d) Para crear textos haga Clic en New, en Text String escribir el texto,

Póngale el alto y ancho en Width (ancho) y Height (alto), seleccionar la

capa SST y clic en OK.

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

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3.5. ELABORA SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS BÁSICOS.

Utilizando el programa Multisim elabora los siguientes circuitos:

1. Fuente de alimentación variable que entrega voltajes que varían entre +1.5V

y +25V.

Lista de componentes:

6 Diodos 1N4004 2 Fusibles

1 Diodo Led Rojo 1 SWITCH

1 Transformador de 220V a 24 /1A 1 Resistencia 1.5KΩ

1 Resistencia de 240Ω 1 Potenciómetro de 5KΩ

1 LM317T 1 Condensador 1µF/25V

2. Probador audible de continuidad.

Lista de componentes:

3 Resistencias de 22K (R13, R17, R19) 2 Resistencias de 1K (R14, R16)

1 Resistencia de 10 (R15) 1 Resistencia de 680K (R18)

1 Resistencia de 56K (R20) 1 Resistencia de 8.2K (R21)

1 Resistencia de 1.5K (R22) 1 Trimmer de 5KΩ (P2)

1 LM358 1 Diodo 1N4148 (D2)

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ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

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3. Órgano Electrónico: Este circuito genera tonos similares a los que se obtiene

en una octava de un piano, está basado íntegramente en un timer 555, que

configurado a distintas frecuencias genera las notas musicales, estas notas

o frecuencias lo generan con pulsadores y un juego de resistencias.

3.6. ELABORA SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS BÁSICOS.

Utilizando el programa Orcad elabora los circuitos impresos de los circuitos

dela operación anterior:

1. Fuente de alimentación variable que entrega voltajes que varían entre +1.5V

y +25V.

2. Probador audible de continuidad.

3. Órgano Electrónico: Este circuito genera tonos similares a los que se obtiene

en una octava de un piano, está basado íntegramente en un timer 555, que

configurado a distintas frecuencias genera las notas musicales, estas notas

o frecuencias lo generan con pulsadores y un juego de resistencias.