TALLER DE ELECTRÓNICA 1

Guía introductoria

El Taller de electrónica 1 se desarrollará al igual que otros talleres del ciclo básico, con clases teóricas y luego prácticas.

La nota final del trimestre estará compuesta principalmente por las notas de las evaluaciones escritas y prácticas, y la respuesta del alumno a las directrices del profesor. Deseamos destacar con respecto a esto último, que la enseñanza práctica, se ha pensado de tal manera que los alumnos puedan incorporar mecanismos o procesos de trabajo en el campo electrónico, con los que tendrán pleno contacto al momento de realizar las pasantías laborales o al momento de empezar a ejercer su oficio u ocupación en el área electrónica. Para tal fin, por cada trabajo aprendido y realizado, se exigirá una “Memoria descriptiva”; esta describirá toda la “Operativa Técnica” efectuada para llevar a término cualquier labor en el Laboratorio. Por ejemplo: unas de las primeras prácticas consistirá en conocimiento y medición con Multímetro de ´resistencias´.

A continuación se presenta La Memoria descriptiva (resumida) de dicho trabajo, a manera de demostración:

MD: 10/3/2010 Conocimiento y medición de Resistencias

Como primera medida, se procedió a examinar el componente, comprobando que posee dos terminales metálicos, con un cuerpo recubierto de bandas de colores, que especifican su valor óhmico.

En segundo lugar, se observó la función del Proto Board, placa experimental o de proyectos, analizando la disposición de las ranuras o aberturas utilizadas para insertar los componentes, que permiten la interconexión de los mismos, reduciendo así el uso de conductores para el armado de circuitos.

Posterior a esto, se confeccionó el circuito dado por el profesor, que estaba integrado por dos resistencias, cables (obtenidos de cable de red) y una conexión a la fuente de alimentación, regulada en 9 Volt.

A continuación, aprendimos a utilizar el Multímetro digital, en las funciones de Ohm y Volt de C.C. respetando para cada medición la escala correspondiente. Se anotaron los valores medidos y se compararon con los resultados del ejercicio.

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Seguridad en el Taller o Laboratorio

Cuando se trabaja en el laboratorio eléctrico o cuando se emplea equipo eléctrico, el seguir las precauciones adecuadas de seguridad es tan importante como el llevar a cabo el trabajo correctamente. Existen peligros potencialmente mortales en el ambiente del laboratorio eléctrico, y si no se siguen con cuidado procedimientos de seguridad, se puede ocasionar que el alumno o algún compañero sea la víctima de un accidente serio. El mejor modo de evitar accidentes es reconocer sus causas y apegarse con cuidado a los procedimientos de seguridad bien establecidos. Una completa concientización acerca de los peligros y las consecuencias posibles de los accidentes ayuda a desarrollar la motivación adecuada para seguir esos procedimientos.

El peligro más común y más serio en laboratorios eléctricos es el choque eléctrico. Otros peligros que también deben tomarse en cuenta comprenden el empleo de sustancias químicas peligrosas, maquinaria en movimiento y cautines (soladores).

Choque Eléctrico

Cuando la corriente eléctrica pasa a través del cuerpo humano, el efecto que origina se llama choque eléctrico. Se puede dar de forma accidental debido a un mal diseño del equipo, fallas eléctricas, error humano o a una combinación de circunstancias desafortunadas. El aspecto letal del choque eléctrico está en función de la cantidad de corriente que pasa a través del cuerpo y del tiempo. No depende tan sólo del valor del voltaje aplicado. Puede ser tan mortal un choque de 100 V como uno de 1000 V.

La severidad de un choque eléctrico varía algo con la edad, sexo y condición física de la víctima. Pero, en general, el nivel de corriente necesario para matar a cualquier ser humano es notablemente bajo. Debido a ello, se debe tener siempre extremo cuidado para evitar choques eléctricos.

El umbral de la percepción de la corriente en la mayoría de los humanos es de aproximadamente 1 mA. La sensación originada por este nivel de corriente adquiere la forma de un hormigueo o calentamiento desagradable en el punto de contacto. Las corrientes mayores de un 1 mA., pero menores que 5 mA. se sienten con mayor intensidad, por lo general no producen dolor intenso. Sin embargo, los niveles de corriente entre 1 y 5 mA. pueden ser peligrosos debido a la reacción de sorpresa que producen. Por ejemplo, un choque con esa corriente puede provocar que uno salte contra un horno caliente o una pieza móvil de maquinaria o que se caiga de una escalera y por esas razones se lastime. (Nótese que 5 mA. es la fuga de corriente máxima que se permite en los circuitos de aparatos domésticos, de ciertos países).

A niveles superiores de los 10 mA., la corriente que pasa a través del cuerpo comienza a producir contracciones musculares involuntarias. Debido a esos espasmos, la víctima pierde la capacidad de controlar los músculos. Aun cuando el dolor es intenso, la víctima no puede soltar el conductor eléctrico que esté sosteniendo. Por esta razón, este nivel de corriente se llama en inglés de "no poder soltar". Si se mantiene esta corriente puede originar fatiga, colapso y aun la muerte.

Si el nivel de corriente que fluye por el cuerpo humano pasa de los 100 mA., comienza a interferir con el movimiento coordinado del corazón.1 Esla fibrilación evita que el corazón bombee la sangre y sobreviene la muerte en cuestión de minutos a menos de que se detenga la fibrilación. A más de 300 mA., las contracciones musculares del corazón son tan intensas que se evita la fibrilación. Si se detiene el choque lo suficientemente rápido, es muy probable que el corazón reasuma un ritmo normal. En tales casos, puede haberse detenido la respiración, y se deberá aplicar respiración artificial. Si se proporcionan

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los primeros auxilios en forma adecuada, puede ser que el choque no sea fatal aunque puedan haberse ocasionado quemaduras intensas. (De hecho, se emplea un método de administrar grandes pulsos de corriente a corazones en fibrilación para regresarlos a su ritmo normal.)

De la anterior descripción se puede ver que la corriente que pasa a través de la piel y después a través del cuerpo es más perjudicial (letal) en el rango de entre 100 y 300 mA. (Nótese que 100 mA es aproximadamente la décima parte de la corriente que pasa por un foco de 100 W.) El cuadro mas abajo, resume los efectos de la corriente en el cuerpo humano si entra por una trayectoria a través de la piel.

Intensidad de corriente:Contacto durante 1 segundo

Efecto

1 miliampere Umbral de percepción

5 miliamperesIntensidad máxima de corriente aceptada como inofensiva

10-20 miliamperes

Corriente a la que se puede soltar una persona electrificada, antes de una contracción muscular sostenida

50 miliamperesDolor. Posible inconsciencia, desvanecimiento, lesiones mecánicas. Continúan funciones del corazón y respiratorias.

100-300 miliamperes Comienza la fibrilación ventricular, pero el centro respiratorio permanece intacto.

6 amperes

Contracción sostenida del corazón seguida de ritmo cardiaco normal. Parálisis respiratoria temporal. Quemaduras si la densidad de corriente es alta.

Efectos de un choque eléctrico de 60 Hz (corriente) en una persona promedio a través del cuerpo:

NOTA 1: Nótese que también hay una relación importante entre la frecuencia de la corriente aplicada y la corriente mínima necesaria para ocasionar fibrilación. El estado de máxima susceptibilidad humana a los efectos de la corriente eléctrica se presenta aproximadamente a los 60 Hz, la frecuencia eléctrica más común. A mayores frecuencias, disminuye la susceptibilidad a la fibrilación rápidamente debido a que la corriente cambia de dirección con mayor rapidez que con la que puede responder el tejido del corazón.

Empleando métodos indirectos (p. ej., aplicar corrientes eléctricas a animales de laboratorio), los investigadores han determinado que la corriente puede ser fatal en uno de 20 casos si rebasa el valor calculado mediante la ecuación:

i (mA )= 116

√ t(segundos)

Por ejemplo, esta ecuación predice que una corriente de 100 mA. debe pasar durante aproximadamente 1.3 segundos antes de que se le considere fatal en términos proba listicos. Por lo tanto, en este caso el sólo rozar un conductor energizado puede ser desagradable, pero lo más probable es que

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no sea fatal. Los voltajes de corriente directa son en extremo peligrosos porque la corriente penetra a los músculos y a los nervios del cuerpo aun con mayor facilidad que la corriente de 60 Hz. Esto provoca quemaduras más severas y más profundas en la carne. Los tableros de distribución grandes (el equivalente industrial del tablero de interruptores termomagnéticos o disyuntores residenciales) son muy peligrosos debido a la gran cantidad de energía que pueden suministrar sus conductores en caso de una falla (p. ej., al poner en corto accidentalmente a dos conductores o un conductor a tierra). Muchos electricistas han tenido desgracias graves al haber volado literalmente más de 6 metros como resultado de fallas con arqueo. Las corrientes en esas fallas pueden ser lo suficientemente grandes para vaporizar los fluidos de una extremidad, ocasionando una explosión de vapores dentro de ella.

El voltaje necesario para que fluya un nivel fatal de corriente a través del cuerpo humano puede variar. Su valor depende de la resistencia de la piel en el punto de contacto. La piel húmeda puede tener una resistencia tan baja como 1 kΩ. mientras que la piel seca puede alcanzar hasta 500 kΩ. (Una vez que la corriente pasa hacia el cuerpo, la resistencia es mucho menor, debido a la conductividad de los fluidos corporales). Así, un potencial de 100 V aplicado a la piel húmeda puede ser fatal. En efecto, aun 50 V bajo ciertas condiciones puede ser tan mortal como 5000 V. Además, la resistencia de la piel decae rápidamente cuando la corriente pasa a través del punto de contacto, porque la corriente descompone la capa protectora y seca de la piel externa. Esto hace que sea importante romper el contacto con el conductor "vivo" tan pronto como sea posible. Debido a que el voltaje en el punto de contacto por lo general, permanece constante y como la resistencia disminuye, la corriente puede crecer rápidamente hasta un nivel fatal.

Sin embargo, en muchas aplicaciones médicas, se introducen directamente en el cuerpo dispositivos electrónicos sensoriales (catéteres, por las arterias o venas) para monitorear fenómenos físicos tales como el flujo sanguíneo. Estos dispositivos están en íntimo contacto con los fluidos corporales y por lo tanto, sólo existe una resistencia muy pequeña entre el dispositivo sensor y el paciente. Bajo tales circunstancias no sería extraordinario esperar que corrientes muy pequeñas (que entran al cuerpo a través de un catéter), puedan tener los efectos de un choque eléctrico. Los estudios clínicos han demostrado que corrientes tan pequeñas como 180 A (0.18 mA.) de electrodos colocados directamente a cada lado del corazón pueden desencadenar fibrilación ventricular. Así, se puede esperar que las corrientes eléctricas mucho menores que 100 a 300 mA sean potencialmente letales a los pacientes, si ellos están conectados a equipo médico eléctrico. Como las fugas de corriente en el ambiente de un hospital pueden alcanzar esos niveles de peligro inadvertidamente, se debe tener mucho cuidado y emplear medidas especiales de seguridad para proteger a los pacientes contra accidentes por choque eléctrico.

PROTECCIÓN PERSONAL:

El mejor método para protegerse uno mismo del peligro de un choque al emplear equipo eléctrico e instrumentos ordinarios (es decir, no médicos), es la utilización de conexiones correctas a tierra del equipo empleado.

Evitar el manejo de equipo que tenga conductores o alambres expuestos. Siempre trate de apagar el equipo cuando tenga que tocar algún circuito. Siempre se deben emplear zapatos para aislarse todavía más de la tierra. Se debe evitar tener contacto con tierras tales como la red metálica de plomería mientras se manejen

conductores o instrumentos.

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Si se debe reparar equipo "vivo", empléese sólo una mano y manténgase la otra muy alejada de cualquier parle del circuito.

No se deben emplear artículos metálicos, anillos, brazaletes o relojes de pulso al trabajar en sistemas eléctricos.

Primeros Auxilios para el Choque Eléctrico

El primer paso para auxiliar a una víctima de choque eléctrico es tratar de desconectar la corriente del conductor con el cual esté en contacto la víctima. Si no se tiene éxito al intentar esto y la víctima continúa recibiendo el choque, se debe romper el contacto entre la víctima y la fuente de electricidad sin ponerse uno mismo en peligro

Esto se hace usando un aislador (como un trozo de madera, tela, cuerda, etc.) para jalar o separar a la víctima del conductor vivo. No se debe tocar a la víctima con las manos desnudas mientras esté electrificada. Aun un contacto momentáneo con la víctima puede ser fatal si el nivel de corriente es bastante alto.) Se debe romper el contacto de manera rápida porque la resistencia de la piel decae rápi-damente con el tiempo y se puede alcanzar una corriente de 100 a 300 mA., fatal, si se permite que el choque continúe durante el tiempo suficiente.

Si se ha detenido la respiración y el individuo está inconsciente, se debe comenzar a dar inmediatamente respiración artificial. No la suspenda hasta el momento en que una autoridad médica certifique que ya no se puede ayudar a la víctima. Esto puede tomar hasta 8 horas. Se deben ignorar los síntomas de rigor mortis y la falta de pulso detectable, porque a veces son los resultados del choque. No son necesariamente pruebas de que haya expirado la víctima.

Otros Peligros del Laboratorio Eléctrico

Al emplear herramientas motorizadas como p. ej. taladros o sierras también se debe tener cuidado para evitar heridas graves. Las herramientas eléctricas no deben ser operadas, a menos que se tengan sus instrucciones de operación. Además, la ropa o el cabello sueltos pueden quedar atrapados en maquinaria en movimiento y no deben usarse cuando se maneje este tipo de equipo. Por último, se debe usar siempre anteojos de seguridad o gafas al taladrar o cortar con herramientas eléctricas.

El cautín es otro instrumento que puede causar accidentes si se emplea en forma descuidada. Los cautines calientes desatendidos pueden quemar a personas desprevenidas o que pueden prender fuego a sus alrededores. Para evitar accidentes con cautines, colóquese siempre el cautín en su receptáculo cuando no se esté soldando. También, asegúrese de apagar los cautines después de usarlos.

AI emplear los solventes de limpieza o sustancias químicas corrosivas (p. ej., ácidos en los laboratorios de semiconductores), se debe tener cuidado en su uso y la forma de desecharlas. Se deben emplear campanas extractoras bien ventiladas, al trabajar con estas sustancias para eliminar los humos corrosivos o venenosos. Se deben emplear guantes, ropa especial y gafas para protegerse contra las salpicaduras y contaminación de sustancias químicas. Cuando se tiran las sustancias corrosivas en los drenajes, se debe permitir que fluya un gran volumen de agua para diluir sus propiedades peligrosas. En caso de derrames de ácidos, enjuáguese el drenaje con bastantes cantidades de agua.

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Normas de Seguridad

1. Nunca se debe trabajar solo. Asegúrese que haya otras personas en el laboratorio a quienes recurrir en caso de accidentes.

2. Úsense sólo instrumentos y herramientas eléctricas que tengan cables de corriente con tres conductores.

3. Antes de manipular conductores, desconéctese siempre la corriente.

4. Revísense todos los cables de corriente para ver si tienen señales de deterioro. Cámbiense o repárense los conductores o las puntas de prueba dañadas.

5. Úsese siempre zapatos. Mantenga secos sus zapatos. Evítese estar parado sobre metales o concreto muy mojado. (Estas precauciones evitan que se convierta uno en un trayecto de baja impedancia a tierra.) No use artículos metálicos, anillos, etc.

6. Nunca se deben operar los instrumentos eléctricos con la piel mojada (la humedad disminuye la resistencia de la misma y permite que fluya mayor cantidad de corriente a través del cuerpo.)

7. Nunca se deben dejar desatendidos los cautines calientes. Manténganse en depósitos o soportes cuando no se esté soldando.

8. Nunca se debe usar ropa suelta cuando se esté cerca de maquinaria. Úsese siempre gafas de seguridad al utilizar sustancias químicas o herramientas motorizadas.

9. Conéctese siempre al último, el cable o la punta de prueba al punto de potencial alto. Esto es, no se conecte primero el conductor al lado "vivo" del circuito porque se terminará sujetando un conector "vivo" en la mano.

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Unidad N° 1: Ley de Ohm

Concepto de Voltaje

El paso de Corriente entre dos materiales con diferente carga, igualará eléctricamente ambas cargas, con lo que el flujo de corriente cesa.

La energía necesaria para crear las cargas, se convierte en energía eléctrica. Cuando la Corriente circula, esa energía mueve los e- desde las cargas (-) a (+). Esa energía eléctrica se denomina Fuerza Electromotriz (FEM). Es la fuerza que da lugar al flujo de e-.

Toda carga eléctrica, sea positiva o negativa, representa una reserva de energía. Esta reserva de energía es energía potencial mientras no se la utilice. La energía potencial de una carga es igual a la cantidad de trabajo que se ha realizado para crear la carga; la unidad que se emplea para medir este trabajo es el volt. La fuerza electromotriz de una carga es igual al potencial de la carga y se expresa en volts.

La diferencia de potencial entre dos cargas es la fuerza electromotriz que actúa entre ambas, a lo cual comúnmente se denomina voltaje.

El voltaje, o diferencia de potencial, existe entre dos cargas que no son exactamente iguales. Incluso un cuerpo descargado posee una diferencia de potencial con respecto a un cuerpo cargado; es positivo con respecto a una carga negativa, y negativo con respecto a una carga positiva.

Otros ejemplos

El concepto de voltaje se relaciona con los conceptos de energía potencial y de trabajo. La energía gastada al levantar un peso del piso hacia una mesa almacenada por el peso en su lugar sobre la mesa. La energía almacenada se llama energía potencial debido a que tiene el potencial para liberarse y reconvertirse en la energía (cinética) asociada con una masa en movimiento. Esto sucedería si el peso se dejara caer de la mesa.

Si una carga eléctrica está infinitamente alejada de otras cargas eléctricas, no se sentirá fuerza alguna de repulsión o de atracción debido a ellas. En ese punto, el potencial electrostático de la carga se define como cero. Si la carga se lleva entonces más cerca de otras cargas, su potencial electrostático (y su energía potencial) cambiarán.

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Un cuerpo con carga se mueve de un punto de un sistema eléctrico a otro; estos dos puntos se pueden caracterizar por la diferencia de potencial (electrostático) entre ellos. A la diferencia de potencial se le llama por lo general voltaje e indica cuánta energía adquiere o pierde (por unidad de carga) una par-tícula al movérsele dentro del campo eléctrico.

Caída de tensión:

Disminución de la tensión como consecuencia de la resistencia que el componente presenta al paso de la corriente eléctrica. Podríamos considerar que los electrones libres al circular por el componente, que presenta una dificultad a su desplazamiento, pierden potencial eléctrico en su circulación.

La resistencia eléctrica

La cantidad de agua que sale de un caño, como se muestra en la figura 1, dependiendo de la altura del tanque (comparable a la “presión” o tensión) y del espesor del caño. La analogía eléctrica de este fenómeno se estudiará enseguida.

Pensando en la analogía como un depósito de agua, vemos que el flujo por el caño depende en gran parte del espesor del mismo. En un caño más grueso el agua encuentra menor “resistencia” y puede fluir con más facilidad. El resultado es un flujo mucho mas intenso y por consiguiente una cantidad mayor de agua; con la electricidad ocurre lo mismo. Si tenemos una fuente cualquiera de energía eléctrica capaz de proporcionar cargas en cantidades limitadas, que a la vez hace de tanque, la unión con un cable conductor entre los polos de la fuente hace que la corriente pueda fluir y eso nos lleva a un comportamiento semejante al del tanque de agua (figura 2).

La intensidad de la corriente que va a fluir, es decir, el número de “amperes” no depende solo de la tensión de la fuente sino también de las características del conductor. Los distintos materiales se comportan de modo diferente en relación a la transmisión de cargas. No existen conductores perfectos. Y además, el cable conductor puede ser fino o grueso, largo o corto.

Si el cable fuera fino y largo, de material mal conductor de la electricidad, el flujo será muy pequeño. La corriente encontrará una gran “resistencia” u “oposición” a su circulación. Si el cable

fuera de un buen material conductor, corto y grueso, la oposición al pasaje de corriente será mínima y la corriente intensa (figura 3).

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El efecto general de un cable –o de un cuerpo cualquiera- que es recorrido por una corriente se denomina Resistencia Eléctrica. Podemos definir la resistencia eléctrica como:

“Una oposición al pasaje de la corriente”.

La resistencia eléctrica de un conductor depende de varios factores, como la naturaleza del material de que esta hecho el conductor y de sus dimensiones (longitud, espesor, etc.)

Ley de Ohm

Para enunciarla, conectamos a la fuente de energía eléctrica que establezca tensiones diferentes, una carga que presente cierta resistencia y midamos las corrientes correspondientes; comprobaremos que se dan determinadas situaciones que permitirán verificar esta importante ley (Figura 4)

Lo que hacemos entonces, es aplicar al conductor diferentes tensiones y anotar las corrientes correspondientes

Tensión (V) Corriente (A)

0 01 0.22 0.43 0.64 0.85 1.06 1.27 1.48 1.69 1.810 2.0

Analizando la tabla sacamos dos conclusiones importantes:

1. Dividiendo la tensión por cualquier valor de la corriente, obtenemos siempre el mismo número:

El “5”, valor constante, es justamente la Resistencia.

La resistencia depende, por lo tanto, de la tensión y de la corriente y puede calcularse dividiendo la tensión (V) por la corriente (I).

R=VI

De esta fórmula obtenemos otras dos

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1 / 0.2 = 5

5 / 1.0 = 5

8 / 1.6 = 5

V=I .R I=VR

La primera nos permite calcular la “caída de tensión en un cable” o cuantos Volt cae la tensión a lo largo de un conductor en función de su resistencia.

La segunda nos da la corriente, cuando conocemos la tensión y la resistencia de un conductor.

2. Graficando los valores de las tensiones y corrientes de un conductor obtenemos la representación de la Figura 5. Unidos los puntos se observa una recta inclinada. Esta es la “curva característica de una resistencia”.

¿Qué significa decir que la corriente es directamente proporcional a la Tensión?

Significa que a cualquier aumento o disminución de la tensión (causa) corresponde en relación directa un aumento o disminución de corriente. En caso de aumentar un 20%, la corriente aumentará en la misma proporción.

Detección de averías en general

Detectar averías significa descubrir por qué un circuito no está haciendo lo que debería. Todo técnico tiene que detectar muchas averías al estar diseñando o probando circuitos electrónicos. Los problemas que aparecen más comúnmente son cortocircuitos y circuitos abiertos. Dispositivos como los transistores pueden quedar en cortocircuito o en circuito abierto de muchas maneras. Una forma de destruir un transistor es exceder su límite de potencia máxima. En las hojas de datos de muchos dispositivos, los fabricantes incluyen cuidadosamente las limitaciones máximas absolutas para sus productos. No tome esto a la ligera. Si se excede el límite de potencia máxima, por ejemplo, casi siempre tendrá que comprar un dispositivo nuevo. A veces, exceder el límite de potencia máxima quema el interior del dispositivo, dejando un espacio vacío llamado circuito abierto. En otras ocasiones, una disipa-ción excesiva de potencia derrite el interior del dispositivo, produciendo un costoso cortocircuito.

Las resistencias se convierten en circuitos abiertos cuando la potencia que disipan es excesiva. Pero también se puede obtener una resistencia en cortocircuito como sigue. Durante el horneado y soldadura de tarjetas de circuito impreso, una salpicadura indeseable de soldadura puede conectar dos líneas de conducción cercanas. Conocido por puente de soldadura, efectivamente pone en cortocircuito cualquier dispositivo que se encuentre entras las dos líneas de conducción. Por otra parte, una mala soldadura significa simplemente la no conexión en la mayor parte de los casos. Se conoce como unión de soldadura en frío, e implica que el dispositivo parecerá estar en circuito abierto. Tal vez la mejor estrategia para comenzar la detección de averías sea buscar primero los circuitos abiertos y luego los cortocircuitos. Todo es posible, además de los cortocircuitos y los circuitos abiertos. Por ejemplo, aplicar temporalmente demasiado calor a una resistencia puede cambiar de forma permanente la resistencia en un gran porcentaje. Si el valor de la resistencia es muy importante, el circuito puede no funcionar

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adecuadamente después del daño térmico. En este caso, puede ser un poco más difícil aislar la resistencia que está fallando en un circuito impreso ya armado.

Un dispositivo abierto

Para ser eficaz detectando averías, tiene que saber qué efecto tendrá un cortocircuito o un circuito abierto en un circuito. He aquí algo que le ayudará. Recuerde siempre estas dos cosas acerca de un dispositivo abierto:

La corriente en m circuito abierto es cero.

La tensión es desconocida.

La primera proposición es verdadera, ya que un dispositivo abierto tiene una resistencia infinita. No puede haber corriente por una resistencia infinita. La segunda proposición es cierta para la ley de Ohm:

V = I.R = (O) . (∞)

En esta ecuación, cero por infinito es matemáticamente indeterminado, siendo la respuesta cualquier cosa. Tiene que averiguar cuál es la tensión mirando el resto del circuito. Pronto se verá cómo se hace esto.

Un dispositivo en cortocircuito

Un dispositivo en cortocircuito es exactamente lo opuesto a un dispositivo abierto. Recuerde siempre estas dos cosas acerca de un dispositivo en cortocircuito:

La tensión en un circuito en cortocircuito es cero.

La corriente es desconocida.

La primera proposición es cierta porque un cortocircuito tiene resistencia cero. No puede haber tensión en una resistencia cero. La segunda proposición es cierta por la ley de Ohm:

I=VR

=00

Matemáticamente, cero dividido entre cero no tiene significado. Es decir, la respuesta es indeterminada. Tiene que averiguar cuál es la corriente viendo el resto del circuito.

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Tabla de averías

Detectar averías puede resultar muy interesante; el circuito da pistas y uno tiene que imaginarse cuál podría ser la causa del problema. Normalmente, las tensiones se miden con respecto a masa. A partir de estas mediciones y de los conocimientos de electricidad básica, generalmente puede deducirse qué fallo es el que con más probabilidad puede estar causando el problema. Después de que se ha aislado el componente más sospechoso, se puede desconectar, y las sospechas se pueden confirmar con un óhmetro u otro instrumento.

La mejor forma de aprender a detectar averías es practicándolo. Comencemos. En la Figura anterior, un divisor de tensión que consiste en R1 y R2 excita las resistencias R3 y R4 en serie. Antes de poder detectar las averías en este circuito, hay que conocer las tensiones normales. Por tanto, lo primero que hay que hacer es calcular los valores de VA y VB. El primero es la tensión entre el nudo A y masa. El segundo es la tensión entre el nudo B y masa. Como R1 y R2 son mucho menores que R3 y R4 (10 Ω contra 100 KΩ), la tensión en el nudo A es aproximadamente de +6 V. Además, como R3 y R4 son iguales, la tensión en el nudo B es aproximadamente de + 3 V. Si el circuito no tuviese averías, se medirían 6 V entre el nudo A y masa, y 3 V entre el nudo B y Estas dos tensiones son el primer dato en la Tabla 1-1.

Tabla 1-1 Averías y pistas

Avería VA VBCircuito sin problema 6 V 3 VR1 abierto 0 0R2 abierto 12 V 6 VR3 abierto 6 V 0R4 abierto 6 V 6 VC abierto 12 V 6 VD abierto 6 V 6 VR1 cortocircuito 12 V 6 VR2 cortocircuito 0 0R3 cortocircuito 6 V 6 VR4 cortocircuito 6 V 0

Cuando R1 está abierta, ¿qué cree que sucede con las tensiones de los nudos? Como no puede circular corriente por el circuito abierto de R1, tampoco puede fluir corriente por R2. Según la ley de Ohm, la tensión en R2 vale cero. Por tanto, VÁ = O y VB = O, como se muestra en la Tabla 1-1 para R1 abierta.

¿Qué pasa con las tensiones de los nudos si R2 está abierta? Como no puede circular corriente por R2 abierta, la tensión en el nudo A es igual a la tensión de la fuente. Como R1 es mucho menor que R3 y R4, la tensión en el nudo A es de aproximadamente 12 V. Como R3 y R4 son iguales, la tensión en el nudo B

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pasa a ser de 6 V. Esta es la razón por la que VA = 12 V y VB = 6 V, como se muestra en la Tabla 1-1 para R2 abierta.

Si la tierra C está abierta, no puede pasar corriente por R2. Esto equivale a que R2 esté abierta. Por tal causa, el problema C abierto tiene VA = 12 V y VB = 6 V en la Tabla 1-1.

Estos ejemplos dan una idea de cómo pensar cuando se están detectando averías. Es preciso visualizar el circuito modificado por una resistencia abierta o en cortocircuito. Luego se aplica la ley de Ohm para calcular las tensiones aproximadas en los nudos. Seria conveniente que determine los datos restantes de la Tabla 1-1, asegurándose de que comprende porqué aparece cada tensión para una avería determinada. Este ejercicio básico recorrerá un largo camino para enseñarle los fundamentos de la detección de averías.

Problemas de detección de averías

Analizando el circuito mas abajo, la primera tabla inferior es «Sin problema». Esta es la que debe emplear cuándo desee medir tensiones normales. Para medir la tensión en el nudo A, lea la entrada adyacente a VA que es B5. Este dato B5 se llama muestra. Trasládese a la tabla grande denominada «Tensiones» y Ida el valor de la muestra B5. Localicé el renglón B y Columna 5. Leerá 4, lo que significa 4 V. Esa es le tensión en la nudo A.

De forma similar, VB tiene una muestra en E2. En la tabla grande esto corresponde a una tensión de 2 V. Finalmente, la tensión de la fuente VE tiene la muestra C4. La tensión correspondiente es 12 V.

El T-shooter es una versión simplificada para libro de texto de un programa escrito para la enseñanza asistida por ordenador. Te darás cuenta de que el T-shooter es útil para desarrollar tus propias habilidades en la detección de averías. Puedes medir las tensiones en cualquier orden; por ejemplo, primero VE luego VA y en tercer lugar VB o como sea. Estas tensiones son las pistas para resolver el problema. Después de medir una o más tensiones trata de encontrar el fallo. Los problemas posibles son una resistencia en cortocircuito, una conexión de masa abierta y la ausencia de tensión de fuente.

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1 2 3 4 5 6

A 4 0 12 6 4 3

B 6 12 0 3 4 0

C 12 3 6 12 3 0

D 6 0 6 0 12 0

E 0 2 4 12 0 6

F 12 0 6 4 6 12

Sin problema

Fallo 1 Fallo 2

VA : B5 VA : C1 VA : B3VB : E2 VB : F3 VB : C6VE : C4 VE : D5 VE : A3

Fallo 3 Fallo 4 Fallo 5VA : E1 VA : B1 VA : C2VB : B6 VB : D4 VB : A6VE : B2 VE : E4 VE : F1

Fallo 6 Fallo 7 Fallo 8VA : D3 VA : A4 VA : D1VB : C5 VB : E6 VB : C5VE : A3 VE : C4 VE : F1

Fallo 9 Fallo 10 Fallo 11VA : F2 VA : B4 VA : F5VB : D2 VB : D6 VB : C3VE : A2 VE : D5 VE : F6

Ejercicio: Explica que origina los fallos 1 – 11.

APROXIMACIONES

La matemática es una herramienta maravillosa. Sin ella, poco podría hacerse para mejorar el mundo. Pero como de todas las cosas buenas, puede llegar a abusarse de ella. La mayor tontería que puede darse cuando se está aprendiendo matemáticas es creer que debe obtenerse una respuesta exacta para cada problema. Esta es una trampa del cerebro izquierdo, ya que hay muchas situaciones en las que las respuestas precisas son más dañinas que beneficiosas. Por ejemplo, las respuestas exactas son erróneas cuando se están detectando averías en equipos electrónicos. De hecho, las respuestas exactas probablemente harían que la mayor parte de los que detectan averías fuesen despedidos, ya que tardan demasiado tiempo en obtener respuestas exactas. Dado que la electrónica es un arte y una ciencia, deberá aprender a emplear las aproximaciones en vez de las respuestas precisas.

¿Sabias que un pie de conductor AWG 22 que está a una pulgada de un chasis tiene una resistencia de 0,016 Ω, una inductancia de 0,24 H y una capacidad de 3,3 pF? Si tuviésemos que incluir los efectos de la resistencia, la inductancia y la capacidad en cada cálculo de la corriente, emplearíamos una cantidad desproporcionada de tiempo en los cálculos. Esa es la razón por la cual todo el mundo ignora la resistencia, la inductancia y la capacidad de los conductores de conexión en la mayor parle de las situaciones.

La aproximación ideal (llamada a veces primera aproximación) de un dispositivo es el circuito equivalente más simple a ese dispositivo. En el caso de un conductor de conexión, la aproximación ideal es un conductor con resistencia cero. La aproximación ideal incluye solamente una o dos ideas básicas de cómo funciona un dispositivo. Se trata de una aproximación elemental, más allá de la cual no se puede ir sin perder el significado del dispositivo. Por ejemplo, una resistencia presenta una resistencia, inductancia y capacidad. La aproximación ideal para una resistencia es una resistencia pura.

La segunda aproximación incluye algunas características extra con el fin de mejorar el análisis. En general, es lo más lejos a lo que llegan muchos ingenieros o técnicos en el trabajo diario. Por ejemplo, la aproximación ideal a una pila para lámpara es una fuente de tensión de 1,5 V. La segunda aproximación consiste en una fuente de 1.5 V en serie con una resistencia Thévenin aproximadamente de 1 Ω.

La tercera aproximación incluye otros efectos de menor importancia. Sólo las aplicaciones más finas requieren este nivel de aproximación.

La aproximación a emplear depende de lo que se esté intentando hacer. Si se están detectando averías, la aproximación ideal es usualmente adecuada. Si se va a enviar a un hombre a la Luna, se necesitará la tercera aproximación, ya que se requiere la máxima precisión. En la mayor parle de las situaciones, la segunda aproximación es el mejor compromiso.

Características del ambiente de Trabajo

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Instrumental: El Multímetro

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El denominado téster o multímetro puede ser tanto analógico como digital. Por sus funciones de lectura de valores de forma instantánea y como introducción, en el taller utilizaremos el téster digital.

Mediciones de Resistencias con el Téster

1. El instrumento cuenta con dos puntas de pruebas, que se apoyan en los terminales de componentes, pistas del circuito, etc. para efectuar las mediciones necesarias. Generalmente, la ficha Negra se coloca en la ranura COM del Téster; mientras que la ficha Roja en la ranura V/Ω.

2. Debemos poner la llave selectora de funciones en alguno de los rangos para medir Resistencias (Ω), si no conocemos el valor a medir, empezamos por el más alto para luego bajar, si es necesario, hasta obtener valores enteros con decimales.

3. El voltímetro debe conectarse directamente sobre el componente cuya resistencia queremos determinar según lo indicado en la Figura 1.

Mediciones de Caídas de Tensión en C.C. con el Téster

1. Colocamos la punta Roja en el terminal positivo del instrumento y la punta Negra en el terminal negativo.

2. Debemos poner la llave selectora de funciones en alguno de los rangos para medir tensión continua (DVC: Direct Current Voltage o V-), si no conocemos el valor a medir, empezamos por el más alto para luego bajar, si es necesario, hasta obtener valores enteros con decimales.

3. El voltímetro debe conectarse en paralelo con el componente cuya tensión queremos determinar según lo indicado en la Figura 2.

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Debemos tener en cuenta además, que, para obtener valores positivos de CC (Corriente Continua), se debe colocar la punta de prueba Roja en el terminal más cercano el borne positivo de la batería; y la punta de prueba Negra, en el terminal más cercano el borne negativo de la batería. Si por error conectáramos al revés las puntas de prueba, el valor que arrojará la pantalla o display del téster será negativo; esto no causará ningún tipo de daño en el equipo o en el circuito.

Mediciones de Caídas de Tensión en C.A.

Si se debe efectuar medición de Corriente o Tensión Alterna (CA, AVC o V~), no importa la polaridad de las puntas de prueba. La diferencia radica en la posición de la llave selectora del téster, esta debe colocarse en alguno de los rangos específicos de ACV.

Mediciones de Corriente con el Téster

1. Colocamos la punta Roja en el terminal positivo del instrumento y la punta Negra en el terminal negativo.

2. Debemos poner la llave selectora de funciones en alguno de los rangos para medir intensidades(A-), si no conocemos el valor a medir, empezamos por el más alto para luego bajar, si es necesario, hasta obtener valores enteros con decimales.

3. Debemos intercalar el multímetro (ahora usado como amperímetro) en el circuito de modo que la corriente circule a través de él; es decir, el amperímetro debe conectarse en serie con los demás componentes del circuito en los que se quiere medir la corriente, tal como se muestra en la Figura 3.

Listado de Componentes a utilizar

Compra de Abril

4) Resistencias de 1K x 1/4 W.

1) Diodo 1N4007

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1) Led Rojo

1) Capacitor Electrolítico 100 μF 25V

1) Capacitor Cerámico 104

1) Placa universal de 3x3 cm

Estaño 1metro

Fuente de Alimentación

Compra de Mayo (Hasta el 15/5)

1) Lm 7805 TO220

1) Puente rectificador B380 C 2000/1500

2) Resistencias 2k2 1/4 W

2) Resistencias 220Ω 1/4 W.

2) Capacitores Electrolíticos de 2200 μF 25V.

3) Capacitores de Tantalio de 1 μF 25V

2) Capacitores Electrolíticos de 22 μF 25V.

2) Capacitores Electrolíticos de 10 μF 25V.

1) Capacitor cerámico 0.1 μF 25V

NOTA: Los capacitores pueden ser de mayor voltaje.

6) Diodos 1N4001 o mayor.

2) Borneras para circuitos impresos de 3 entradas.

4) Borneras para circuitos impresos de 2 entradas.

1) Circuito Impreso virgen 10x10 cm.

Compra opcional (Anual)

1) Soldador lápiz 30W / 220V

2) Portasoldador

3) Protoboard 830 puntos

4) Multímetro digital (tipo estudiante)

Fuente de Alimentación

Compra de Junio (Hasta el 15/6)

1) Lm 337 TO220

1) Lm 317 TO220

1) Led Rojo 5mm.

1) Led Verde 5mm.

2) Porta Led 5mm.

1) Llave Encendido 2A. 220V Unipolar.

3) Bornera Hembra p/chasis (gabinete) Rojas

1) Bornera hembra p/chasis (gabinete) Negra.

2) Fichas Banana macho para Bornera, Rojas.

1) Ficha Banana macho para Bornera, Negra.

2) Cocodrilos medianos Rojos.

1) Cocodrilo mediano Negro.

2) Disipadores p/TO 220 (15W aprox) o bien, uno para colocar 2 integrados.

4) Separadores de circuito impreso.

1) Portafusible de panel de 30 mm

1) Trafo 15+15V 2A.

2) Fusibles de 1A 30mm

2) Potenciómetros lineales de 5K.

2) Perillas para potenciómetros.

1) Gabinete (13x23cm la base, 11cm de alto)

1) Pasacable de goma.

2) Mica p/Disipadores

2) Tornillos con tuerca y arandela aislante p/Disipadores

1) Terminal ojal (chico) para cable a tierra/chasis

2) Tornillos con tuerca p/trafo.

1 mt. Funda Termo-contraíble

3 mts. Cable rojo de 1mm

2 mts. Cable negro de 1 mm

2 mts. Cable celeste de 1 mm

1.5 mts Cable de 3x 1,5mm con funda

6 Precintos chicos

4 tapones de goma para la base

1.5 mts. de estaño

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