Electricidad y electrónica4º ESO.

Fco Villafranca GraciaDepartamento de Tecnología

I.E.S Barañáin, 2010/11

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Contenidos

1. Componentes eléctricos-electrónicos.

2. Sistemas electrónicos

3. Electrónica digital

4. Circuitos.

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Contenidos

Componentes eléctricos-electrónicos. Resistencia

• Fijas o resistores

• Variables o potenciómetros

• Resistencias dependientes de un parámetro físico

Condensadores: electrolíticos y sin polaridad Diodo: semiconductor y led Transistor Montajes básicos con componentes electrónicos

• Temporizador e intermitente

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Contenidos

Componentes eléctricos-electrónicos. Circuitos. Circuitos integrados

• Comparador (LM741, LM311….)

• Regulador (7805, 7806, 7809……)

• Temporizador (555) Medición de magnitudes. Sistemas electrónicos. Circuitos. Bancos de trabajo (Software de simulación).

• Interactividad

• Dibujo de esquemas

• Diseño de circuitos impresos (manual y automático) Montajes: detector de humedad o caja musical

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Componentes.1

Según su funcionamiento• Componentes pasivos, no realizan ganancias, protegen y

unen los componentes activos.• Resistencias, condensadores, bobinas

• Interruptores, relés, fusibles, transductor,

• Componentes activos, son capaces de excitar los circuitos o realizar ganancias o control del mismo.

• Diodo, transistor, C.I. (Amp Op, 555, TDA, circuitos activos

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Componentes. 2

Según su función• Sensores, entradas.

• Discretos: entregan un valor concreto (señal digital)• Interruptores, interruptores electrónicos: diodo, transistores, optos,

detectores.

• Continuos: entregan un valor dependiendo de la señal que detecta (señal analógica).

• Potenciómetros, LDR, NTC, PTC

• Actuadores, salidas.

• Relé, zumbador, led, lámpara, motor, cilindro neúmatico

• Reguladores, control.• A.Operacionales, 555, en general, los circuitos activos.

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Componentes (pasivos).3

Resistencias, limitan la corriente de los componentes activos, su unidad es el ohmio(Ω). Existen principalmente dos tipos:• Fijas

• Variables

• Sus símbolos

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Componentes (pasivos). 4(1) Código de colores de las resistencias

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Componentes (pasivos). 4(2) Código de colores de las resistencias

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Componentes (sensores). 5

Resistencias LDR, NTC y PTC, son componentes que entregan un valor dependiendo de la señal que detectan, entran en la clasificación de los sensores continuos.

LDR (Resistencias que dependen de la luz).• puertas automáticas de ascensores, control del alumbrado público,

alarmas, máquinas detectoras de luz (visión artificial), etc.

NTC y PTC (Resistencias que dependen de la temperatura).• La medida de temperatura en motores y máquinas. Termostatos.

Alarmas contra calentamientos. Compensación de circuitos eléctricos.

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Componentes (sensores). 6

LDR

NTC y PTC

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Componentes (pasivos). 7

Condensadores, son dos placas metálicas aisladas por un dieléctrico, almacenan energía en forma de campo eléctrico, para la CC se dice que es un circuito abierto y para la C.A es un circuito que ofrece resistencia, llamada reactancia capacitiva. Tiene varias funciones: filtrar, temporizar, antiparásito (evitar ruidos en aparatos cercanos), flash, en circuitos osciladores, etc. Su unidad es el faradio. Existen principalmente dos tipos de condensadores:

• Polarizados (electrolíticos, mucha capacidad).

• No polarizados, fijos y variables.

• Sus símbolos

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Componentes (pasivos). 8

Funcionamiento de un condensador

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Componentes (pasivos). 8

Bobinas, son hilos conductores enrollados en un núcleo de hierro o de aire. Almacenan energía eléctrica en forma de campo magnético. En C.C hacen de cortocircuito. En C.A. almacena energía y la devuelve cuando disminuye la corriente, ofrece una resistencia llamada reactancia inductiva. Tienen varias funciones: trasformadores, circuitos osciladores, antenas, etc. Las hay fijas y variables.

• Su símbolo

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Componentes (pasivos). 9

Interruptores

Relés

Fusibles Transductor (sensor)

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Componentes (activos). 10

Diodo semiconductor, físicamente son dos cristales de silicio o germanio uno de tipo P dopado con impurezas trivalentes, lleno de huecos y otro de tipo N dopado con impurezas pentavalentes, lleno de e libres, la unión de los dos da lugar a la unión PN. Es un interruptor electrónico, que funciona cuando se polariza directamente. Tiene dos electrodos o terminales, llamados ánodo, cristal P (A) y cátodo, cristal N (K). Se utiliza, como: sensor, rectificador, detector de señal, etc. Es la base de los chips. Hay varios tipos de diodos semiconductores.

KA

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Componentes (activos). 12

Transistor, se obtiene al unir tres cristales, es equivalente a dos diodos en oposición, la unión de esos cristales da lugar a dos tipos de transistores, NPN y PNP. También es un interruptor electrónico, pero gobernable. Tiene tres terminales, emisor (N), base (P) y colector (N) si es NPN. La base del transistor controla la corriente que va de emisor a colector. Para que el transistor funcione correctamente, la unión B-E se polariza directamente y la unión base colector inversamente. Hay varios tipos.

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Componentes (sensor) . 13

Fototransistor, Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. El

fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor. Para que los dos funcionen, deben estar polarizados correctamente.

Fotodiodo y fototransistor.

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Componentes (sensor).14

Optoacoplador, combina un dispositivo semiconductor formado por un fotoemisor, un fotoreceptor y entre ambos hay un camino por donde se transmite la luz. Todos estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado, que por lo general es de tipo DIP.

Este elemento puede sustituir a elementos electromecánicos como relés, conmutadores. De esta manera se eliminan los golpes, se mejora la velocidad de conmutación y casi no hay necesidad de mantenimiento.

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Componentes . 15

Detectores-sensores, son dispositivos que se utilizan en control y vigilancia de recintos o máquinas, dependiendo de su circuitería detectan metales (inductivos), humos, gases, niveles de llenado de líquidos o de otros materiales (capacitivos),etc.

Funcionamiento, El componente esencial del detector inductivo es su oscilador con bobina abierta. Cuando un objeto metálico se aproxima al detector, la oscilación se atenúa inicialmente y por último se interrumpe. Este efecto lo detecta el circuito disparador y se reenvía como una señal de salida.

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Componentes .13

Resistencias LDR, NTC y PTC, son componentes que entregan un valor dependiendo de la señal que detectan, entran en la clasificación de los sensores continuos.

LDR (Resistencias que dependen de la luz).• puertas automáticas de ascensores, control del alumbrado público,

alarmas, máquinas detectoras de luz (visión artificial), etc.

NTC y PTC (Resistencias que dependen de la temperatura).• La medida de temperatura en motores y máquinas. Termostatos.

Alarmas contra calentamientos. Compensación de circuitos eléctricos.

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Componentes.14

LDR

NTC y PTC

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Componentes (actuadores).15

Relé, zumbador, led, lámpara, motor, cilindro electroneumático.• LED, diodo emisor de luz

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Componentes (de control).16

Amplificadores operacionales, NE555, etc.• 555

• Operacional

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Circuitos.1

Carga y descarga El condensador C1 se carga en cinco Ctes de tiempo. La Cte de tiempo viene definida por T=R.C; seg= ohm.F

En la 1º Cte de tiempo el condensador se carga al 63,2% de 9 V.

Cuando SW1 está arriba el condensador se carga, y cuando está abajo el condensador se descarga.

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Circuitos.2

Circuito flash

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Circuitos.3

Presentación de un transistor

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Circuitos. 4

Transistor switch (polarización)

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Circuitos. 5

Transistor timer (temporizado a la conexión )

tiempo Vs=V salida

inicio= sw1Vs

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Circuitos. 6

Transistor timer (temporizado a la desconexión )

tiempo Vs=V salida

inicio= sw1

Vs

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Circuitos. 7

Sensor de luz

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Circuitos. 8

Sensor de luz con opto-transistor

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Circuitos. 9

Transistor. Alarma con memoria.

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Circuitos. 10

Transistor. Amplificador.

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Circuitos. 11

FDA. Fuente de alimentación.

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Medida de magnitudes.

Medidas de V, I, R y P.

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Sistemas electrónicos de control. 1

Sistema o proceso.• Señal de entrada. Sensores (digital, analógico).

• Detector de error. Comparador.

• Regulador o controlador. Control.

• Actuador del proceso. Salidas.

• Planta o sistema. Habitación, horno, depósito

• Señal de salida.

• Captador (transductor). Adaptador.

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Sistemas electrónicos de control. 2

Sensor (p.e, micrófono). Captador

Transductor AcondicionadorParámetro( físico químico,)

Magnitud eléctrica

Amplif, convertidor

Al comparador o al regulador

El funcionamiento de un sensor y de un captador es igual, solo depende del lugar donde este colocado, en el circuito.

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Sistemas electrónicos de control. 3

Transductores y captadores• De posición , proximidad y desplazamiento

• De velocidad

• De temperatura

• De presión

• De medida para iluminación.

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Sistemas electrónicos de control. 4

Transductores• De posición , proximidad y desplazamiento

• Resistivos (potenciómetros)

• Inductivos (medida de la autoinducción)

• Capacitivos (medida de proximidad a una superficie conductora)

• Interruptores final de carrera

• Ultrasonidos y radar

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Sistemas electrónicos de control. 5

Transductores• De velocidad.

• Tacómetros mecánicos (medida de las r.p.m.).

• Tacómetros eléctricos (convierten las r.p.m. en señales eléctricas, V/r.p.m ).

• De temperatura• Termoresistencias , la resistencia varia con la

temperatura RTD (Resistencia Thermica Detector)

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Sistemas electrónicos de control. 6

Transductores• De temperatura

• Termoresistencias , la resistencia varia con la temperatura RTD (Resistencia Thermica Detector).

• Termistores, NTC y PTC

• Termopares, temperatura a tensión eléctrica

• Pirómetros, por medio de radiaciones.

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Sistemas electrónicos de control. 7

Transductores• De presión

• Mecánicos: Manométros

• Electromecánicos: Resistivos y capacitivos.

• Piezoeléctricos.

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Sistemas electrónicos de control. 3

Transductores• De medida de la iluminación

• Fotorresistencias

• Fotodiodos

• Fototransistores

• Sensores ópticos

• De barrera, de reflexión y de proximidad

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Sistemas electrónicos de control. 4

Detector de error. Comparador• Electrónico

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Sistemas electrónicos de control. 5

Detector de error. Comparador• Neumáticos (uso de un fuelle), presiones 1y2.

• Mecánicos (barras articuladas), fuerzas 1y2.

• Eléctricos (puente de potenciómetros) ,V1 y V2.

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Sistemas electrónicos de control. 6

Regulador (electrónico, mecánico, etc)

p.e, Amplificador, termostato, etc.

Al actuadorDel detector de error

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Sistemas electrónicos de control. 7

Actuador, elemento final de control (salida)

Amplificador Elemento final

Cilindros neumáticosCilindros hidraúlicosMotores CC, CAMotores paso a pasoMotobombasRelés, lámparas, etc.,

ElectrónicosHidraúlicosNeumáticos

Del regulador A la planta

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Sistemas electrónicos de control. 8

Planta o sistema, el lugar donde se realiza la acción de control (salida).

HabitaciónHornoDepósito

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Sistemas electrónicos de control. 9

Señal de salida• Eléctrica (ondas)

• Mecánica (rotación, lineal, etc.)

• Luminosa

• Calorífica

• Sonora

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Sistemas electrónicos de control. 10

Sistema o proceso.

• Sistema en lazo abierto, la señal de salida no tiene influencia sobre la señal de entrada.

• Sistema en lazo cerrado, la señal de salida tiene efecto sobre la señal de entrada, se dice que hay realimentación de la señal de salida.

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Sistemas electrónicos de control. 11

Sistema en lazo abierto.

Sensor Regulador Actuador Planta

SalidaEntrada

Micrófono

Consigna

Activacióndirecta

Previo

Circuito deDisparo. Puente recti

Interruptor

Ampli – Altavoz

Motor, DT

Radiador

Salón

Fábrica

Habitación

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Sistemas electrónicos de control. 12

Sistema en lazo cerrado.

Sensor Regulador Actuador Planta

SalidaEntrada

Captador (transductor)

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Sistemas electrónicos de control. 13

El regulador o controlador.• Está formado por C.I. a veces con transistores,

calcula en todo momento la acción sobre el proceso. Pueden ser circuitos analógicos

(A O 741) o digitales (555), entre otros.

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Sistemas electrónicos de control. 14

AO µA 741 (Amplificador operacional)El amplificador operacional recibe este nombre porque inicialmente fue diseñado para poder realizar operaciones matemáticas con señales eléctricas formando parte de los denominados calculadores analógicos. Hoy en día se emplea en infinidad de aparatos e instrumentos de la industria, medicina. etc..

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Sistemas electrónicos de control. 15

AO µA 741Este circuito integrado contiene internamente un amplificador diferencial (es capaz de amplificar la diferencia de dos tensiones de entrada) construido  principalmente a partir de transistores y resistencias. La alimentación del circuito puede realizar mediante una sola pila o mediante dos, en cuyo caso se denomina alimentación simétrica.

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Sistemas electrónicos de control. 16

AO µA 741.Características

• Alta impedancia (resistencia) de entrada.

• Baja impedancia de salida.

• Tensión máxima de alimentación: ±Vcc = ± 18 V.

• Alta ganancia de tensión en lazo abierto, G=104

• Señal de salida en lazo abierto.

Vs = (V+ - V- ).G = ± Vcc

V+, patilla 3 ; V-, patilla 2

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Sistemas electrónicos de control. 17

AO µA 741. Aplicaciones

• Calculadoras analógicas.

• Filtros.

• Preamplificadores y buffers de audio y video.

• Reguladores.

• Conversores.

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Sistemas electrónicos de control. 18

AO µA 741. Aplicaciones

• Calculadoras analógicas.

• Filtros.

• Preamplificadores y buffers de audio y video.

• Reguladores.

• Conversores.

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Sistemas electrónicos de control. 19

AO µA 741. Comparador de T,ºC

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Sistemas electrónicos de control. 20

AO µA 741. Comparador de T,ºC• Lazo cerrado, control continuo

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Sistemas electrónicos de control. 21

NE 555 (Micro circuito de tiempo).Es un circuito que se utiliza principalmente como temporizador. Este temporizador es tan versátil que se puede utilizar para modular una señal en FM. Tiene muchas aplicaciones. Es un circuito fundamental para el control electrónico.

• Monoestable (temporizador).

• Astable (base de tiempos, oscilador).

• Modulador de FM.

• Detectores de humedad, de proximidad .etc).

• Divisor de frecuencia, PWM, PPM, y generación de rampa lineal

Es un circuito que se utiliza principalmente como temporizador. Este temporizador es tan versátil que se puede utilizar para modular una señal en FM.

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Sistemas electrónicos de control. 22

NE 555 (Micro circuito de tiempo).

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Sistemas electrónicos de control. 23

NE 555, Características.

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Sistemas electrónicos de control. 24NE 555. Configuración interna, modo astable.

http://www.williamson-labs.com/pu-aa-555-timer_fast.htm

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Sistemas electrónicos de control. 25NE 555. Astable

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Sistemas electrónicos de control. 26NE 555. Astable (variante)

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Sistemas electrónicos de control. 27NE 555. Monoestable.

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Componentes

FIN