Celdas_Solares Tutorial

8/6/2019 Celdas_Solares Tutorial

1/25

c e l d a ssolares


2/25

Celdas_Solares / Circuitos bsicos

por Carmen_Gonzalez

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3/25

INDEX

1 Caja de herramientas

4 Componentes electrnicos

5 Componentes discretos

9 Componentes optoelectricos

10 Trasductores

11 Electricidad y electrnica

14 Celdas solares

16 Conexiones bsicas

17 Circuitos de alimentacin

18 Circuito cargador de pilas

19 Detector de obscuridad

20 Joule Thief / Duplicador de voltaje


4/25

Circuitos bsicos

centro_de_arte_y_tecnologa_libre

Celdas

Solares


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Caja de herramientasPara comenzar a construir prototipos electrnicos, es recomendable hacer una pequeainversin en un kit bsico de herramientas.

7CautnPermite unir componenteselectrnicos mediante calor.

1 2 3

4 5 6

4Pinza pela cablePermite remover el aislantede plstico en cables dediferentes calibres.

5Cable de prototipado

Permite realizar conexionestemporales en el proto-board.

6Cable calibre 18 AWGSe utiliza para soldarcomponentes enconexiones permanentes.

Celdas_solares

1Caimanes

Son dos clips unidos porcable y aislados con plstico.Son muy tiles para realizarconexines temporales.

2Pinza de corte angularPermite cortar cable y peque-as salientes de componen-tes.

3Pinza de puntaPermite sostener, doblar y

manipular cables y compo-nentes.

7


6/25

1312

Celdas_solares

12Terminales hembraUnen cables sin soldar, pormedio de enroscado.

10Helping hand

Herramienta muy til para

sostener placas y compo-

nentes, la lente auxilia a

visualizar mejor los puntos

de soldadura. Se integrade dos caimanes, una

lente y una base para des-

cansar el cautn.

9 Esponja & fibra

La esponja regular se

humedece para limpiar

los excesos de soldadura

en la punta del cautn. La

esponja de cobre permitelimpiar y lustrar la punta

del cautn.

8 9 10

8 Cable para soldar

Es cable compuesto de

una aleacin de estao y

plomo en una proporcin

de 60% Sn y 40% Pb

g e n e r a l m e n t e . P e r m i t eunir componentes elec-

trnicos mediante calor

aplicado por un cautn.

11Vvula de vacioHerramienta indispensablepara desunir puntos desoldadura.

11


7/25

D

Celdas_solares

14Protoboard / Breadboard

Es una placa de pruebas para prototipos

temporales, permite realizar conexionesentre compontes sin necesidad de soldar-

los. El protoboard se compone de una

reticula de plstico que organiza y aisla una

serie de lminas de aleacin de estao y

cobre.

En la seccin central se encuentran

dos columnas separadas por el centro,

cada columna tiene cinco perforaciones, la

conectividad corre en horizontal.

Es en la seccin central del proto-

board donde conenctan los componentes,letras y nmeros sirven como coordenadas

para ubicar las perforaciones que se utili-

zan. En las columnas exteriores la conec-

tividad corre en vertical, y se utilizan para

conectar la corriente y la tierra.

14

A

B

C

15Multimetro_digital

Es un instrumento elctrico porttil para

medir directamente magnitudes elctricasactivas como corrientes y potenciales

(tensiones) o pasivas como resistencias y

capacidades

A Columnas usadas para conectar

componentes

B Separacin entre columnas

C Columnas reservadas para fuente

de energa

E

15

D Medicin de voltaje en pila

E Medicin de resitencia

F Medicin de voltaje en celda solar

15

F


8/25

Componentes Electrnicos

Celdas_solares

Los componentes son los elementos

bsicos de los circuitos electrnicos.

Estan diseados para conectarse

entre ellos. Son encapsulados enplstico, cermica o metal constan de

dos a ms terminales.

Antes de comenzar a trabajar con

componentes electrnicos es indispens-

able familiarizarse con ellos visualmente,

saber como opera cada uno y conocer

sus especificaciones de uso.

Los componentes pueden lucir

similares y sin embargo tener funciones yvalores radicalmente diferentes, como es

el caso de circuitos integrados y transis-

tores.

Los componentes necesitan un

valor mnimo de voltaje y amperaje para

operar, un valor estable para su funcio-

namiento ptimo, y un valor lmite, que

no debe ser excedio para evitar daos.

Los valores de operacion en oca-

siones estn grabados en el compo-

nente, caundo no lo incluye es necesario

buscar la hoja de datos (datasheet), la

cual contiene toda la informacin del

componente proveda por el fabricante.

Puedes encontrar las hojas de

datos en internet.

Los valores a considerar son:

>Tipo de empaque. >Mnimo, mximo y ptimo voltaje

>Mnimo, mximo y

ptimo amperaje

>Valor de las terminales.

Categoras_generales_de_

los_componentes_electrnicos

Estructura_

Discretos_Encapsulados individual-

mente: resistores, condensadores,

diodos, transistores, etc.

Integrados_Son circuitos electrnicos

miniaturizados que contienen desde

algunos hasta millones de componentes

discretos.

Material_

Semiconductores_Se comportan como

aislante y como conductores.

No semiconductores_Cumplen una

sola funcin en el circuito, la cual puede

ser resistiva, capacitiva, aislante o con-

ductiva.

Funcin_

Activos_Proporcionan ganancia elc-

trica al circuito.

Pasivos_No proporcionan ganancia al

circuito y no controlan su corriente.

Necesitan una fuente de energa para su

funcionamiento. No controlan la corriente

en un circuito.

Trasductores_Transforman los impulsos

electricos en efectos fsicos, y las magni-

tudes fsicas en impusos electricos. Los

hay electromagnticos, electroacsticos,

optoelectrnicos, voltacos, entre otros.


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Celdas_solares

1Capacitor_o_condesandor

Es un componente pasivo, compuesto de

dos lminas conductoras separadas por unmaterial aislante o dielctrico. Funciona

almacenando energa temporalmenten y

mantenie la corriente en los circuitos

evitando cadas de tensin.

Los hay cermicos, mica, polyester y

electrolticos. Los capacitores cermicos no

tienen polaridad, los electrolticos tienen

polaridad y esta indicada como en otros

componentes por la longitud de los pines, el

pin corto es negativo y el pin largo es posi-

tivo. Los capacitores electrolticos llevan

impreso el valor de capacitancia. Los

cermicos, que tienen pequeos valores de

capacitancia llevan impreso un cdigo que

identifica su valor.

Sus valores de operacin de son:

> El voltaje que soporta sin daarse

> Su capacitancia, la cual se mide en fara-

dios, aunque en los circuitos de electrnica

discreta se utilizan los microfaradios uf y

picofaradios pf .

Componentes_discretosencapsulados_individualmente

1

2Diodo

Es un semiconductor que permite el paso

de corriente en una sola direccin. Los

diodos poseen polaridad y existen muchas

variedades de ellos, incluidos los LEDs. Es

usado para proteger los circuitos, mante-

niendo fijo el voltaje. La banda impresa en

el diodo indica la direccin de la corriente y

la polaridad. La pata negativa o catodo se

corresponde con la banda.


>El voltaje que soporta sin daarse

>El amperaje que soporta sin daarse

2

C o m o l e e r u n c a p a c i t o r

El primer y segundo valor indican

el valor decimal y de unidad, el

tercer valores el multiplicado. En

la ilustracin al nmero 10, se le

agregan 3 ceros, dando como

reslutado 10,000pf (picofaradios)

= 0.01uf(microfaradios).

103

1er valor Multiplicador

2do valor


10/25

Celdas_solares

3Resistecias

Es un pequeo cilindro de carbn, su funcines disminuir la corriente oponiendo resistencia.

Es un componente pasivo y no tienepolaridad. Llevan impresas cuatro bandas decolores que indican el valor de su resitencia.

Sus valores de operacin son:

^Su resitencia, medida en ohms.

^ Poder de disipacin el cual se mide watts,

los mas comunes son: 0.25W, 0.5W, 1W.

Multiplicador

1

10

100

1K

10K

100K

1M

100M

1000M

1/10

1/100

_

_

Tolerancia

_

1 %

2 %

_

_

0.5 %

0.25 %

0.1 %

0.05 %

_

5 %

10 %

20 %

0

1

23

4

5

6

7

8

9

_

_

_

Valor

C o m o l e e r u n a r e s i s t e n c i a

La primer y segunda banda de color

indican los digitos, la tercera bando

indica el valor por el que se mltipli-

can los digitos, y el cuarto es el rango

de tolerancia o margen respecto al

cdigo de la resitencia.

En la ilustracin:

1ra banda es color negro = 0,

2da es color caf = 10

3ra color naranja = 10 x

10k x 1k = 10k

1er valor

Multiplicador

2do valor

Tolerancia

3

4

4PotenciometrosSon resistencias de valor variable, los ms

comunes son los lneales, en los que el 50%del recorrido equivale a un 50% del valor. Y loslogartmcos, utilizados para control de audio,

en los que la variacin de amplitud es pequeaal principio y grande al final, estan diseadospara que su respuesta corresponda a lapercepcin no lineal del sonido en el odo

humano.

http://myresistor.com/

C a l c u l a d o r _ d e _ r e s i t e n c i a s


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Celdas_solares /

5Transistor

Es un semiconductor usado principal-

mente para amplificar y conmutar seales

electricas.

Los ms comunes son:

FETs: transistores de efecto de campo.

Bipolares: los que se dividen en NPN

(funcionan como un switch normalmente

abierto) y PNP (funcionan como un switch

normalmente cerrado).

Los transistores tienen tres termi-

nales que corresponden a emisor-base-

colector, en el caso de los transitores

bipolares, y puerta_fuente_drenado en

los transistores FETSs.

>> Cada transistor tiene especifica-

ciones en cuanto sus valores de oper-

acin, por lo que es 100% recomendable

leer la hoja de datos antes de usarlos.

5

SwitchInterruptor_de_corriente elctrica

6Switch_o_interruptor

Es un componente electrnico o mecnico

que interrumpe el paso de corriente o la

desvia de un conductor a otro.

Generalmente se dividen en:

SPSTun_polo_un_tiro

SPDTun_polo_dos_tiros

DPSTdos_polos_un_tiro

DPDTdos_polos_dos_tiros

Push-button

El trmino polo se refiere al brazo

del switch que habre o cierra el circuito, un

switch de un_polocontrola un circuito, uno

de dos_poloscontrola dos circuitos.

El trmino tirose refiere al nmero

de posiciones cerradas, los switches de

doble_tiro tienen tres conexiones: el

centro habre el circuito y los extremos lo

cierran.

Los switches se dividen en:

normalmente_abiertos, en los cuales los

contactos no se tocan, y el circuito esta

abierto o desconectado.

normalmente_cerrados en cuales los

contactos se tocan, y el circuito se cierra o

conecta.

B

A

D

C

E

6

B

C

A DPDT_doble_polo_doble_tiro

SPST_un_polo_un_tiro

DPDT_doble_polo_doble_tiro

D

E

SPST_un_polo_un_tiro

Switch deslizable ON / OFF


12/25

Celdas_solares

F

G

H

I

J

6Plugs_y_jacksconectores

8 Jacks_y_plugs_de_audio

Son conectores de audio, generalmente se

les conoce como jacks a las conexin

hembra y plug a a la conexin macho.

En el prototipado de instrumentoslos ms comunes son el plug (6.35 mm),

el mini-plug (3.5 mm) y los RCA que ofre-

cen mejor calidad.

Los hay mono y estereo. Los mono

poseen una terminal larga = ground y

una terminal corta = hot. Los plug este-

reo tienen dos terminales hot.

7Jacks_y_plugs_DC

Son conectores corriente directa, mas

comn es de 5.5mm. La terminal larga

coresponde a la tierra y la teminal cort a la

corriente

Plug_y_jack_RCA_monoB

C

A

Plug_3.55mm_y jack_estereo

Plug__5.5mm_y jack_DC

G

H

F Push_Button_normalmente_abierto

Push_Button_normalmente_abierto

Push_Button_normalmente_abierto

I

J

Push_Button_normalmente_cerrado

Micro_switch _normalmente_abierto

7 8

8

A


13/25

Celdas_solares /

Componentes_optoelectricostransforman_la_energa_luminosa_en_energa_elctricala_energa_elctrica_en energa_luminosa.

9 Fotoresitencia

Es un semiconductor que vara su resitenciarespondiendo a la incidencia de la luz. Se le

conoce tambin como LDR (light-dependent

resistor) resistor dependiente de la luz.

Estan compuestos de clula de sulfuro

del cadmio y dos patas, no poseen polaridad.

Generalmente su resitencia disminuye cuando

la luz aumenta, aunque tambn los hay que

funcionan a la inversa. Los ms comunes son 1

M, o ms, en la oscuridad y 100 con luz

brillante.

10 LED: diodo_emisor_de_luz

Es un semiconductor que es una pequea

fuente de luz, generalmente de compuestos de

galio. Entre sus ventajas es consumen poca

energa, son programables, emiten mucha luz y

existen un machas variedades de tamao, y

colores, incluidos los RGB.

Funcionan por efecto de la Electrolumini-

cencia, fenmeno ptico y electrico en el cual la

meteria emite luz en respuesta alpaso de corri-

ente electrica. Poseen polaridad y esta indicadapor el largo de las terminales: corta negativo,

larga positivo.


El amperaje que soportan sin daarse, y

el amperaje de operacin, la mayoram de los

LEDs trabajan con 20mA, los brillantes trabajan

con 30mA.

El voltaje que soportan sin daarse, y el

voltaje de operacin que es de 2V para rojos y

verdes y de 3V a 3.5V para blancos y azules.

11Clula_fotoelctrica / celda_fotovoltaica

Es un semiconductor que permite transformar la energa luminosa (fotones) en energa

elctrica (electrones). Compuestas generalmente de silicio monocristalino, el cual tiene

propiedades fotoelctricas, absorben fotones de luz y emiten electrones, los electrones

libres son capturados, para generar una corriente elctrica que puede ser utilizada como

electricidad. Poseen polaridad y generalmente esta impresa en la celda.

9

10

11


14/25

Celdas_solares /1

11

10 Piezos

Transforman la lecturas de presin en

seales electricas, y las seales electri-

cas en oscilaciones con la suficiente

frecuencia para generar sonido. Respon-

den a la presin mecnica, sea por el aire

(como el sonido), por presin tctil, mov-

imiento o vibracin generando cargas

electricas y a la inversa.

Trasductores

Transforman_un_tipo_de_energa_en_otra

10

11Bocina

Es un trasductor electro-acstico que

genera sonido en respuesta a una seal

electrica. Convierte las ondas elctricas

en energa mecnica y la energa

mecnica en energa acstica.

La piezo-electricidad es la capacidad

que tienen ciertos materiales solidos,

como algunos cristales, biolgico,

como el ADN y los huesos, por ejem-

plo, de acumular cargas electricas al

se sometidos a presin mecnica.

12MIC Electret

Es una variante del micrfono de conden-

sador, se compone de una placa fija y otra

mvil, separadas por un material aislante.

Esta polarizados de fabricacin. Tienen

una respuesta de frecuencia entre los 50

a 15.000 Hz. Son mucho ms sensibles en

la zona de los agudos. Las terminales no

tiene polaridad.

A Buzzer B Piezo

C Bocinas D Electret

Los trasductores tambn son conocidos como actuadores, pus convierten la entrada de

seaales electricas en acciones.

La conversin puede ser electrica,

electro-mecnica, fotnica, fotovol-

taica, electro-magntica, o de cual-

quier otra forma de energa.

Por lo que comunmente el

trmino trasductor es usado como

equivalente de sensor.

C

12

D

B

A


15/25

electricidad

e lec t rn ica

Celdas_solares /


16/25

Circuitos y componentes requieren voltaje, corriente y resitencia para realizar su trabajo, y son losconceptos con los que siempre vas a trabajar electrnica

Electricidad.Es el flujo de electrones, para que se mueven de un punto a otro, para que electricidad ocurra debeformarse un circuito.

Voltaje= Diferencia de potencialEs la fuerza que conduce un circuito electrico.Es la fuerza con la que se mueven los electrones dentro del circuto.Es el trabajo por unidad de carga sobre una particula cargada para moverla entre dos posiciones

determinadas.Energa por unidad de cargaSe mide en voltios y se simboliza V

Amperaje= CorrienteCantidad de electrones que pasan por un punto determiado en una unidad de tiempo.Es la cantidad electrones que se mueven dentro del circuto.Representa la cantidad de carga electrica que realiza el trabajo en un circuto.

Es medida en amperes y su simbolo es A.

En electrnica discreta se trabaja con Miliamperes (mA), una milesima parte de un amper.

ResitenciaEs la resitencia que encuentran los electrones al moverse en los materiales, la resitencia generaenergia que se dispersa en forma de calor.

La resitencia esta relacionada directamente con la composicin qumica de los materiales.

Los asilantes como el plstico tienen alta resitencia y los materiales conductivos tienen bajaresitencia. La resitencia se mide en ohmsy se representa con el smbolo

Circuito electricoPermite fluir a los electrones de un punto a otro. Los circuitos pueden ser sencillos, en serie, para-lelo y serie-paralelo

Circuito electrnicoRecoge informacin, la procesa y da instrucciones de salida, trabajando la informacin en formade impulsos o seales electricas.

Circuito elctrico y circuito electrnico son conceptos base para el trabajo

en el desarrollo de prototipos electrnicos y de computacin fsica.

Celdas_solares 1

Circuito_electricoElectricidad


17/25

La electrnica estudia, disea y emplea dispositivos y sistemas basados en el control del flujo deelectrones que generan, transmiten, reciben y almacenan informacin.

Los circuitos electrnicos amplifican, demodulan y modulan ondas del espectro electro-magntico, y permiten realizar operaciones lgicas, aplicacin fundamental para el desarrollo

de ordenadores.

9V

+-

Circuito_simple

Los electrones viajan del nodo alcatodo de la pila por medio del

conductor (cable), que cierra elcircuito, al cerrarse el circuito seinicia una reaccin qumica en la pila,

que enva electrones de la terminalnegativa a la positiva, pasndo por elconductor y el LED, haciendo eltrabajo de encenderlo en el proceso.

Celdas_solares/

PROCESADOR SALIDA

Input_Output

Circuito_electrnicoInput - Output

Transformalas sealeselectricas enseales fsicas

Toma informacindel mundo fsicoy la transformaen seales electricas

Interpreta las sealesde entrada, las procesa,y enva informacin en

forma de impulsos electri-cos por medio de la salida

ENTRADA

Circuito_electrico

Electricidad


18/25

Celdas

Solares

Celdas_solares


19/25

Conexiones_bsicas

Celdas_solaresTransforman_fotones_en_electricidad

Celdas en serie / paralelo

+- +- +- +-

4.5V100mA

4.5V100mA

4.5V100mA

18V200mA

4.5V

100mA

Celdas_solares /

Las celdas soalres son semiconductores convierten los fotones en energa electrica.Los circuitos requieren voltaje y amperajes especificos para su funcionamiento.

Por lo que necesiteremos realizar conexiones entre celulas fotovoltacas (solares) o

voltacas (pilas) para incrementar el voltaje, el amperaje o ambos.

Por ejemplo, en circuitos de audio, generalmente se da prioridad al voltaje sobre

el amperaje, conectando las celulas en serie, en los circutos con leds se da prioridad

al amperaje sobre el voltaje, conectando las celulas en paralelo. Otras veces es nece-

sario encontrar una medida especfica de voltaje y amperaje, entonces se conectan en

serie-paralelo.

Son una fuente 100% renovable de energa y una de las opciones ms

amigables en cuanto al cuidado del medio ambiente. Las hay en muchos tamaos y

capacidades. Al ser sensibles a los cambios de luz, funcionan tambin como sensores.


20/25

+- +- +-

4.5V100mA

4.5V100mA

4.5V100mA

Celdas en paralelo

4.5 Vcc

300mA

Celdas_solares /

13.5 Vcc

100mA

Celdas en serie

+- +- +-

4.5V100mA

4.5V100mA

4.5V100mA

El circuito serie-paralelo se realiza alternando en conexiones serie y paralelo. Se conectan

por pares las celdas en serie, una terminal positiva a una negativa. Las terminales libres

se coenectan al protoboard, voltaje y tierra respectivamente.

Las celdas dispuestas en serie-paralelo incrementan el voltaje y la capacidad o

amperaje.

Las propiedades de los circuitos en las conexiones de celdas solares, aplican igual para

pilas voltacas.

En el circuito en serie, la termin

positiva de una celda se conec

a la terminal negativa de la qu

sigue, y as sucesivamente. La

celdas de los extremos queda

una con la terminal de tierra lib

y la otra celda con la terminal d

voltaje. Estas terminales son laque se conenctan al protoboa

para ailmentar el circuito.

Las celdas dispuestas e

serie duplican el voltaje y ma

tienen el amperaje igual.

Serie:el voltaje se suma,el amperaje permanece igual.

Paralelo: el amperaje se suma,

el voltaje permanece igual.

Serie / Paralelo:el amperaje sesuma, el voltaje se suma.

En el circuito en paralelo, la

terminales positivas de cad

celda se conectan a la corrient

en el protoboard y las terminale

negativas a la tierra.

Las celdas dispuestas e

paralelo mantienen el voltaje incrementan el amperaje.


21/25

Para aliementar directamente un circuito o dispositivo, se requiere de una o varias celdas

solares y un capacitor, el cual estabiliza la corriente que llega al dispositivo,

protegiendolo de caidas drsticas en el voltaje, liberando la electricidad almacenada.

+- +-

4.5V

100mA

4.5V

100mA

Switch_on/off

Componentes

1 Diodo 40012 Celdas solares 4.5V

1 Pila recargable 9V1 Switch on / off

El circuito para cargar pilas consta de celdas solares (en el ejemplo, dos en serie), un

diodo, un switch on/off y una pila recargable. El voltaje de las celdas debe ser igual o

aproximado al voltaje de la pila (o acomodo de pilas) que se van a cargar.

Componentes

Celda sollar

1 Capacitor electroltico1000uf

Buzzer

+

1000uf

+-

+-

4.5V

100mA

-

Circuitos_de_alimentacinfuentes_de_energa_autosuficientes

Pila_recargable

9V

Celdas_solares /

Diodo

Circuito para alimentar dispositivos

Circuito para recargar pilas


22/25

off

+- +-

4.5V100mA

4.5V100mA

Switch_DPDT

Componentes

1 Diodo 40012 Celdas solares 4.5V

1 Pila recargable 9V1 Switch on / off

1 Plug DC

El circuito para cargar pilas y alimentar dispositivo, consta de celdas solares (en

serie en la ilustracin),un diodo, que mantiene en una sola direccion la corriente,

evitando que la electricidad regrese a las celdas, un switch DTDT, y una pila recar -

gable.

Diodo

+-

Pila_recargable

9V

Plug DC

oncarga

Celdas_solares /

Switch_cargador


23/25

Celdas_solares /

Detector de obscuridad / LED Lamp

Pila

recargable9V

R1 2k2

Diodo

+-

+-

9V200mA

PNP

+-

+-

R22k2

Celdasolar

Componentes

1 Diodo 40011 Celda solar 9V1 Pila recargable 9V1 transistor PNP

1 Plug DC o 3 LEDs 10mmR1-R2 2k2

BA

C

A Diodo

B Transistor PNP

C Resistencia 2k2

Componentes

1 Diodo 40011 Celda solar 9V1 Pila recargable 91 transistor PNP1 Plug DC o

3 LEDs 10mm

R1-R2 2k2

D Tierra

E 9V

F LEDs

E

D

F

Detector de obscuridad

El detector de obscuridad, es un cargador de baterias conectado a una serie de LEDs. El t

sitor funciona como conmutador, caragando la bateria de da, y encendiendo el circuito

noche. La celda solar carga la pila durante el da y funciona como sensor de fotones o luz

modo que al obscurecer detecta la ausencia de luz y manda la seal al transistor que que e

enda los LEDs.


24/25

Componentes

1 Pila 1.5V1 transistor PNP2 LEDs 5mm

R1-R2 2k2

+-

+-

NPN

R1 10k

R22k2

1.5V

B

A

C

DA Joule Thief

B Transistor NPN

C Resistencia 10k

D LEDs 5mm

A

B

C

A Joule Thief

B Transistor NPN

C Resistencia 10k

Componentes

1 Pila 1.5V1 transistor PNP

Celdas_solares /

Joule Thief / Duplicador de voltaje

El Joule Thief que duplica

el voltaje de entrada, se

hace con un toroide frrico

al cual se enrollan dos

cables de colores diferen

tes (para poder diferencia

las conexiones de los

cables), hasta cubrir e

toroide. Ambos cables que

quedan al centro, seconectan a los LEDs, uno

de los cables va al voltaje

y el otro a la pin centra

del transistor.


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Celdas_Solares Tutorial

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