Tecnología 4º ESO
ELECTRÓNICA ANEXOS
Innovación en el aula
2014
ÍNDICE ANEXO I ………………………………………………………………………………......... 3 ANEXO II ……………………………………………………………………………........... 5 ANEXO III ……………………………………………………………………………......... 7 ANEXO IV ………………………………………………………………………………....... 9 ANEXO V ……………………………………………………………………………......... 15 ANEXO V. Solución ……………………………………………………………......... 17 ANEXO VI ……………………………………………………………………………....... 21 ANEXO VII …………………………………………………………………………......... 23 ANEXO VII. Solución .…………………………………………………………......... 27 ANEXO IX …………………………………………………………………………......... 29 ANEXO X ……………………………………………………………………………......... 31 ANEXO XI …………………………………………………………………………......... 33 ANEXO XII ……………………………………………………………………………....... 37 ANEXO XII …………………………………………………………………………......... 39 ANEXO XIII …………………………………………………………………..……......... 41 ANEXO XIV …………………………………………………………………..……......... 43 ANEXO XIV. Solución .…………………………………………………..……......... 45 ANEXO XVI …………………………………………………………………..……......... 47 ANEXO XVII ..………………………………………………………………..……......... 53 ANEXO XVII. Solución …………………………………………………..……......... 55 ANEXO XVIII …………………………………………………………………..……....... 57 ANEXO XIX …………………………………………………………………..……......... 59 ANEXO XX .…………………………………………………………………..……......... 61 ANEXO XXI …………………………………………………………………..……......... 65 ANEXO XXIII ………………………………………………………………..……......... 67 ANEXO XXIV ………………………………………………………………..……......... 69 ANEXO XXV .………………………………………………………………..……......... 73 ANEXO XXVI ………………………………………………………………..……......... 75 ANEXO XXVII ………………………………………………………………..……......... 77 ANEXO XXVII. Solución ….……………………………………………..……......... 79 ANEXO XXVIII .……………………………………………………………..……......... 81 ANEXO XXIX ………………………………………………………………..……......... 83
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ANEXO XXXI ………………………………………………………………..……......... 85 ANEXO XXXII ………………………………………………………………..……......... 87 ANEXO XXXII. Solución .………………………………………………..……......... 89 ANEXO XXXIV .……………………………………………………………..……......... 95 ANEXO XXXIV. Solución………………………………………………..……......... 97 ANEXO XXXV ………………………………………………………………..……......... 99 ANEXO XXXVI …..………………………………………………………..……......... 103 ANEXO XXXVI. Solución……………………………………………..………....... 105 ANEXO XXXVII …….……………………………………………………..……......... 107 ANEXO XXXVII. Solución ….………………………………………………......... 109 ANEXO XXXVIII …………………………………………………………..……......... 111 ANEXO XXXIX ……………………………………………………………..……......... 115 ANEXO XXXIX. Solución ……………………………………………..……......... 119 ANEXO XL …………………………………………………………………..……......... 125 ANEXO XLII ………………………………………………………………..……......... 127 ANEXO XLIII ………………………………………………………………..……........ 129 ANEXO XLIV ……………………………………………………………....……......... 131
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UNIDAD DIDÁCTICA ELECTRÓNICA
Anexo I – Introducción a Comenius OBJETIVO Acercar al estudiante al proyecto Comenius realizado en el IES Virgen del Pilar que se realiza con Centros Educativos de toda Europa. DESARROLLO ACTIVIDAD
DE
LA
Leer información del proyecto utilizando el hipervínculo incluido en la imagen. [1] MATERIALES Ficha
[1] Comenius project. Obtenido de Creative inventions: http:// www.www.creative-inventions.org/
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Anexo II Evaluación de conocimientos previos
1. ¿Qué es la corriente continua? (1,5 puntos) 2. ¿Qué es la corriente alterna? (1,5 puntos)
3. Define potencia y energía. (1,5 punto)
4. ¿Qué instrumentos de medida se utilizan en electrónica? (1,5 puntos)
5. Define los componentes electrónicos básicos que conozcas. (1 punto) 6. ¿Qué condiciones de seguridad se deben tomar trabajando con circuitos eléctricos? (1 punto)
7. ¿Para qué sirven las resistencias? (1 punto)
8. Dibuja el símbolo de los siguientes componentes electrónicos: (1 punto) a. b. c. d.
Resistencia Condensador Fuente de corriente continua Bombilla
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Anexo III
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Introducción
L
os circuitos electrónicos están formados por diferentes componentes básicos que desempeñan distintas funciones dentro del circuito. Por ejemplo una resistencia limita el paso de corriente eléctrica. La electrónica analógica se ocupa del estudio de las magnitudes que pueden tomar valores entre dos dados, uno máximo y uno mínimo. Por ejemplo en un circuito analógico podemos encontrar valores entre 0 y 5v: 2.1v, 3.2v, etc. a diferencia de un circuito digital en el que se tendría únicamente dos estados: 0 y 5v. Para estudiar el comportamiento de los circuitos analógicos hay que tener en cuenta algunas leyes vistas en cursos anteriores:
Ley de Ohm Relaciona las tres magnitudes de un circuito electrónico entre sí: V = I. R. Para conocer el valor de cualquiera de ellas basta con despejar en la ecuación.
Ley de Joule La energía que se consume en cada instante en un circuito también es importante. En este caso es la potencia, que se obtendrá, según la Ley de Joule mediante la fórmula .Esto es la potencia consumida por un operador electrónico o eléctrico que viene dada por el producto de la tensión en sus extremos y la intensidad que lo atraviesa.
Leyes de Kirchoff
Para analizar un circuito, se debe conocer que una malla es todo el recorrido que se puede realizar dentro del mismo desde un punto origen hasta el mismo punto. En el circuito de la imagen existen 3 mallas. También se puede partir del concepto de nudo, que es la unión en un circuito de dos cables. En la imagen tenemos 2 nudos (resaltados en negro) Según las leyes de Kirchoff se puede analizar el circuito dependiendo de las mallas o de los nudos: 1ª Ley de Kirchoff o ley de nudos: En cualquier nudo, la suma de las intensidades que llegan es igual a la suma de las intensidades que salen. 2ªLey de Kirchoff o ley de las mallas. La suma neta de las tensiones de una malla es igual a cero.
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Anexo IV
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Componentes de un circuito Dentro de un circuito analógico tenemos diferentes dispositivos que se pueden clasificar de esta forma: 1. Dispositivos de entrada: Son los elementos que introducen una señal o una orden. En este tipo de dispositivo se incluyen las resistencias LDR, los interruptores y las termorresistencias. 2. Dispositivos de proceso: Elementos que realizan operaciones o ejecutan una acción dentro del circuito. Como condensadores, bobinas, diodos, etc. 3. Dispositivos de salida: Son aquellos que emiten una señal de salida. Diodo LED, relé, zumbador.
Resistencias fijas La oposición al paso de la corriente hace que las resistencias produzcan calor y se utilicen en multitud de aparatos: cocinas eléctricas, radiadores, estufas, tostadoras, secadores, etc. En electrónica, se emplean resistencias con un valor mucho más bajo que las de los aparatos anteriormente mencionados, ya que se trabaja con voltajes muy inferiores. Se representan mediante estos símbolos:
Entre las características de las resistencias cabe destacar: El valor nominal; que es el valor marcado sobre el cuerpo del resistor. La tolerancia, que es el porcentaje sobre el valor nominal que el fabricante respeta en las resistencias fabricadas. El coeficiente de temperatura; que es la variación del valor de la resistencia con respecto a la temperatura. Se calcula mediante esta ecuación: RT = R0 (1+ αT) La potencia nominal: que se disipa en la resistencia cuando hay una temperatura entre 20 y 25 grados centígrados. Por último, la tensión límite nominal: que es la máxima tensión que puede soportar una resistencia antes de quemarse.
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Resistencia
Anexo IV
2013
Para calcular el valor de una resistencia se parte del código normalizado de colores: 2ª CIFRA 0
3ª CIFRA 0
MULTIPLICADOR x1
TOLERANCIA
NEGRO
1ª CIFRA 0
MARRÓN
1
1
1
x10
±1%
ROJO
2
2
2
x100
±2%
NARANJA
3
3
3
x1.000
AMARILLO
4
4
4
x10.000
VERDE
5
5
5
x100.000
AZUL
6
6
6
x1.000.000
VIOLETA
7
7
7
Oro x0,1
Oro ±5%
GRIS
8
8
8
Plata x0,01
Plata ±10%
BLANCO
9
9
9
±0,05%
Sin color ±20%
Resistencia normal
Resistencia de precisión
Para interpretar el código de colores se coloca la resistencia de forma adecuada, es decir, con la tolerancia a la derecha. Después se sustituye cada color por el valor de la tabla, 1ª cifra, 2ª cifra, multiplicador y tolerancia. Ejemplo: 1º cifra: Marrón (1) 3 Multiplicador: Naranja (10 )
2ª cifra: Rojo (2) Tolerancia: Oro
Valor de la Resistencia 12 KΩ, ±5%(oro)
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Anexo IV
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Resistencias variables Son resistencias que varían su valor resistivo rotativa o linealmente. Cuando se varían mediante un vástago de manera manual se denominan potenciómetros, y cuando se varían con ayuda de una herramienta, se llaman ajustables. Aquí se muestra su simbología y su aspecto real:
Ayuda [1]
Calculadora de resistencias por colores
Un ejemplo de la utilización de un potenciómetro es el circuito de una lámpara a la que se le puede regular la intensidad lumínica mediante un interruptor móvil.
Funcionamiento del potenciómetro [2]
En este caso el interruptor móvil es un potenciómetro que impide el paso de la corriente cuando está a su nivel resistivo más alto, conforme se vaya bajando la resistencia la intensidad lumínica irá aumentando.
Fotorresistencias LDR son las siglas en inglés de Light Dependant Resistor (resistencia que varía con la luz). En español el nombre más correcto de estos componentes es fotorresistencias o fotorresistores, pero el nombre más común es LDR. Son resistencias variables como los potenciómetros, pero tienen la propiedad de que su valor varía en función de la luz que reciben. Cuando no captan luz, tienen una gran
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Anexo IV
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resistencia; en cambio si captan mucha luz del exterior, su resistencia baja y dejan pasar la corriente. Su símbolo es el de la resistencia, pero con unas flechas que representan la luz que incide sobre ellas. Su valor se medirá igualmente en Ω ó KΩ, como cualquier resistencia.
Aquí se muestra la simbología de la fotorresistencia.
Funcionamiento de un LDR [3] Funcionamiento de un LDR: Un ejemplo de aplicación de este tipo de resistencias sería en un circuito que enciende una bombilla cuando detecta que no hay luz sobre el LDR.
Termistores Los Termistores son sensores térmicos de valor variable cuya resistencia cambia con la temperatura. Existen dos tipos:
Los NTC (Negative Temperature Coefficient), cuya resistencia disminuye con el aumento de la temperatura. Los PTC (Positive Temperature Coefficient), cuya resistencia aumenta con el aumento de la temperatura.
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Anexo IV
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Están compuestos de un filamento que se enrolla y que se introduce en una cápsula de vidrio o de cerámica. Estos son los símbolos de los termistores:
A veces se escribe en ellos +T o -T. +T lo que quiere decir que se trata de un PTC y -T que se trata de un NTC. Su valor se mide en Ω o kΩ. La sensibilidad de este tipo de resistencias es alta y depende de la ecuación de Callendar-Van Dusen, que relaciona la resistencia y la temperatura que se oponen al paso de la corriente eléctrica: RT = R0 (1+ αT)
Donde RT es la resistencia a la temperatura T, R0 es la resistencia a 0 °C y α la variación unitaria de resistencia, que coincide con la sensibilidad relativa. Evidentemente la ecuación anterior es precisa sólo cuando la variación de temperatura es pequeña. Cuando existe mayor variación, la ecuación se tiene que enriquecer con términos de orden superior, así pues, quedará un polinomio de grado n: R= R0 (1+ A.T+ B.T2 + C.T3 +… + n.Tn) En esta ecuación, A, B y C son coeficientes determinados cuyos valores típicos son: A= 3,90.103 ºC-1 B= -5,80.107 ºC-2 C= -4,27.10-12 ºC-4
En la imagen se muestra la medida de temperatura con un termistor.
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Funcionamiento de un termistor [4]
Anexo IV
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[1] Calculadora de resistencias por colores. Obtenido de Searching Tabs: http://www.searchingtabs.com/rcolor/rescolor_spa.htm [2] Funcionamiento del potenci贸metro. Obtenido de RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/potenciometro.htm [3] Funcionamiento de un LDR. Obtenido de RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/ldr.htm [4] Funcionamiento de un termistor. Obtenido de RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/termistor.htm
Innovaci贸n en el aula 14
Anexo V Evaluación de los conceptos básicos
1. Define la ley de Ohm. (1 punto) 2. ¿Qué tipo de dispositivos se encuentran en un circuito lógico? Define y cita cada uno de ellos. (1 punto)
3. ¿Qué es el coeficiente de temperatura de una resistencia? Define la ecuación de la misma. (1 punto)
4. Empareja los valores que corresponden con los códigos de colores de las resistencias (3 puntos) Rojo-Rojo-Negro-Oro Amarillo-Naranja-Marrón-Oro Marrón-Negro-Marrón-Oro Verde-Verde-Marrón-Oro Amarillo-Naranja-Violeta-Oro Azul-Rojo-Rojo-Oro Blanco-Verde-Marrón-Oro Violeta-Violeta-Negro-Plata Negro-Amarillo-Amarillo-Oro Marrón-Verde-Amarillo-Oro
100 ohms, +/-5% 6.2 Kohms, +/-5% 22 ohms, +/-5% 77 ohms, +/-10% 550 ohms, +/-5% 430 ohms, +/-5% 40 Kohms, +/-5% 150 Kohms, +/-5% 950 ohms, +/-10% 430 Mohms, +/-5%
5. ¿Qué es un potenciómetro? Propón un ejemplo de uso. (1 punto) 6. ¿De qué depende un LDR?, ¿Se te ocurre algún tipo de aplicación? (1 punto)
7. ¿Qué es termistor? Define, explica y dibuja cada uno de los tipos. (2 puntos)
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Anexo V- Solución
UD Electrónica
Evaluación de los conceptos básicos 1. Define la ley de Ohm. (1 punto) Ley de Ohm
Relaciona las tres magnitudes de un circuito electrónico entre sí: V = I. R. Para conocer el valor de cualquiera de ellas basta con despejar en la ecuación. 2. ¿Qué tipo de dispositivos se encuentran en un circuito? Define cada uno de ellos. (1 punto) Dentro de un circuito analógico tenemos diferentes dispositivos que se pueden clasificar de esta forma:
Dispositivos de entrada: son los elementos que introducen una señal o una orden. En este tipo de dispositivo se incluyen las resistencias LDR, los interruptores y las termorresistencias. Dispositivos de proceso: elementos que realizan operaciones o ejecutan una acción dentro del circuito. Como condensadores, bobinas, diodos, etc. Dispositivos de salida: son aquellos que emiten una señal de salida. Diodo LED, relé, zumbador.
3. ¿Qué es el coeficiente de temperatura de una resistencia? Define la ecuación de la misma. (1 punto) El coeficiente de temperatura: que es la variación del valor de la resistencia con respecto a la temperatura. Se calcula mediante esta ecuación: RT = R0 (1+ αT) 4. Empareja los valores que correspondan con los códigos de colores de las resistencias (3 puntos) Rojo-Rojo-Negro-Oro Amarillo-Naranja-MarrónOro Marrón-Negro-Marrón-Oro Verde-Verde-Marrón-Oro Amarillo-Naranja-VioletaOro Azul-Rojo-Rojo-Oro Blanco-Verde-Marrón-Oro Violeta-Violeta-Negro-Plata Negro-Amarillo-AmarilloOro
22 ohms, +/-5% 430 ohms, +/-5%
100 ohms, +/-5% 6.2 Kohms, +/-5%
100 ohms, +/-5% 550 ohms, +/-5% 430 Mohms, +/-5%
22 ohms, +/-5% 77 ohms, +/-10% 550 ohms, +/-5%
6.2 Kohms, +/-5% 950 ohms, +/-10% 77 ohms, +/-10% 40 Kohms, +/-5%
430 ohms, +/-5% 40 Kohms, +/-5% 150 Kohms, +/-5% 950 ohms, +/-10%
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Anexo V – Solución Marrón-Verde-Amarillo-Oro
150 Kohms, +/-5%
430 Mohms, +/-5%
5. ¿Qué es un potenciómetro? Propón un ejemplo de uso. (1 punto) Son resistencias que varían su valor resistivo rotativa o linealmente. Cuando se varían mediante un vástago de manera manual se denominan potenciómetros, y cuando se varían con ayuda de una herramienta, se llaman ajustables. Un ejemplo de la utilización de un potenciómetro es el circuito de una lámpara a la que se le puede regular la intensidad lumínica mediante un interruptor móvil.
En este caso el interruptor móvil es un potenciómetro que impide el paso de la corriente cuando está a su nivel resistivo más alto, conforme se vaya bajando la resistencia la intensidad lumínica irá aumentando. 6. ¿De qué depende un LDR?, ¿Se te ocurre algún tipo de aplicación? (1 punto) LDR son las siglas en inglés de Light Dependant Resistor (resistencia que varía con la luz). En español el nombre más correcto de estos componentes es fotorresistencias o fotorresistores, pero el nombre más común es LDR. Son resistencias variables como los potenciómetros, pero tienen la propiedad de que su valor varía en función de la luz que reciben. Cuando no captan luz, tienen una gran resistencia; en cambio si reciben mucha luz su resistencia baja y dejan pasar la corriente. Su símbolo es el de la resistencia, pero con unas flechas que representan la luz que incide sobre ellas. Su valor se medirá igualmente en Ω ó KΩ, como cualquier resistencia. Un ejemplo de aplicación de este tipo de resistencias sería en un circuito que enciende una bombilla cuando detecta que no hay luz sobre el LDR.
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Anexo V – Solución
7. ¿Qué es termistor? Define, explica y dibuja cada uno de los tipos y símbolos. (2 puntos)
Los termistores son sensores térmicos de valor variable cuya resistencia cambia con la temperatura. Existen dos tipos:
Los NTC (Negative Temperature Coefficient), cuya resistencia disminuye con la temperatura. Los PTC (Positive Temperature Coefficient), cuya resistencia aumenta con la temperatura. Están compuestos de un filamento que se enrolla y que se introduce en una cápsula de vidrio o de cerámica. Estos son los símbolos de los termistores:
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Tecnología 4º ESO
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Anexo VI
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A S O CI AC I ON ES D E R ES I ST E N C IA S
Resistencias en serie:
La intensidad que pasa por las resistencias es la misma. Se aplica la ley de Ohm para conocer el voltaje en cada una. Resistencias en paralelo:
Cuando hay resistencias en paralelo, la tensi贸n que cae en cada resistencia es la misma. La intensidad en cada resistencia es distinta y se halla aplicando la ley de Ohm. Mixto:
Para calcular la RT (Resistencia equivalente), primero se calculan las que est谩n en paralelo y despu茅s en serie.
Innovaci贸n en el aula 21
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Anexo VII
ACTIVIDAD 1.- Calcular la resistencia equivalente obtenida de cada circuito. (7,5 puntos)
a b
c
d
f
e
g
h
23
Anexo VII
i
j
k
L
24
Anexo VII 2.- Calcula el valor de R1, para obtener la R total dada en cada caso. (1,5 puntos)
a
b
3.- Calcula el valor de la termorresistencia sabiendo que a 0ºC tiene un valor de 100Ω, cuando: (1 punto) a) T= -170ºC b) T= 410ºC
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Anexo VII – Solución
1.A = 20 K
B = 2,4K
C = 2,2K
D = 5,21K
E = 3K
F = 29,67K
G = 8,75K
H = 10,60K
I = 42,45K
J = 4,33K
K = 5,33K
L = 30,33K
2.A = 40 Ω B=9Ω
3.- Partiendo de la ecuación de la temperatura de la termorresistencia: R= R0 (1+ A.T+ B.T2 + C.T3 +… + n.Tn) Donde A= 3,90.103 ºC-1 B= -5,80.107 ºC-2 C= -4,27.10-12 ºC-4 a) R = 31,45Ω b) R =190,40Ω
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Anexo IX
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Interruptores
Los interruptores son los elementos del circuito que desvían o interrumpen el paso de la corriente eléctrica. Si un interruptor está abierto, la corriente que circula por él, no pasará al filamento que está conectado al otro lado.
Existen muchos tipos de interruptores en el mercado, algunos son de tipo manual y otros son de tipo automático, aquí se exponen algunos ejemplos: Interruptor de pulsador: Está formado por un botón que al ser pulsado o presionado, modificará el comportamiento del interruptor, se abrirá o cerrará. Interruptor rotativo: Este tipo de interruptor dispone de un eje que debe ser rotado hacia un punto para que se produzca el cambio. Interruptor basculante: Conformado por una palanca que opera como miembro de actuación. Interruptor magnetotérmico: Es un tipo de interruptor algo más complejo y muy utilizado en las instalaciones eléctricas. El interruptor se apaga automáticamente cuando detecta un cortocircuito. También se desactiva cuando detecta una sobrecarga de corriente eléctrica.
Innovación en el aula 29
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UNIDAD DIDÁCTICA ELECTRÓNICA
Anexo X
Simulación de circuitos (Crocodile Clips) Descarga el programa Crocodile clips del vínculo. Una vez instalado en el ordenador realiza este ejercicio:
OBJETIVO Ampliar los conocimientos relacionados con la electrónica analógica aplicada a circuitos mediante simulación en ordenadores. DESARROLLO ACTIVIDAD
DE
1.- Monta los siguientes circuitos y razona qué bombillas lucirán cuando los interruptores se encuentren en los siguientes estados:
LA
a) Interruptores 1,3,4 abiertos. b) Interruptores 2,3,5 conectados. 1,4 abiertos.
Completar el ejercicio propuesto en la ficha utilizando el programa freeware Crocodile Clips [1]. Puedes ayudarte a comprender mejor el funcionamiento del programa con este sencillo tutorial. [2]
c) Interruptor 1,2,3 conectados. 4,5 abiertos. d) Interruptor 1,4,5 conectados. 3,2 abiertos.
MATERIALES Ficha
[1] Crocodile Clips. Obtenido de: http://www.crocodile-clips.com/ [2] Tutorial Crocodile Clips. Obtenido de Educaragón: http://iespseza.educa.aragon.es/tecnologia/marisa_moreno/croco3/tutorialcrocodileclips.pdf
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Anexo XI
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Condensadores Un condensador es un dispositivo electrónico que almacena carga eléctrica de forma temporal para aportarla cuando se necesite. Los condensadores están formados por dos conductores próximos el uno al otro, separados por un material dieléctrico. La capacidad se mide en Faradios (F). La cantidad de carga que pueden almacenar depende de: a) El tamaño de las placas: cuanto más tamaño más carga puede almacenar. b) La distancia entre ellas. También se denomina el espesor del dieléctrico. c) Del tipo de dieléctrico que las separa. Puede ser de papel, polímeros, etc.
Existen varios tipos de condensadores en el mercado y se clasifican así: -Condensadores electrolíticos: Su dieléctrico está formado por papel en electrolito. Tienen polaridad y normalmente una capacidad superior a 1µF. -Condensadores cerámicos: Son los más utilizados en microelectrónica, puesto que tienen capacidades muy bajas que se utilizan en microcircuitos. -Condensadores de plástico: Son condensadores muy extendidos debido a que al estar hechos de plástico (material aislante) pueden conservar la carga durante largos periodos de tiempo.
Capacidad de un condensador La capacidad de un condensador C se define como el cociente entre la carga Q que acumula y la diferencia de potencial entre sus placas V:
La carga Q se mide en Culombios (C). La Capacidad se mide en Faradios (F). La diferencia de potencial se mide en voltios (V).
Innovación en el aula 33
Funcionamiento de un condensador [1]
Anexo XI
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Circuitos con condensadores El circuito básico de un condensador es aquel por el cual se carga y se descarga. Está compuesto simplemente de una fuente de alimentación, de un condensador y de una resistencia. Los condensadores se descargan en un tiempo que viene determinado por la capacidad del mismo y el valor de la resistencia por la que se va a descargar. Cuanto menores sean la capacidad y la resistencia, menor será el tiempo de descarga. Existen dos fases: 1. Carga. Primero se carga el condensador y una vez que está cargado la intensidad circula por la rama de la resistencia.
2. Descarga. Cuando se desconecta la fuente de alimentación, la carga acumulada en el condensador se va a través de la resistencia.
Recuerda [2] El tiempo que tarda un condensador en cargarse o descargarse depende de la constante de carga t=5RC
Innovación en el aula 34
Anexo XI
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[1] Funcionamiento de un condensador. RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/4q2_contenidos_3a.htm [2] Tiempo de descarga de un condensador. PROFESOR MOLINA: http://www.profesormolina.com.ar/electronica/practicas/tabla_teoricoreal.htm
Innovaci贸n en el aula 35
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Anexo XII
UD Electrónica
Evaluación de los conceptos básicos
1. ¿De qué depende la carga que puede almacenar un condensador? (1 punto)
2. Clasifica los distintos tipos de condensadores. Define cada uno de ellos. (1,5 puntos)
3. ¿Cómo se mide la capacidad de un condensador?¿En qué unidades se mide? (1,5 puntos)
4. Explica y dibuja la curva de carga de un condensador. (3 puntos)
5. ¿Cómo se mide el tiempo de carga o descarga de un condensador? Explícalo. (1 punto)
6. Dibuja un circuito que contenga al menos un condensador en serie con otro elemento. (2 puntos)
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Anexo XII- Solución
UD Electrónica
Evaluación de los conceptos básicos
1. ¿De qué depende la carga que puede almacenar un condensador?. (1 punto) La cantidad de carga que pueden almacenar depende de: a) El tamaño de las placas: cuanto más tamaño más carga puede almacenar. b) La distancia entre ellas. También se denomina el espesor del dieléctrico. c) Del tipo de dieléctrico que las separa. Puede ser de papel, polímeros, etc.
2. Clasifica los distintos tipos de condensadores. Define cada uno de ellos. (1,5 puntos) -Condensadores electrolíticos: Su dieléctrico está formado por papel en electrolito. Tienen polaridad y normalmente una capacidad superior a 1µF. -Condensadores cerámicos: Son los más utilizados en microelectrónica, puesto que tienen capacidades muy bajas que se utilizan en microcircuitos. -Condensadores de plástico: Son condensadores muy extendidos puesto que al estar hechos de plástico (material aislante) pueden conservar la carga durante largos periodos de tiempo.
3. ¿Cómo se mide la capacidad de un condensador?¿En qué unidades se mide? (1,5 puntos) La capacidad de un condensador C se define como el cociente entre la carga Q que acumula y la diferencia de potencial entre sus placas V:
La carga Q se mide en Culombios (C). La Capacidad se mide en Faradios (F). La diferencia de potencial se mide en voltios (V).
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Anexo XII- Solución 4. Explica y dibuja la curva de carga de un condensador. (3 puntos)
Carga. Primero se carga el condensador y una vez que está cargado la intensidad circula por la rama de la resistencia.
5. ¿Cómo se mide el tiempo de carga o descarga de un condensador? Explícalo. (1 punto) El tiempo que tarda un condensador en cargarse o descargarse depende de la constante de carga t=5RC. Donde t es el tiempo, R la resistencia por la cual se descarga y C la capacidad del condensador.
6. Dibuja un circuito que contenga al menos un condensador en serie con otro elemento. (2 puntos)
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Anexo XIII
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Asociación de condensadores: Los condensadores se pueden asociar de tres formas: en serie, en paralelo o de manera mixta. -Serie: Los condensadores se disponen en serie en el circuito, por lo que la intensidad que circulará a través de los mismos será igual. La capacidad total será igual a la inversa de la capacidad de cada uno.
-Paralelo: Los condensadores que estén en paralelo tendrán el mismo voltaje entre sus bornes, la suma será igual a la capacidad de cada uno.
-Mixto: Cuando en un circuito se tienen condensadores en serie y condensadores en paralelo. En este caso primero, se procederá a calcular la capacidad de los que estén en serie y después se sumará la de los que estén en paralelo. (
)
Innovación en el aula 41
Tecnología 4º ESO
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Anexo XIV
ACTIVIDAD 1.- Calcula el valor de la combinaci贸n de los siguientes condensadores en cada caso: (4 puntos)
a
a
c
b
d
2.- Calcula la carga que puede almacenar cada condensador cuando se conecta a 4,5V: (2 puntos) a) C= 1pF b) C= 10碌F c) C= 10nF d) C= 100pF
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Anexo XIV
3.- Calcula el tiempo de descarga de los siguientes condensadores: (4 puntos) a) Condensador de 1µF que se descarga a través de una R de 1000Ω. b) Condensador de 1.10-5F que se descarga a través de una R de 470Ω. c) Condensador de 1.10-3F que se descarga a través de una R de 330Ω. d) Condensador de 1.10-4F que se descarga a través de una R de 1,2kΩ.
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Anexo XIV – Solución
ACTIVIDAD 1.- Calcula el valor de la combinación de los siguientes condensadores en cada caso: (4 puntos)
a) 2µF b) 101µF c) 12,5mF d) 11mF
2.- Calcula la carga que puede almacenar cada condensador cuando se conecta a 4,5V: (2 puntos) a) b) c) d)
3.- Calcula el tiempo de descarga de los siguientes condensadores: (4 puntos) a) 0,005 segundos b) 0,0235 segundos c) 1,65 segundos d) 0,0235 segundos
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Tecnología 4º ESO
46
Anexo XVI
2013
El diodo Uno de los componentes fundamentales en la electrónica analógica y que dio paso a la electrónica moderna es el diodo. Está compuesto por material semiconductor que es un tipo de material que está a medio camino entre ser conductor y ser aislante. Este elemento es de tipo unidireccional, es decir, no es lo mismo instalarlo en un circuito de una forma que de otra, ya que sólo deja pasar la corriente en un sentido. El diodo está compuesto por dos terminales llamados ánodo (P) y cátodo (N). La identificación de cada terminal en un diodo convencional se realiza con una línea marcada en el elemento o en su símbolo y que corresponde con el lado N. Al unir un semiconductor tipo N con uno tipo P, en la zona de contacto se produce un flujo de electrones de la zona N a la P. Ahí es donde aparece una tensión que en el silicio es de 0,7V. Existe una gran variedad de diodos en el mercado: -Diodo Varicap: Es un diodo con capacidad variable, es decir, que la capacidad depende de la tensión que se le aplica. -Diodo LED: Tiene una composición similar al diodo convencional sólo que la composición del mismo permite que emita luz de distintos colores. Para identificar cuál es el cátodo hay que fijarse en la longitud de las patillas, la del cátodo es la menor. -Diodo Zener: Cuya característica principal es la estabilización de tensión en un circuito. Mantiene un valor constante de tensión a lo largo del tiempo. Se representa igual que el diodo convencional pero con el cátodo en forma de Z. -Diodo Schotty: Se caracteriza por conmutar muy rápidamente de conducción inversa a directa. -Diodo Tunel: Adquiere resistencia negativa a determinados valores de tensión.
Innovación en el aula 47
Ampliación [1]
Semiconductores PyN
Anexo XVI
2013
El funcionamiento del diodo es simple, deja pasar electrones en un solo sentido, pero no permite el flujo a la inversa. El sentido en el que conduce es el sentido real de la circulación de los electrones (de negativo a positivo).
Protección del diodo LED [2]
En la imagen de arriba se ve como un diodo en un circuito con una bombilla conectada en serie se comporta como un interruptor cerrado, dejando pasar la corriente, cuando está conectado con el cátodo en el sentido de la circulación. Sin embargo, si se conecta al revés, la bombilla no luce, ya que se comporta como un interruptor abierto. EJERCICIO DE EJEMPLO: CÁLCULO DE LA RESISTENCIA DE LIMITACIÓN EN UN CIRCUITO CON DIODO
Innovación en el aula 48
Anexo XVI
2013
Aplicaciones de diodos en circuitos Los diodos se utilizan casi siempre para rectificar la corriente alterna y conseguir una corriente continua. Como se ha visto anteriormente, el diodo sólo deja pasar la corriente en el sentido de circulación, por lo tanto, en un sentido positivo, así si introduces una señal alterna, sólo dejará pasar los semiciclos positivos. El rectificador es un circuito eléctrico que se encarga de transformar la corriente alterna en una corriente continua. Existen dos tipos de circuitos rectificadores: -El rectificador de media onda, que elimina el semiciclo negativo y únicamente deja semiciclos positivos. Se realiza mediante la inclusión de un diodo en el circuito de la siguiente manera:
-El rectificador de onda completa, en este circuito se rectifica el semiciclo negativo de tensión y lo convierte en positivo, el método más utilizado es el puente de diodos. Es un montaje un poco más complejo que el anterior pero muy utilizado en la industria ya que no se desperdicia energía. El funcionamiento es simple. Se trata de un circuito con cuatro diodos, los diodos D1 y D3 conducirán en los ciclos positivos y los diodos D2 y D4 en los negativos.
Innovación en el aula 49
Anexo XVI
2013
Animación del diodo [3] En la salida del puente se instala un filtro que se encarga de mantener la corriente continua de salida en el punto más alto posible. Esto se consigue mediante la instalación de un condensador que entregará energía cuando la tensión instantánea de salida sea menor a la que él está sometido, y ésta será la que se la entregue al condensador cuando el valor instantáneo sea superior. Así se consigue una tensión continua lo más estabilizada posible.
Innovación en el aula 50
Anexo XVI
2013
[1] Semiconductores P y N. Obtenido de RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/4q2_contenidos_4a.htm [2] Protecci贸n del diodo LED. Obtenido de RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/proteger_led.htm [3] El Diodo. Obtenido de UCLM: http://www.info-ab.uclm.es/labelec/Solar/Componentes/Diodo_II/diodos.html
Innovaci贸n en el aula 51
52
Anexo XVII
UD Electrónica
Evaluación de los conceptos básicos
1. ¿Qué es un diodo? (1 punto) 2. ¿Qué tipo de dispositivos diodos hay? Define cada uno de ellos. (1 puntos)
3. Explica cómo funciona cada uno de los circuitos de la figura: (1 punto)
4. ¿Cómo funciona un rectificador de media onda? (1,5 puntos)
5. Explica la rectificación de onda completa. (1,5 puntos) 6. ¿Qué bombillas lucirán en cada caso? (1,5 puntos)
a
53
Anexo XVII
b
c
7. ¿Qué valor tiene la corriente que circula por la bombilla si la resistencia es de 150Ω y la tensión de alimentación del circuito es de 12 voltios? (VD=0,6V). (1 punto)
8. ¿Qué valor tiene la resistencia que protege el diodo LED? (VLED=1,5V, VD= 5V, ID=30mA) (1,5 puntos)
54
Anexo XVII- Solución
UD Electrónica
Evaluación de los conceptos básicos 1. ¿Qué es un diodo? (1 punto)
Uno de los componentes fundamentales en la electrónica analógica y que dio paso a la electrónica moderna es el diodo. Está compuesto por material semiconductor que es un tipo de material que está a medio camino entre ser conductor y ser aislante. Este elemento es de tipo unidireccional, es decir, no es lo mismo instalarlo en un circuito de una forma que de otra, ya que sólo deja pasar la corriente en un sentido. El diodo está compuesto por dos terminales llamados ánodo (P) y cátodo (N). La identificación de cada terminal en un diodo convencional se realiza con una línea marcada en el elemento o en su símbolo y que corresponde con el lado N. Al unir un semiconductor tipo N con uno tipo P, en la zona de contacto se produce un flujo de electrones de la zona N a la P. Ahí es donde aparece una tensión que en el silicio es de 0,7V. 2. ¿Qué tipo de dispositivos diodos hay? Define cada uno de ellos. (1 puntos) -Diodo Varicap: Es un diodo con capacidad variable, es decir, que la capacidad depende de la tensión que se le aplica. -Diodo LED: Tiene una composición similar al diodo convencional sólo que la composición del mismo permite que emita luz de distintos colores. Para identificar cuál es el cátodo hay que fijarse en la longitud de las patillas, la del cátodo es la menor. -Diodo Zener: Cuya característica principal es la estabilización de tensión en un circuito. Mantiene un valor constante de tensión a lo largo del tiempo. Se representa igual que el diodo convencional pero con el cátodo en forma de Z. -Diodo Schotty: Se caracteriza por conmutar muy rápidamente de conducción inversa a directa. -Diodo Tunel: Adquiere resistencia negativa a determinados valores de tensión. 3. Explica cómo funciona cada uno de los circuitos de la figura: (1 punto)
55
Anexo XVII- Solución 4. ¿Cómo funciona un rectificador de media onda? (1,5 puntos)
UD Electrónica
El rectificador de media onda, que elimina el semiciclo negativo y únicamente deja semiciclos positivos. Se realiza mediante la inclusión de un diodo en circuito de la siguiente manera:
5. Explica la rectificación de onda completa. (1,5 puntos) El rectificador de onda completa, en este circuito se rectifica el semiciclo negativo de tensión y lo convierte en positivo, el método más utilizado es el puente de diodos. Es un montaje un poco más complejo que el anterior pero muy utilizado en la industria ya que no se desperdicia energía. El funcionamiento es simple. Se trata de un circuito con cuatro diodos, los diodos D1 y D3 conducirán en los ciclos positivos y los diodos D2 y D4 en los negativos.
6. ¿Qué bombillas lucirán en cada caso? (1,5 puntos) 7. ¿Qué valor tiene la corriente que circula por la bombilla si la resistencia es de 150Ω y la tensión de alimentación del circuito es de 12 voltios? (VD=0,6V). (1 punto) 76 Ma 8. ¿Qué valor tiene la resistencia que protege el diodo LED? (VLED=1,5V, VD= 5V, ID=30mA) (1,5 puntos) 116,66 Ω
56
UNIDAD DIDÁCTICA ELECTRÓNICA
Anexo XVIII
Simulación de circuitos (Crocodile Clips) OBJETIVO Ampliar los conocimientos relacionados con la electrónica analógica aplicada a circuitos mediante simulación en ordenadores. DESARROLLO ACTIVIDAD
DE
Monta, simula y responde a las siguientes preguntas: 1.- Moviendo el deslizador en el siguiente circuito, varía la tensión de alimentación. Explica lo que ocurre en el gráfico.
LA
Completar el ejercicio propuesto en la ficha utilizando el programa freeware Crocodile Clips. MATERIALES Ficha
2.- En el siguiente circuito, introduce 4 LEDS de manera que sólo se iluminen los que están en posición L2 y L3. Sabiendo que V=5V y R=220 Ω.
a) ¿Por qué no lucen L1 y L2?,¿Tiene algo que ver la polaridad? b) Si aumentamos la tensión al doble, ¿qué sucede? c) Prueba a aumentar y disminuir el valor de la resistencia y explica lo que ocurre.
57
58
UNIDAD DIDÁCTICA ELECTRÓNICA
Anexo XIX
Actividad de investigación OBJETIVO
1.- ¿Sabes qué es una televisión LED?
Ampliar los conocimientos relacionados con la electrónica analógica aplicada a aparatos tecnológicos.
2.- ¿Cómo funciona?
DESARROLLO ACTIVIDAD
DE
3.- ¿Qué ventajas tiene?
LA
Completar el ejercicio propuesto en la ficha. Puedes ayudarte con el hipervínculo incluido en la imagen. MATERIALES Ficha
[1] LED TV. Obtenido de Elegir electrónica: http://elegirelectronica.com/LED_TV.html
59
Tecnología 4º ESO
60
Anexo XX
2013
El transistor El transistor es el componente electrónico más utilizado. Se trata de un elemento semiconductor formado por dos uniones P-N colocadas de forma yuxtapuesta. Es decir, se forman dos tipos, NPN Y PNP:
En el transistor existen 3 terminales llamados: Base (B), colector (C) y emisor (E). La principal característica que tiene el transistor es que actúa amplificando la corriente eléctrica. La intensidad entra por la base y sale amplificada por el emisor. El colector ofrece la corriente que se necesita para realizar este proceso. El factor de amplificación del transistor se llama la ganancia (β), que es la característica que dará el valor por el cual el transistor puede amplificar la corriente de entrada.
Innovación en el aula 61
Anexo XX
2013
Funcionamiento del transistor El transistor puede funcionar de tres formas diferentes:
Transistor en corte: Cuando no hay corriente en la base, tampoco puede pasar por sus otros terminales, entonces es cuando se dice que está en corte, es igual a un interruptor abierto. IC = IE = 0 VCE = VCC
Transistor en saturación:
Recuerda
El transistor está en saturación cuando la corriente de base es muy elevada, por lo que permitirá la circulación entre colector y emisor, comportándose como un interruptor cerrado.
IC = IE = ICMAX
Innovación en el aula 62
El transistor trabaja en conmutación cuando puede pasar de corte a saturación según la cantidad de corriente que entre por la base.
Anexo XX
2013
Transistor en zona activa (amplificador): Cuando la corriente de la base no es tan pequeña como para cortar la corriente en los otros terminales, y tampoco es tan grande como para dejarla pasar completamente, se produce un caso intermedio entre el corte y la saturación. El transistor trabaja en zona activa y funciona como un amplificador, es decir, amplifica la corriente de la base emitiéndola por el emisor.
Montajes con transistores Los transistores se utilizan en multitud de circuitos, aquí se exponen dos ejemplos de utilización de un transistor: una para controlar la velocidad de un motor y la otra, la luminosidad de una habitación: Control de velocidad de un motor:
Simplemente variando la resistencia del potenciómetro se va modificando la intensidad de base del transistor. Cuando el valor de la resistencia es alto la corriente de base es
Innovación en el aula 63
Conmutación del transistor [1]
Anexo XX
2013
baja y la corriente del colector que circula por el motor también será baja y por lo tanto la velocidad de giro del motor será lenta. Control de luminosidad con LDR
En este caso, para controlar la luminosidad en una habitación se han conectado dos circuitos. El primero está formado por una batería de 12 voltios y un divisor de tensión formado por un potenciómetro y una resistencia LDR. Todo conectado a un transistor y un relé. En el otro lado, un circuito con una batería de 9 voltios, una bombilla y los contactos. El funcionamiento es simple, cuando baja la luz en la habitación, el LDR aumenta su resistencia tanto como para que el potenciómetro a su lado no tenga apenas valor, por lo que en el punto 1 habrá un voltaje alto que hace que la intensidad de la base del transistor sea alta y lo sature. Así, el transistor se comporta como un interruptor cerrado que hace que la bobina del relé estará alimentada a 12 voltios y atraiga los contactos, cerrando el circuito y dejando que la bombilla luzca.
[1] Conmutación del transistor. Obtenido de RECURSOS TIC: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/guiones/transistor_conmutacion.htm
Innovación en el aula 64
Anexo XXI Evaluación de los conceptos básicos
1. ¿Qué es un transistor? Explica cómo fluyen las corrientes. (2 puntos) 2. Explica cuando el transistor está en corte. (2 puntos) 3. ¿Qué significa que un transistor está en zona activa? (2 puntos) 4. Dibuja el control de velocidad de un motor con un transistor. (1 punto) 5. ¿Qué bombillas lucirán en los siguientes circuitos? (3 puntos)
a
b
65
Anexo XXI
c
66
UNIDAD DIDÁCTICA ELECTRÓNICA
Anexo XXIII
Actividad de investigación OBJETIVO
1.-¿En qué consiste la ley de Moore?
Ampliar los conocimientos relacionados con la electrónica analógica aplicada a componentes de aparatos tecnológicos.
2.-¿Cuántos transistores microprocesador?
DESARROLLO ACTIVIDAD
DE
hay
en
3.-¿Qué es la tecnología de 65 nanómetros?
LA
Completar el ejercicio propuesto en la ficha. Puedes ayudarte con el hipervínculo incluido en la imagen. [1] MATERIALES Ficha
[1] Ley de Moore. Obtenido de Intel: http://www.intel.com/cd/corporate/techtrends/emea/spa/209840.htm
67
un
Tecnología 4º ESO
68
Anexo XXIV
2013
Otros componentes
Bobinas Las bobinas son dispositivos utilizados en los circuitos para almacenar energía en forma de campo magnético. Según la utilización o la construcción de las mismas se pueden clasificar así: Según la construcción: Cilíndricas y toroidales. Según la aplicación: Filtro y radiofrecuencia. Según el núcleo: Aire y térmico. Se representan mediante la L y se mide en Henrios (H).
Relés Los relés se utilizan en los circuitos de mucha potencia para controlar el encendido y el apagado de los mismos. Se componen de una bobina en su interior que produce un campo magnético cuando circula corriente a través de ella y activa un electroimán que abre o cierra un contacto o un interruptor.
Zumbadores Los zumbadores son componentes utilizados como avisadores acústicos. Se utilizan por ejemplo en los teléfonos móviles. Su funcionamiento consiste en someter una lámina de material piezoeléctrico a una tensión eléctrica, que producirá que el material se retuerza cada cierto tiempo emitiendo un sonido. Se representa en los circuitos mediante este símbolo:
Innovación en el aula 69
Anexo XXIV
2013
Circuitos integrados Los circuitos integrados son dispositivos que tienen gran cantidad de componentes electrónicos conectados entre sí en un espacio muy pequeño. Se utilizan en todos los aparatos electrónicos de reducido tamaño para poder minimizar las dimensiones de los mismos. Existen en el mercado multitud de ellos, cabe destacar por ejemplo el integrado 555, que se utiliza como temporizador para regular luces, pulsadores o cualquier otro dispositivo en un circuito. El funcionamiento de estos circuitos integrados está reflejado en el datasheet del fabricante, que es un documento en el que se informa al usuario de las propiedades, montaje, funcionamiento, características del elemento, así como gráficas del comportamiento del elemento. Aquí se muestra parte del datasheet del temporizador LM555 de la compañía Texas instruments [1]:
Además del integrado anterior existe una amplia variedad de circuitos en el mercado: -Puertas lógicas. Son integrados que contienen puertas lógicas, que se verán a continuación en el apartado de Electrónica Digital, con el que se toman decisiones sencillas. Como ejemplo están los integrados de la serie 74HCXXX y 74HCTXXX.
Innovación en el aula 70
Anexo XXIV
2013
-Contadores. Se utilizan para contar impulsos dentro de un circuito. Un ejemplo práctico sería la utilización del integrado CD4029 para puertas automáticas, en el que se da una orden cuando un sensor detecta movimiento. -Amplificadores. Como se ha visto anteriormente en electrónica se utiliza mucho la amplificación de señales, debido a la utilización de pequeños voltajes. Mediante estos integrados se puede amplificar la salida de la señal que se recibe. Un ejemplo de integrado es el TDA 1011.
[1] Datasheet del integrado LM555. Obtenido de TEXAS INSTRUMENTS: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm555.pdf
Innovación en el aula 71
72
Anexo XXV Evaluación de los conceptos básicos
1. ¿Qué es una bobina? Explica para qué sirve. (2 puntos) 2. ¿Qué es un relé? Ejemplifica un aparato que funcione con un relé. (2 puntos) 3. ¿Qué es un circuito integrado? ¿Dónde y para qué se utilizan? (2 puntos) 4. Explica para qué sirve un Datasheet. (2 puntos) 5. Los amplificadores se utilizan en los circuitos electrónicos cuando tenemos pequeños voltajes. Explica brevemente para qué sirven y propón un ejemplo de circuito integrado que actúe como un amplificador. (2 puntos)
73
74
UNIDAD DIDÁCTICA ELECTRÓNICA
Anexo XXVI
Actividad de investigación OBJETIVO
1.-¿Sabes cómo se fabrica un circuito integrado?
Ampliar los conocimientos relacionados con la electrónica analógica aplicada a componentes de aparatos tecnológicos.
2.-¿Qué material se utiliza para fabricarlos?
DESARROLLO ACTIVIDAD
DE
3.-Redacta el proceso de fabricación que se lleva a cabo en la industria tecnológica.
LA
Completar el ejercicio propuesto en la ficha. Puedes ayudarte con el vídeo incluido en la imagen. [1] MATERIALES Ficha
[1] Chips, proceso de fabricación. Obtenido de Youtube: http://www.youtube.com/watch?v=6AOdvdVnaI4
75
76
UNIDAD DIDﾃ，TICA INSTALACIONES EN VIVIENDAS
Anexo XXVII
Investigation Activity TARGET
1.- 74HCXXX
Study components and integrated circuits usually used in the electronic industry.
2.- CD4029 3.- TDA 1011 4.- 74LSXXX
HOW TO 5.- 1N4004
Complete the exercise. Find the datasheets of the different elements and explain shortly what they are. MATERIALS Form Solution
77
78
Anexo XXVII – Solución
Click in the next links included in each component code: 1. - 74HCXXX [1] Supply integrated circuit. From 2 to 6V or from 4,5 to 5,5v.
2. - CD4029 [2] Presettable binary /Decade up/ counter.
3. - TDA 1011 [3] Audio power amplifier.
4. - 74LSXXX [4] Standar logic 5V +/- 10%.
5. - 1N4004 [5] Ordinary diode.
[1] 74HCXXX. Obtenido de Micropik en: http://www.micropik.com/pag_ci_74HCXXX.htm [2] CD4029. Obtenido de National Semiconductor en: http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/166/108968_DS.pdf [3] TDA 1011. Obtenido de Philips semiconductors en: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/TDA1011.pdf [4] 74LSXXX. Obtenido de Micropik en: http://www.micropik.com/pag_ci_74LSXXX.htm [5] 1N4004. Obtenido de Diodes incorporated: http://www.diodes.com/datasheets/ds28002.pdf
79
80
Anexo XXVIII
Tecnología y sociedad El tríodo El comienzo real de la electrónica produce un gran cambio en el mundo, cuando el físico e inventor norteamericano Lee Forest (1873-1961), al que se le atribuyen más de 300 patentes, introduce el primer dispositivo amplificador: el tríodo (1907). El tríodo es un componente electrónico con tres electrodos que amplifica una señal electrónica controlando el movimiento de los electrones. Al igual que otros componentes, está formado por un cátodo que produce electrones al calentarse, el ánodo que se carga positivamente y la rejilla que separa el cátodo y el ánodo. Dependiendo de la tensión que se aplique a la rejilla se regula el flujo de electrones, así, aplicando una señal débil se consigue que la variación de electrones entre el cátodo y el ánodo sea muy grande, por lo que se controla una gran corriente con una pequeña tensión. Lee Forest utilizó el tríodo como transmisor de ondas de radio, y lo bautizó como “Audión”, a partir de entonces se extendió el uso de este componente en las estaciones transmisoras de radio y en los radiorreceptores. Posteriormente, y desarrollando el método ”Audión”, se permitió sincronizar la voz y la imagen en las películas cinematográficas gracias al sistema Phonofilm. A pesar del invento y el desarrollo posterior del transistor, los circuitos integrados y que los microprocesadores y micro controladores hayan relegado al olvido este tipo de válvulas, se siguen utilizando en la fabricación de tubos de rayos catódicos y en la fabricación de monitores de ordenadores. Sin embargo, desaparecerá cuando se generalice totalmente el uso de pantallas de plasma en todos los equipos del mundo.
Debate en el aula ¿Cómo crees que ha influido este invento en la historia de las comunicaciones?
81
Tecnología 4º ESO
82
Anexo XXIX
2013
Introducción Hoy en día la electrónica juega un papel muy importante en el mundo. La mayor parte de los sistemas electrónicos se basan en la electrónica digital. En este apartado se abordan las bases sobre las que se asienta. Las aplicaciones de esta rama de la electrónica en la industria son entre otras: el procesamiento de datos, por ejemplo con ordenadores, el control industrial mediante autómatas programables o controladores, o cualquier otro producto del hogar como electrodomésticos o televisores. La información se transforma en señales analógicas que tienen valores infinitos, negativos y/o positivos. El paso de una señal analógica a una digital se realiza mediante sistemas de codificación. De esta forma, se tiene una señal con gran inmunidad frente a variaciones en la transmisión de los datos, una señal más fiable ante el ruido y un almacenamiento más sencillo. En la imagen se muestra la diferencia entre una señal analógica y una digital.
En la electrónica digital sólo hay dos voltajes, por lo que al utilizar dos estados lógicos se puede asociar cada uno a un nivel de tensión para codificar los números, o cualquier otra información. Así se tienen valores de 0 ó 1. La información obtenida de los circuitos digitales es una secuencia de números que hay que interpretar y codificar de alguna manera. Para ello, se utiliza el sistema binario que se verá posteriormente. La entrada de un conversor analógico-digital será una entrada analógica (número) y la salida será digital (número binario).
Innovación en el aula 83
84
Anexo XXXI
2013
Sistema binario La numeración que normalmente se utiliza la del sistema decimal, que utiliza como base el número 10, pero la codificación de la información obtenida de los circuitos digitales se realiza mediante el sistema binario. Este sistema utiliza sólo dos cifras que son 1 y 0. Cada uno se denomina bit (Binary digit). Utiliza como base el número 2. Cualquier número expresado en base decimal se puede definir también en sistema binario, e inversamente, de una manera muy sencilla. La forma de contar es similar a la decimal, es decir: 0,1, 10, 11, 100,101, 110…En la siguiente tabla se muestra la equivalencia binaria de los primeros 15 números en base decimal: Binario Potencia de 2
Decimal
23
22
21
20
8
4
2
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
2
0
0
1
1
3
0
1
0
0
4
0
1
0
1
5
0
1
1
0
6
0
1
1
1
7
1
0
0
0
8
1
0
0
1
9
1
0
1
0
10
1
0
1
1
11
1
1
0
0
12
1
1
0
1
13
1
1
1
0
14
1
1
1
1
15
Innovación en el aula 85
Anexo XXXI
2013
Conversión de binario a decimal
Como se ve en la tabla, cada cifra (bit) sólo puede tomar dos valores (0 ó 1). Pero dependiendo de la posición que ocupe tendrá más peso o importancia. Por ejemplo, cuando un uno en la primera casilla tiene un peso de “1”, en la quinta casilla tendrá un peso de “24=16”. Ejemplos: 10 (binario) = 0·20+ 1·21 = 2 (decimal)
USO DE LA CALCULADORA COMO CONVERSOR [1]
111= 1·20+1·21+1·22 = 7 101= 1·20+0·21+1·22 = 5 1010 = 0·20+1·21+0·22+1·23 = 10 Es decir, la posición del dígito que se encuentra más a la derecha hay que multiplicarla por 20, la siguiente posición por 21 y así sucesivamente hasta la posición n (2n), después se suman todos los productos y se obtiene el número decimal.
Conversión de decimal a binario Para poder pasar de decimal a binario se necesita un algoritmo de división. Consiste en dividir el número continuamente para dos, anotar el resto y finalizar cuando el cociente es 0 ó 1. Aquí se expone un ejemplo con el número 143: En la imagen como se hacen sucesivas divisiones para dos, los restos y el último cociente nos dan la expresión binaria, pero en orden invertido, donde el último cociente es el bit con más peso. 143: 11110001
Innovación en el aula 86
1] Calculadora de Windows como conversor. Obtenido de TIC 725: https://sites.google.com/ site/275tics/sistemabinario
Anexo XXXII Evaluación de los conceptos básicos
1. ¿En qué se basa el sistema binario? (1 punto) 2. Dibuja una tabla con los 15 primeros números en base decimal en binario. (1 punto)
3.
Convierte los siguientes números de binario a decimal: (3 puntos) a.011110101 b.1111100 c.1001101 d.1000001010 e. 1101101101
4.
Convierte los siguientes números de decimal a binario: (3 puntos) a.42 b.89 c.215 d.433 e. 200
5. El registro de una transacción está escrito en binario en un papel. Obtener los números del registro sabiendo que tienen un tamaño de 8 bits. (2 puntos) 101001010010101001010100000101010110000100000101
87
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Anexo XXXII - solución Evaluación de los conceptos básicos
1. ¿En qué se basa el sistema binario? (1 punto) La numeración que normalmente se utiliza es el sistema decimal, que utiliza como base el número 10, pero la codificación de la información obtenida de los circuitos digitales, se realiza mediante el sistema binario. Este sistema utiliza sólo dos cifras que son 1 y 0. Cada uno se denomina bit (Binary digit). Utiliza como base el número 2. 2. Escribe los 20 primeros números en base decimal en binario. (1 punto) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
3.
00 01 10 11 100 101 110 111 1000 1001 1010
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
1011 1100 1101 1110 1111 10000 10001 10010 10011 10100
Convierte los siguientes números de binario a decimal: (3 puntos) a.245 b.124 c.77 d.522 e. 877
4.
Convierte los siguientes números de decimal a binario: (3 puntos) a. 101010 b. 1011001 c. 11010111 d. 110110001 e. 11001000
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Anexo XXXII - solución 5. El registro de una transacción está escrito en binario en un papel. Obtener los números del registro sabiendo que tienen un tamaño de 8 bits. (2 puntos) 165-42-84-21-97-5
90
Anexo XXXIII – CREATIVE INVENTIONS
INTRO TO “CREATIVE INVENTIONS” The Comenius-project “Creative Inventions” deals with the development of a PLC-controlled chipsorting-machine for coloured chips as a training-device for students in the subject automation technology.
1.1 Supported programming languages 1.1.1 The function block plan (FUP) STEP 7 is an acronym for the German expression STeuerungen Einfach Programmieren (easy programming of a PLC-control). This is the latest programming software of the SIMATIC-S7-PLC family which can be seen as the successor of the STEP 5 series.
1.1.2 Ladder diagram (KOP) The ladder diagram is a standardized language for programming PLC just like the function block language. An additional similarity with the function block language is that the ladder diagram also uses a graphical description. 1.2 Working with Boolean operations Signal inputs are connected with signal outputs we speak of operations. Boolean operations work with the numbers “1” and “0”. Here “0” stands for logical “no” and “1” for logical “yes”.
91
Anexo XXXIII – CREATIVE INVENTIONS The Boolean operations interpret these signal conditions and connect them according to the Boolean Algebra. The result of these operations then have a “1” or a “0” value. Corresponding Boolean operations are provided for programming purposes in STEP 7 software. In the following paragraph first the basic logical operations are described. Furthermore, memory function, flank detection, timer and counter will be referred to. 2.2.1 The NOT-operation (negation) The input-signal is reversed by the “NOT”-operation, which means a “1”-signal at the input will become a “0”-signal at the output.
2.2.2 The AND-operation The output-signal of the “AND”-operation is a “1”-signal if at all inputs there is a “1”-signal simultaneously.
92
Anexo XXXIII – CREATIVE INVENTIONS
2.2.3 The OR-operation (disjunction) The output-signal of the “OR”-operation is a “1”-signal if at one of the inputs there is a “1”-signal.
93
Anexo XXXIII – CREATIVE INVENTIONS
Actividad Explica para cada uno de los tres casos anteriores, cómo se produce el diagrama de la función y para qué se puede utilizar cada uno de ellos.
94
UNIDAD DIDÁCTICA ELECTRÓNICA
Anexo XXXIV
Actividad de investigación OBJETIVO
1.- ¿En qué consiste el sistema binario BCD?
Ampliar los conocimientos relacionados con la electrónica digital y el código binario.
2.- ¿Qué usos tiene?
DESARROLLO ACTIVIDAD
DE
LA
Completar el ejercicio propuesto en la ficha. Puedes ayudarte mediante la búsqueda en internet y mediante el hipervínculo de la imagen [1].
[1]
MATERIALES Ficha
[1] Código BCD. Obtenido en Ecured en: http://www.ecured.cu/index.php/C%C3%B3digo_BCD
95
96
Anexo XXXIV- Solución
UD Electrónica
ACTIVIDAD DE INVESTIGACIÓN 1. ¿En qué consiste el codificado binario BCD a 7 segmentos?, ¿Qué usos tiene? Las cifras decimales del 0 al 9, se expresan en BCD con cuatro dígitos binarios (del 0000 al 1001); también dichas cifras pueden representarse en un visualizador de 7 segmentos como el de la imagen, y para ello se necesita codificar en 7 bits. Cada uno de esos bits enciende (controla) cada uno de los segmentos: Para visualizar un valor codificado con 4 bits se utiliza un display como el de la imagen que contiene 7 leds y un circuito decodificador (4 bits) a 7 segmentos (circuito integrado 74LS48). La tecnología empleada es TTL, por lo que se deberá alimentar a +5V en el terminal marcado como Vcc y a masa en el terminal marcado con GND. La lógica es positiva (+5V = 1 lógico; 0V = 0 lógico). Cada una de las 7 salidas del decodificador se conecta al segmento del display correspondiente. El encendido o no de cada uno de los segmentos del display depende de la tabla de verdad del 74LS48, que se puede consultar a continuación. La entrada DP permite el control del encendido o no del punto decimal del display.
nº decimal 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
binario D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0
B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0
7 segmentos A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
a 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1
97
b 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1
c 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
d 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1
e 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0
f 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1
g 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1
Tecnología 4º ESO
98
Anexo XXXV
2013
Álgebra de Boole El álgebra de Boole consiste en la utilización de reglas matemáticas con las que se representan las entradas y salidas de los circuitos digitales. - Las variables de entrada o salida se representan con letras (a,b,c…) y tendrán el valor 0 ó 1.
Puertas lógicas: Las puertas lógicas son componentes electrónicos capaces de realizar operaciones. Las puertas lógicas tienen una única salida y pueden tener una o varias entradas. En la salida de la puerta se dan niveles de tensión alto (1) o niveles de tensión bajo (0). La forma más simple de definir una función lógica es con su tabla de verdad. Para poder hacerla hay que establecer todas las posibles combinaciones de las variables independientes en forma de tabla e indicar el valor de la salida (S) para cada una de ellas. Aquí se muestran las puertas lógicas elementales junto a su tabla de verdad: En cada una de las puertas se pueden observar dos símbolos. El símbolo de la izquierda es el que se utiliza en la actualidad (norma DIN), el de la derecha es el que ha quedado en desuso pero muchos circuitos siguen estando representados con esa simbología (norma ASA).
La imagen muestra la puerta NOT o también denominada inversor. Esta puerta siempre tiene una sola entrada y una sola salida, que será el contrario del nivel lógico que le entra. Es decir, que si entra un “0” sale un “1”, y si entra un “1” sale un “0”. La forma de leer esta puerta será << no
>>, ̅
.
Innovación en el aula 99
Comprobación de una tabla de verdad teórica con una real. [1]
AMPLIACIÓN
Anexo XXXV
2013
La imagen muestra la puerta AND, que corresponde a la función multiplicación del algebra de Boole. La salida de la función toma el valor “1”, cuando las dos entradas son “1”. La forma de leer esta puerta será <<A y B = C>>, A · B = C.
La imagen muestra la puerta OR, que corresponde a la función suma del algebra de Boole. La salida toma el valor lógico “1” cuando cualquiera de las entradas tiene un “1”. La forma de leer esta puerta será <<A o B = C>>, A + B = C. Las anteriores puertas lógicas son las elementales, pero se pueden combinar para formar otras puertas algo más complejas. Aquí se muestran otras cuatro: Puerta NAND. Está formada por una puerta AND más un inversor. La salida de la puerta será la inversa de una puerta AND. También se conoce como la no multiplicación. La forma de leer esta puerta será <<No (A y B) = C>>, ̅̅̅̅̅ = C.
Trabajar con puertas lógicas. [2]
ANIMACIÓN
Innovación en el aula 100
Anexo XXXV
2013
Puerta NOR. Está formada por una puerta OR más un inversor. El resultado será la salida inversa de una puerta OR. También se conoce como la no suma. La forma de leer esta puerta será <<No (A o B) = C>>, ̅̅̅̅̅̅̅̅
Puerta XOR. Se denomina puerta OR exclusiva. La salida es un “1” cuando una de las dos entradas tiene el valor “1”, pero cuando las dos entradas tienen “1” la salida es “0”. Sólo tiene ̅ ̅ . La forma de leer esta puerta será <<A o B exclusivo = C>>, dos entradas. A B = C.
Puerta XNOR. Se denomina NOR exclusiva y está formada por una puerta XOR y un ̅ ̅ . La forma de leer inversor. El resultado es la negación de la puerta XOR. esta puerta es <<no (A o B) exclusivo = C>>, .
Animaciones con puertas lógicas. [3]
PARA SABER MÁS
Innovación en el aula 101
Anexo XXXV
2013
[1] Comprobaciรณn de una tabla de la verdad teรณrica con una real. Obtenido de Profesor molina: http://www.profesormolina.com.ar/electronica/practicas/tabla_teoricoreal.htm [2] Trabajar con puertas logicas. Obtenido de Educarex: http://conteni2.educarex.es/mats/19260/contenido/ [3] Animaciones con puertas lรณgicas. Obtenido de Tuverรกs: http://www.tuveras.com/logicas/tverdad.htm#fnand
Innovaciรณn en el aula 102
Anexo XXXVI
UD Electrónica
Evaluación de los conceptos básicos
1. Escribe la tabla de verdad y el símbolo de las siguientes puertas: (3 puntos) a) AND b) OR c) XOR 2.
Escribe la tabla de verdad de: (3 puntos)
a
b
Puerta Nor
Puerta NAND
Puerta Not a
0 0 1 1
3.
0 1 0 1
Obtén la tabla de verdad de la función ser número impar de uno. (4 puntos)
c 0 0 0 0 1 1 1 1
b 0 0 1 1 0 0 1 1
a 0 1 0 1 0 1 0 1
ser nº impar
103
b
104
Anexo XXXVI – Solución Evaluación de los conceptos básicos
1. Escribe la tabla de verdad y el símbolo de las siguientes puertas: (3 puntos) a) AND
a 0 0 1 1
b 0 1 0 1
S 0 0 0 1
a 0 0 1 1
b 0 1 0 1
S 0 1 1 1
a 0 0 1 1
b 0 1 0 1
S 0 1 1 0
b) OR
c) XOR
2.
Escribe la tabla de verdad de: (3 puntos)
a 0 0 1 1
b 0 1 0 1
Puerta Nor
Puerta NAND
1 0 0 0
1 1 1 0
105
Puerta Not a 1 1 0 0
b 1 0 1 0
Anexo XXXVI – Solución 3.
Obtén la tabla de la verdad de la función ser número primo para números de 3 dígitos. (4 puntos)
c 0 0 0 0 1 1 1 1
b 0 0 1 1 0 0 1 1
a 0 1 0 1 0 1 0 1
ser nº primo 0 1 1 0 1 0 0 1
106
̅
̅
UNIDAD DIDÁCTICA ELECTRÓNICA
Anexo XXXVII
Simulación de circuitos (Crocodile Clips) OBJETIVO Ampliar los conocimientos relacionados con la electrónica digital montando las principales puertas lógicas. DESARROLLO ACTIVIDAD
DE
Monta mediante el programa Crocodile Clips, simula y explica el siguiente circuito en el ordenador. Para explicarlo tendrás que buscar información sobre los siguientes componentes: 74HC08 74HC00 74HC32 74HC02 74HC86
LA
Completar el ejercicio propuesto en la ficha utilizando el programa freeware Crocodile Clips. MATERIALES Ficha
107
108
Anexo XXXVII - Solución
UD Electrónica
Este montaje muestra varias combinaciones de puertas lógicas. Los dos circuitos de arriba realizan una operación NAND mientras que los dos del centro realizan una operación NOR. El circuito de abajo realiza una operación XOR.
109
Tecnología 4º ESO
110
Anexo XXXVIII
2013
Operaciones lógicas Una variable lógica A es aquella que puede tomar los valores 0 y 1. Una función lógica F es un conjunto de variables lógicas A, B, C, relacionadas por las operaciones del algebra del Boole: suma, producto y negación. Ejemplo:
̅
Las tablas de verdad recogen las entradas y las salidas de las funciones, así se observan todos los estados lógicos de un circuito. Si existen n variables, se tienen 2n combinaciones posibles.
Obtención de la expresión booleana de una tabla de verdad La forma más simple de definir una función lógica es con su tabla de verdad. Para poder hacerla hay que establecer todas las posibles combinaciones de las variables independientes en forma de tabla e indicar el valor de la salida (S) para cada una de ellas. Cuando se obtiene una función de una tabla de verdad, se tiene una función normalmente larga. Cuanto menor es el tamaño de la función, más rápida es la resolución y menor coste tiene a la hora de construir la función de forma circuital. Por ello, es necesario simplificarlas. Para obtener la expresión booleana de una tabla verdad a cada salida de la tabla se le asigna una expresión. Esta expresión está formada por el producto de todas las entradas, pero las entradas que sean 0 se negaran y las que sean 1 no se modifican. La función correspondiente a esa tabla de verdad se construye sumando las expresiones en la que la salida es un “1”. Abajo se muestra un ejemplo con la suma de productos de 3 variables:
Innovación en el aula 111
Anexo XXXVIII
2013
Simplificación de expresiones con mapas de Karnaugh Cuando las funciones lógicas son largas, utilizar un procedimiento algebraico para reducirlas puede producir errores debido a su complejidad, para ello y para simplificar el procedimiento se utilizan los mapas o los diagramas de Karnaugh. Es un método simple que consiste en formar diagramas de 2n cuadros (siendo n=el número de variables). En las siguientes figuras se muestran plantillas correspondientes a dos, tres y cuatro variables. En un diagrama de Karnaugh, cada celda representa uno de los diferentes valores posibles para esa combinación de variables. Se puede pasar de un cuadro a otro de manera vertical u horizontal, cambiando una única variable de forma negada o de forma directa. -Dos variables
-Tres variables:
-Cuatro variables:
El procedimiento de rellenado de los mapas consiste en rellenar las celdas con los números decimales a los que corresponden los binarios a representar. Para poder simplificar la función se seguirán los siguientes pasos:
Innovación en el aula 112
Anexo XXXVIII
2013
-A partir de la tabla de verdad se rellena la tabla con los 1 y 0 correspondientes a cada una de las combinaciones. -Se agrupan los “1” de las celdas adyacentes formando rectángulos con un número de celdas que deben ser potencia de 2 (1, 2, 4, 8…). -También se considera una celda adyacente la que está en el borde opuesto y simétrico respecto a los ejes laterales. -Los rectángulos pueden quedar superpuestos, un cuadro pueden pertenecer a 2 o más rectángulos. -Se debe intentar conseguir el menor número de rectángulos con el mayor número de “1” posibles. -La función simplificada que se obtiene tendrá tantos términos como rectángulos posea el diagrama. -Una vez establecidos todos los rectángulos se obtiene la expresión. Para cada uno de los rectángulos formados, si una variable tiene el valor “0” en la mitad de las casillas y en la otra mitad “1”, no aparecerá el término. Si tiene el valor “1” en todas las casillas, aparecerá de forma directa, si tiene valor “0”, de forma inversa. A continuación para comprender este método, se expone un ejemplo:
Se deben coger todos los “1” que haya en las casillas adyacentes en forma de potencias de 2. En este ejemplo se pueden hacer 4 grupos: El rectángulo rojo toma dos casillas. Las variables serán “b”, ”c” y “d”. F1= b·c·d El rectángulo amarillo toma cuatro casillas. Las variables son “a” y “d”. F2 = a·d El rectángulo azul toma cuatro casillas. Las variables son “a” y “c”. F3 = a·c El rectángulo verde toma cuatro casillas. Las variables son “a” y “b”. F4 = a·b
Innovación en el aula 113
Anexo XXXVIII
2013
Realización de mapas de Karnaugh [1]
La función final queda: S = b·c·d + a·d + a·c + a·b
ANIMACIÓN
[1] Realización de mapas de Karnaugh. Obtenido de CIDEVI: http://www.cidevi.com/digitales/MAPASK45.swf
Innovación en el aula 114
Anexo XXXIX Evaluación de los conceptos básicos
1. Obtener las expresiones booleanas de los siguientes circuitos lógicos: (1,5 puntos) a.
b.
c.
2. Escribir la tabla de la función booleana: (1 punto) ̅
̅
(Ordenar las variables en forma c b a, que es la que más se utiliza en las tablas de las funciones)
115
Anexo XXXIX 3.
Resolver los siguientes mapas de Karnaugh y obtener las funciones lógicas correspondientes: (1,5 puntos)
4. Representar con puertas lógicas las siguientes funciones: (1 punto) 1) 2)
̅
116
Anexo XXXIX 3) ̅ ̅̅̅̅̅ 4) ̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ ̅ ̅
5)
5.
Simplificar las siguientes funciones mediante mapas de Karnaugh: (1 punto) ̅
6.
̅
̅
̅ ̅ ̅
̅ ̅
En una máquina se controla la temperatura, la intensidad consumida y la presión, por lo que se activa una alarma cuando alguno de estos parámetros sobrepasa un valor límite detectado por un transductor digital (“1” por encima del valor y “0” por debajo). Se controla también la tensión que alimenta la máquina así que la alarma también salta cuando detecta que hay un valor mínimo. Construir la función que debe activar la alarma sabiendo que: (1 punto) Temperatura = T Intensidad = I Presión = P Tensión = V
7.
Se desea controlar un termostato mediante tres interruptores conmutados, de forma que cuando se presione cualquiera de ellos se pueda encender o apagar. Encontrar la función que gobierne este sistema. (1 punto)
8.
Un circuito digital con dos entradas A y C recibe por A una onda cuadrada. (1 punto) a) ¿Qué combinación de puertas permite cuando C = 1 que dicha onda pase a la salida o no (y=0) cuando C = 0? b) ¿Qué combinación de puertas permite que la salida sea igual a la entrada A cuando C=0 y sea la onda A invertida cuando C = 1?
117
118
Anexo XXXIX- Solución Evaluación de los conceptos básicos
1. Obtener las expresiones booleanas de los siguientes circuitos lógicos: (1,5 puntos) a)
̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ (̅ ) ( )
b)
̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅
c)
(̅
) ( ̅
̅̅̅̅̅̅ )
2. Escribir la tabla de la función booleana: (1 punto) ̅ c 0 0 0 0 1 1 1 1
3.
̅ b 0 0 1 1 0 0 1 1
a 0 1 0 1 0 1 0 1
S 1 0 1 1 1 0 1 0
Resolver los siguientes mapas de Karnaugh y obtener las funciones lógicas correspondientes: (1,5 puntos)
Solución:
̅ ̅
̅
̅
̅
119
Anexo XXXIX- Solución
Solución:
̅ ̅
Solución:
̅ ̅
̅ ̅
̅ ̅
Solución:
Solución:
̅
̅ ̅
̅ ̅
̅
̅ ̅
4. Representar con puertas lógicas las siguientes funciones: (1 punto) 1)
120
Anexo XXXIX- Solución
2)
̅
3)
4)
̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ (̅̅̅̅̅) ( ̅)
121
Anexo XXXIX- Solución 5)
5.
(
)
̅ ̅
Simplificar las siguientes funciones mediante mapas de Karnaugh: (1 punto) ̅
̅
̅
̅ ̅ ̅
̅ ̅
AB
CD
00 01 11 10
00 0 0 1 1
La solución simplificada es
01 1 1 1 1
̅
11 0 1 1 0
̅
122
10 0 0 0 1
̅ ̅
Anexo XXXIX- Solución 6.
En una máquina se controla la temperatura, la intensidad consumida y la presión, por lo que se activa una alarma cuando alguno de estos parámetros sobrepasa un valor límite detectado por un transductor digital (“1” por encima del valor y “0” por debajo). Se controla también la tensión que alimenta la máquina así que la alarma también salta cuando detecta que hay un valor mínimo. Construir la función que debe activar la alarma sabiendo que: (1 punto) Temperatura = T Intensidad = I Presión = P Tensión = V TP 00 1 1 1 0
00 01 11 10
VI
01 1 1 1 1
11 1 1 1 1
10 1 1 1 1
El mapa de Karnaugh está lleno de 1 excepto por una casilla que contiene un 0. Alarma = ̅ + I + T + P La alarma suena cuando la temperatura o la presión o la intensidad están por encima o cuando la tensión está por debajo.
7.
Se desea controlar un termostato mediante tres interruptores conmutados, de forma que cuando se presione cualquiera de ellos se pueda encender o apagar. Encontrar la función que gobierne este sistema. (1 punto)
Para poder desarrollar este problema se parten de unos supuestos de partida. En este caso se supone que todos los interruptores en la posición 0 harán que el termostato esté apagado, si uno de ellos pasa a la posición 1 se enciende, si hay dos en posición 1 se apaga, y si están los 3 encendidos el termostato permanecerá encendido. c 0 0 0 0 1 1 1 1
b 0 0 1 1 0 0 1 1
̅ ̅ ̅
a 0 1 0 1 0 1 0 1
̅
S 0 1 1 1 0 0 0 1
̅ ̅
123
Anexo XXXIX- Soluci贸n 8.
Un circuito digital con dos entradas A y C recibe por A una onda cuadrada. (1 punto)
a) C=1 pasa A C=0 no pasa A
S=A.C
b) C=0 salida A= entrada A C=1 A invertida
124
UNIDAD DIDÁCTICA ELECTRÓNICA
Anexo XL
Actividad de investigación OBJETIVO Ampliar los conocimientos sobre la electrónica digital y analógica aplicada a los hogares. DESARROLLO ACTIVIDAD
DE
Durante muchos años se utilizó en España la televisión analógica. ¿Por qué se digitalizó? Razona tu respuesta.
LA
Completar el ejercicio propuesto en la ficha respondiendo y razonando la respuesta. Puedes ayudarte mediante la búsqueda en internet [1]. [1]
MATERIALES Ficha
[1] Televisión digital terrestre. Obtenido de Televisión digital en: http://www.televisiondigital.es/Terrestre/Paginas/Index.aspx
125
126
Anexo XLII
1. The marker Markers are used for storing results. Markers process internally signals as intermediate results as part of a network consisting of different basic operations. Hereby complex networks can be subdivided into smaller segments.
1.1 The RS memory operation By a short time “1”-signal (impulse) at input E1 output A is set on “1”-signal. A further short time “1”-signal at input E2 sets output A back to “0”.
127
Anexo XLII
Open the program Crocodile Clips and make the next circuit. It will help you to understand the concepts studied previously in Creative Innovations project.
Activity What`s a latch?, How does it work?
128
Anexo XLIII
The advantages and disadvantages of electronics in schools The advantages of electronics in school is that it’s convenient to carry students would have information right away. Their notes would be organized. Would boost their enthusiasm for learning and kids could become creative. Disadvantages would be using them in a wrong way instead of benefiting from them. It might get stolen or broken and that would be cost effective and devastating especially if students have been working on something and suddenly it’s lost. Seen that and been there. And it could distract some students rather in focusing on what it’s being taught in class. Now that Noble County is offering laptops, ipads and ipods to schools, Allen County is also considering giving laptops to middle school students. But there are multiple concerns rising. Some parents are bothered by the idea of having laptops in classrooms. Some science teachers are worried that textbooks for high school won’t be bought. It might have an effect on high school students since the idea will be introduced to middle school students and not high school students. A meeting was held to discuss the plan, matters of laptop prices and textbooks. The question now and debate which hits those parents in communities that are introducing laptops, ipads and ipods to students in school is; “should laptops be banned in classrooms and whether they are beneficial or distracting to students?” It’s certainly a thought that parents will come across. The following is a link http://www.helium.com/debates/180273-isthe-use-of-laptops-in-the-classroom-beneficial-or-a-distraction that shows you articles on the debate.
CLASS DISCUSSION: WHAT DO YOU THINK ABOUT THIS?
Source: Examiner.com http://www.examiner.com/article/the-advantages-and-disadvantages-of-electronics-schools
129
130
Anexo XLIV
- Tecnología y sociedad
Grafeno. El material del futuro. El mundo de la tecnología avanza día a día sin pausa buscando nuevos componentes más asequibles y presentes en el planeta, para desarrollar nuevos productos. En el año 2004 se identificó este material que consistía en una capa de átomos de carbono, que le daban la cualidad de ser el material más fino jamás creado. En el año 2007, se produjo un aumento notable de las patentes relacionadas con el grafeno, y los gigantes de la industria electrónica incrementaron exponencialmente las inversiones en el estudio de las aplicaciones de este material. La fama llega en el año 2010, cuando los investigadores, de origen ruso, Andre Geim y Konstantin Novoselov, recibieron el premio Nobel de física por sus estudios con el grafeno, donde detallaban que les era casi imposible enumerar las aplicaciones potenciales del material por la cantidad de ellas que existe.
Entre las aplicaciones más innovadoras en el mundo gadget, cabe destacar la posibilidad de desarrollar pantallas flexibles y transparentes y el desarrollo de nuevas baterías ultrarrápidas. El grafeno está formado por átomos de carbono. Se encuentra en los lápices que se utilizan para escribir y también está presente en los diamantes. El grafito es una de las formas más comunes en las que se encuentra, consiste en un apilamiento de láminas de carbono de un solo átomo de espesor, en las que dichos átomos se encuentran dispuestos siguiendo una estructura hexagonal. El hecho es que la estructura es magnífica: el grafeno es el primer material cristalino en dos dimensiones y presenta propiedades únicas que lo hacen interesante tanto para la Ciencia básica como para multitud de aplicaciones. Así, entre otras propiedades fascinantes, es el material más resistente conocido, al mismo tiempo que es flexible como la goma, es transparente, conduce la electricidad mejor que el silicio, conduce el calor mejor que el cobre, resiste el calor mejor que el diamante y permite experimentos físicos que, de otro modo, precisarían de aceleradores de partículas de kilómetros de longitud.
131
Por otro lado, su fabricación es extraordinariamente barata y cualquier laboratorio puede obtenerlo, ya que el carbono es un material ampliamente conocido. En 2008, el grafeno producido por exfoliación era uno de los materiales más caros sobre la Tierra: una muestra de tamaño similar a la sección transversal de un cabello humano costaba más de 800 € (alrededor de 80 millones de € cada cm2) [4]. Desde entonces, los procedimientos de exfoliación se han ampliado a escalado industrial y hoy día las compañías venden grafeno por toneladas [5]. Por otro lado, el precio del grafeno epitexial sobre sustrato de carburo de silicio (SiC) viene determinado por el precio del sustrato, que era de 80 €/cm2, aproximadamente, en 2009. Por tanto, en un período de tiempo de sólo un año el cm2 ha pasado de 80 M€ a 80 €. Incluso se ha conseguido hoy día grafeno a más bajo coste a partir de níquel, tal y como describen recientemente científicos coreanos [6] a partir de obleas de hasta 80 cm [7]. Así, hoy en día, a pesar de que el término grafeno puede no significar demasiado para el ciudadano de a pie, los expertos creen firmemente que sus extraordinarias propiedades mecánicas y eléctricas influirán en las generaciones venideras como lo hicieran la televisión, la bomba atómica y el chip de silicio décadas después de que los científicos que los estudiaron recibieran el Premio Nobel. La conductividad térmica del grafeno se ha medido, y se encuentra en un valor de, aproximadamente, 5000 Wm-1K-1. El cobre presenta un valor de 400 Wm-1K-1 a temperatura ambiente. Por tanto, el grafeno conduce 100 veces mejor el calor que el cobre. Con una conductividad eléctrica 100 veces mayor que la del silicio y una conductividad térmica extraordinaria que hace que no desprenda calor, el grafeno podría cambiar la industria de la electrónica. Los circuitos de los ordenadores personales hechos de grafeno podrían alojar un número de transistores órdenes de magnitud mayor que hoy día en el mismo espacio. Además, gracias a la habilidad de disipar calor, los procesadores de grafeno serían de un tamaño incluso menor que el de los actuales chips de silicio. Lo mejor está, pues, aún por venir. De hecho, el gigante IBM está ya fabricando prototipos de transistores de grafeno. Se ha comprobado que estos dispositivos trabajan a una frecuencia de 100 GHz, esto es, 10 veces superior a la de los transistores actuales. Esto convierte al grafeno en el candidato idóneo para reemplazar al silicio. Ya se habla de que el "Valle del Silicio" (Sillicon Valley) debería ir actualizando su nombre a "Valle del Grafeno". Vídeo. El grafeno, el material del futuro.
132
Referencias: [1] Carbon Wonderland". Scientific American. April 2008. http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=carbon-wonderland. Retrieved 2009-05-05. [2] Segal, M. (2009). "Selling graphene by the ton". Nature Nanotechnology 4 (10): 612. doi:10.1038/nnano.2009.279. [3] Patel, P.. "Bigger, Stretchier Graphene", Technology Review, MIT, 2009-01-15. [4] Bae, S. et al. (2010). "Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes". Nature nanotechnology 5 (8): 574–8. doi:10.1038/nnano.2010.132. [5] López Esteban, S. Ministerio de Educación, Cultura y Deporte 2011. Grafeno: ¿el inminente impacto sobre nuestra vida cotidiana? http://recursostic.educacion.es/observatorio/web/es/cajon-de-sastre/38-cajon-de-sastre/965-grafeno-iel-inminente-impacto-sobre-nuestra-vidacotidiana
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