TRABAJO PRÁCTICAS DE LABORATORIO
Integrantes: Ingrith Vanessa Blanco, Código: 1049620096 Liliana Andrea Rincón, Código: 1033764222 Henry Leonardo López Mora, Código: 1049629310
Tutor: Luis Alberto Ramírez
Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Curso de Física Electrónica Mayo 28 de 2016
INTRODUCCIÓN
Mediante la implementación práctica de las unidades estudiadas, comprendemos de manera real y directa los conceptos estudiados. En la primera parte hacemos referencia a los fundamentos de la electricidad, magnitudes y medidas, a través de recursos como elementos de medición, y en general herramientas básicas en electrónica. Para la segunda práctica, disponemos de la teoría estudiada como es la ley de ohm, circuitos serie, paralelo y mixtos. Para ello utilizamos como elementos básicos, las resistencias sus tipos, leds para implementar los diferentes tipos de circuito y sus implicaciones en la potencia, corriente, resistencias y voltajes. Fundamentos de semiconductores es el objeto de la tercera práctica, cual es la importancia en el mundo actual, su comportamiento y aplicación en función de las necesidades electrónicas que conllevan a innovar y desarrollar dispositivos para el desarrollo de nuestra sociedad. Así mismo utilizamos recursos tecnológicos como software simulador, que nos ayudan a experimentar y analizar la variedad de opciones que se pueden presentar en un diseño de manera inmediata y confiable, prescindiendo de comprar o utilizar elementos electrónicos físicos.
OBJETIVOS General: Entender el funcionamiento de los circuitos electrónicos, sus componentes y las diferentes formas en la que se pueden conectar y saber por qué y cuáles son los resultados de conectarlos de esta forma, una vez entendido este se presentan las formulas de la ley de ohm y se explican otras características como el voltaje, corriente, potencia etc. De esta misma forma se explican los circuitos integrados, de que se conforman, como funcionan, como se conectan, de esta forma los conectamos dentro de los circuitos electrónicos para usos complejos como contadores. Específicos: Construir un circuito en serie Construir un circuito en paralelo Construir un circuito con una fotocelda y un led Construir un circuito con el uso de una fotocelda y un opto acoplador
DESARROLLO PRACTICA LABORATORIO 1. – NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD, RECONOCIMIENTO DE MAGNITUDES Y MEDIDAS. 1. Identifique los dispositivos electrónicos y el equipo de laboratorio que usará en la práctica. En el desarrollo de la práctica se utilizaron diferentes equipos, entre ellos: Resistencias, multímetros, cables, protoboard y fuente de poder. Las resistencia usada era de 220 Ω +- 5% cuyo código de colores era rojo, rojo, marrón, dorado. En el multímetro se observó que se tenía una perilla giratoria que permitía cambiar entre los diferentes modos de medición del aparato entre amperaje, voltaje, resistencia y en algunos modelos se observó que permitían calcular temperaturas y probar diodos.
El protoboard que se usó en la experiencia tenía conexiones internas entre bloques de cinco agujeros y unas líneas horizonzales largas de 35 agujeros para manejar alimentación, presentaba aproximadamente la siguiente interconexión interna:
La fuente de poder que se utilizó en la experiencia era regulada de voltaje continuo y se podían variar los valores de su potencia de energía hasta 15V, se puede apreciar:
2. Identifique el funcionamiento del multímetro, determine la forma correcta de medir voltaje, corriente y resistencia, tenga en cuenta e tipo de multímetro identificado las escalas y posición de acuerdo al tipo de medida. a) ¿Qué representa la medida de continuidad en un conductor y de que formas puedo tomarla haciendo uso del multímetro?: Esta medida se realiza con los circuitos bajo prueba libres de tensión. Se recomienda realizarlo con una fuente de tensión, de 4 V a 24 V en vacío, en corriente continua o alterna y que sea capaz de suministrar una corriente mínima de 200 mA. Para medir la continuidad: Se selecciona la escala de doscientos ohmios en el multímetro. Se coloca las puntas del multímetro a cada una de las puntas del cable, no importa en qué orden. Si el cable está bueno, leerá cero o un valor cercano a cero ohmios. Ejemplo: 0.06 ohmios.
b) ¿Qué sucede si mido el voltaje AC en la escala DC del multímetro?, realice la medida del voltaje entregado por la toma de alimentación en la escala adecuada. No pasa nada, marca 0. Ya que no haya una semionda. Por lo cual no marca nada. c) ¿Es necesario que un equipo esté encendido para poder realizar la medida del voltaje de StandBy? No, la tecnología ON NOW, permite configurar en modo de ahorro de energía, los componentes están apagados, y no consumen energía. Permite reiniciar el equipo. Ya que es un pequeño suministro de energía suficiente para hacer funcionar el sistema de encendido. Aclarando que este debe estar conectado al enchufe, ya sea de 127Vca o 220vc.
d) ¿Qué función cumple la tierra en un circuito? La tierra se considera como referencia 0, ayuda o nos permite determinar el voltaje de salida, la diferencia de potencial es la diferencia entre el polo positivo y el polo negativo. Si conectamos un circuito a una fuente de 3V y el polo negativo de un dispositivo su diferencia es 3-0= 3V. Los voltajes para el conector moles es: de 12 y 5 en los extremos y en el centro las masas. Se utilizan para algunos discos duros y otros dispositivos. Los voltajes para el ATX de 24 pines: encontramos 4 salidas de 3.3V, 5 salidas de 5V, 3 salidas de 12V. e) ¿Qué tipo de voltaje mido a la salida de la fuente de alimentación y por qué razón hay diferentes valores del mismo? El voltaje de salida de la fuente es corriente continua. Los diferentes componentes que existen en un PC, requieren un determinado voltaje, la placa principal requiere 3V, la mayoría de los circuitos lógicos requieren 5V, los ventiladores, discos duros, CDROM. DVD, motores, requieren 12V. f) ¿Podemos afirmar que la fuente de alimentación de un PC es dual? ¿qué implica esto? Básicamente produce corrientes positivas y negativas para los diseños lógicos que están en los circuitos integrados.
g) ¿Qué dispositivos integraría en el computador para alimentarlos con este tipo de fuente de alimentación? Amplificadores, control remoto. Unidades ópticas. 3. Realice el montaje del siguiente circuito:
Un circuito serie es aquel en el que todos sus componentes están conectados de forma tal que sólo hay un camino para la circulación de la corriente eléctrica.
Compare el comportamiento de las lámparas L1, L2 y L3 al hacer la conexión de la siguiente forma: h) ¿Qué ocurre si cambio una de las lámparas anteriores por un cable?
Desarrollo: Sigue pasando voltaje o hay continuidad de corriente, por lo que las otras dos prenden.
i)
¿Cúal de los dos circuitos (a) o (b) está adecuadamente conectado? ¿Cúal es la razón por la cual es correcto o no el circuito? ¿Qué pasaría al implementar el circuito que no es correcto?
El circuito que esta adecuadamente conectado es el b, ya que las resistencias perciben la corriente en paralelo. En el circuito a, se produce corto circuito, ya que en el primer momento la fase y el negativo se encuentran de manera directa y no es absorbido por ningún dispositivo o resistencia. Implemente el circuito que está diseñado adecuadamente. j) Establezca las características de un circuito serie y paralelo. EN PARALELO: Corriente que viene en la línea, se divide y se difurca en las líneas de modo que en la resistencia de menor ohmiage, tendrá mayor corriente Diferencia de potencial es el mismo en los elementos conectados Resistencia se calcula como la inversa de la suma de las inversas. EN SERIE: Corriente es la misma en todo el conductor Diferencia de potencial entre los bornes de los elementos conectados no es el mismo en la resistencia de mayor valor, tendrá una caída de potencial mayor. Resistencia equivalente es la suma de las resistencias. Realice el montaje del siguiente circuito:
Desarrollo:
k) ¿Qué diferencia se observa en este último circuito con respecto a los dos anteriores y a que se deben dichas diferencias? Es un circuito mixto, dos resistencias son codependientes, por lo que si falla una la otra también falla, mientras que la que está en paralelo depende de la fuente.
PRACTICA NO. 2 – LEY DE OHM, CIRCUITOS SERIE Y PARALELO.
Partiendo del circuito anterior, diseñe un divisor de voltaje donde una de las resistencias sea fija y la otra sea una fotorresistencia y al estar alimentado con 5V, si está de noche encienda un LED conectado al voltaje de salida y si es de día éste permanezca apagado. Tenga en cuenta que debe definir si usará el circuito (a) o (b) de acuerdo a las condiciones de diseño. a) Determine la posición del LED. La posición correcta del led es la de la figura a, la función de la resistencia fija hace de calibrador del circuito y la resistencia variable o foto resistor asume el voltaje requerido para encender. b) Mida el valor de la fotorresistencia en condiciones de luz y oscuridad y determine el valor al que debe ajustarse el potenciómetro. Para que el led que funciona a 5V, asuma este valor es necesario ajustar la fotorresistencia cerca de los 1000K.
c) Mida la corriente en el circuito teniendo en cuenta condiciones extremas de luz u oscuridad. Corriente mĂĄxima. Se toma el valor mĂĄs bajo, para este caso: -
Resistencias en serie: Rt = R1 + R2 Rt = 1000 + 120 = 1120
-
đ??śđ?‘œđ?‘&#x;đ?‘&#x;đ?‘–đ?‘’đ?‘›đ?‘Ąđ?‘’ đ?‘ƒ =
� �
=
5 1120
= 4.4 đ?‘šđ??´
d) Adjunte evidencia del funcionamiento del circuito. e) Condiciones de luz dia Variando la resistencia R1 hasta llegar al lĂmite del voltaje. R1 120 4.464 V DC V
+ V1 5V R2 1k
R1 1000k 4.995mV DC V
+ V1 5V R2 1k
El voltaje que le deberĂa llegar al led debe ser pequeĂąo puesto que se estĂĄ de dĂa, y en este caso estĂĄ llegando a 4.9V, cerca al voltaje requerido para el led por lo que se prenderĂa. No existirĂa mucha divisiĂłn de voltaje para las resistencias. Determina que para las condiciones del problema la fotorresistencia no puede ir en la posiciĂłn R1.
f) Condiciones Nocturnas. Asumimos los valores anteriores para la resistencia R2.
R1 1K 4.995 V DC V
+ V1 5V R2 1000k
Para las condiciones del problema planteado, cumple que para horario nocturno la fotorresistencia ideal es de 1000K, que es la que nos produce un voltaje cercano a 5V del LED. g) Corriente mรกxima
4.464mA DC A
R1 1000
Desarrollo:
535.7mV DC V
+ V1 5V R2 120
PRACTICA NO. 3 – FUNDAMENTOS DE SEMICONDUCTORES
Donde los pines que va a utilizar son los correspondientes a USB Vcc y USB Ground. a) Verifique el voltaje entregado por el puerto USB haciendo uso de una fuente de alimentación como un cargador de celular para simular el puerto del PC. b) Conecte el circuito a una fuente de alimentación de 5V (puede ser el cargador de un celular) y verifique su funcionamiento. c) Por qué razón es necesario controlar la corriente entregada por el puerto USB. d) Este tipo de circuitos podrían llegar a generar un daño en el PC, explique cómo. Control de apertura de persiana controlada por una fotorresistencia Diseñe un circuito, que haciendo uso de una fotocelda, permita abrir la persiana de una ventana con el accionar de un motor. Tenga en cuenta que la única condición es abrir la persiana, por lo que puede ser cerrada manualmente. Se sugiere el siguiente diagrama de bloques:
MATERIALES
e) Realice el montaje del circuito optoacoplador y verifique su funcionamiento.
f) ¿Qué elementos componen al opto acoplador y qué función cumplen? Un opto acoplador es un componente electrónico que se utiliza como transmisor y receptor óptico (de luz), es decir pueden transmitir de un punto a otro una señal eléctrica sin necesidad de conexión física ni cables (por el aire), mediante una señal luminosa. Por eso también se llaman Opto Interruptor. Tiene una salida de luz (LED) y una entrada de luz, que detecta cuando recibe la luz del LED, cuando esta rebota contra alguna superficie (fotodetector). Como ves es similar al transistor, pero en lugar de corriente con luz. Cuando le llega una señal eléctrica a los dos extremos del LED (emisor) este emite una señal luminosa, que recibe el receptor o detector. Este al recibir esta señal luminosa genera en sus bornes (patillas) una tensión eléctrica, que será la tensión de salida. Como vemos cuando le llega una tensión a la entrada se genera una luz y al recibirla el detector este genera una tensión de salida. Es como un interruptor. Si no llega luz al detector el interruptor estará abierto, si le llega luz del led el interruptor sería cerrado. Función: La aplicación principal es en aislamiento entre los circuitos de control y los de potencia. Esto evita que la parte de trabajo (la del led) no tenga casi riesgos para el que opera en ella, al no tener que trabajar con la parte de alta tensión o intensidad, que estaría separada. Otro uso muy común en educación es en coches seguidores de luz.
g) ¿Cómo puedo conectar un pequeño motor a la salida del opto acoplador? Se debe agregar un transistor debido a que el optoacoplador no entrega la suficiente potencia que necesita el motor, de esta forma una vez halla flujo de electricidad por el optoacoplador el transistor amplificara la señal y el motor podrá tener la suficiente potencia para funcionar.
h) ¿Qué diferencia hay entre un pulsador NA y uno NC? Un pulsador es un interruptor o switch cuya función es permitir o interrumpir el paso de la corriente eléctrica, a diferencia de un switch común, un pulsador solo realiza su trabajo mientras lo tengas presionado. NA: Cuando se presiona permite el paso, generalmente se usa para enviar pulsos o para activar algo. NC: Se abre mientras se presione es decir no permite el paso de la corriente. i) ¿Podría emplear un pulsador para controlar la apertura de la persiana? Se puede independizar un pulsador, entre el motor y el optocoplador, para tomar control de la persiana. j) Implemente el circuito de control de apertura de la persiana.
k) ¿Cómo se detendría el motor al finalizar la apertura de la persiana? Se puede utilizar un sensor de fin de carrera, que detecta el momento en que el movimiento llega a 0, o se vuelve estático. l) Integre todos los componentes del circuito y muestre el funcionamiento del sistema.
PRACTICA NO. 4 – ELECTRÓNICA DIGITAL (CIRCUITOS COMBINACIONALES Y SECUENCIALES). 1.
En una empresa se tiene un mecanismo de comunicación en el cual hay 4 áreas donde a ciertas horas del día se enciende un LED indicando que se va a reportar una de las áreas. Este reporte consiste en un led y una señal auditiva, donde el LED indica que el área seleccionada se va a reportar y la señal auditiva que se ha concluido la meta establecida para ese momento, si sólo se enciende el LED y la señal Auditiva no se activa es porque aún tienen tareas pendientes.
Realice el diseño de la solución.
a. ¿Qué tipo de circuito permitirá cumplir con los requerimientos de diseño? Circuito de compuertas lógicas, principalmente AND, OR.
b. ¿Cómo se puede implementar el selector de área? El selector de área se puede implementar con switch, que hace llamado al área requerida. c. ¿Qué tipo de multiplexor puede emplear en el circuito? El circuito que permitiría la simplificación del diseño seria utilizando un Multiplexor de 8 entradas y dos salidas para la señal visual (LED) y la señal auditiva (Parlante), lo cual ayuda a reducir el diagrama en un simple circuito integrado compuesta de las compuertas and y Xor para las funciones que corresponden al ejercicio. d. Realice la implementación de la solución de acuerdo al diagrama de bloques presentando en la siguiente figura.
2. Haciendo uso del 555 y eligiendo el tipo de circuito adecuado, diseñe un contador síncrono que avance cada 2 segundos hasta llegar a 9 y al llegar a 5 debe enviar un pulso que hará avanzar otro contador si se tiene habilitado el interruptor de avance. Tenga en cuenta el siguiente diagrama de bloques para el diseño.
e. Evidencie el proceso de diseño del contador. Y explique el porqué del diseño empleado. El temporizador de 2 segundos se realizó de la siguiente manera:
Donde el valor de R1 es de 18 K Ohm, R2 de 147 K Ohm y C de 10 uF para obtener un tiempo de 2 segundos. Luego para habilitar el siguiente contador se realizó la tabla de verdad y mapas de Karnaugth para obtener el siguiente circuito.
El habilitador de conteo se realiza con un interruptor y con una compuerta AND cuando se cumplen las dos condiciones (el contador llego 5 y el interruptor de activación), se incremente el siguiente contador.
f. ¿Qué contador puedo usar para el diseño (referencia y modo de funcionamiento)?
Contador 7447: es un decodificador display de 7 segmentos y sirve para mandar pulsos al visualizador es el que ase formar números como de un reloj digital siguiendo el código binario este es de ánodo común a diferencia del 48 que es de cátodo. Contador 75LS90: Este circuito integrado consta de 2 contadores independientes uno de 1 bit y otro de 3 bits, utilizando los dos contadores internos podemos hacer que cuente de 0 a 9 aunque configurando los pines 2,3,6 y 7 con las salidas podemos hacer que no solo cuente en sistema decimal. g. Evidencie el proceso de diseño del habilitador de conteo.
El uso que se le puede dar a este circuito puede ser como un contador en el cual el usuario desea hacer cuantas de 5. También como divisor de frecuencias.
CONCLUSIONES Como resultados utilizamos el voltímetro con el cual se hicieron mediciones de voltaje, amperaje, flujo de continuidad y resistencia, de esta forma se entiende el cómo y dónde se utiliza para realizar las respectivas mediciones, teniendo en cuenta los valores teóricos. También se entendió el concepto de los circuitos en paralelo y en serie, y paralelo y para finalizar el uso de circuitos mixtos y potenciómetros y el funcionamiento de cada uno dentro del circuito y como se pueden usar para cada tarea destinada en la práctica. Para la segunda practica se realizaron dos circuitos, el primero es un circuito con una fotocelda y un led donde se entiende el uso de los diodos emisores de luz y las fotoceldas y su uso dentro de circuito que hacen encender un bombillo durante la noche y la apagan en el dia, también se realiza un ejercicio con el uso de un opto acoplador donde se explica su función y como se usa, de la misma forma se implementa dentro de un circuito para que una vez halla flujo de un lado permita el flujo del otro lado.
BIBLIOGRAFÍA
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