UNIVERSIDAD RAFAEL LANDIVAR
FACULTAD DE INGENIERÍA
SECCIÓN 1
PROYECTO
(LUZ AUTOMATICA)
Del Cid Barrientos, Dennis José Carné: 11316-99
Gladys Iveth Bojorquez Bojorquez Carné: 10132-00
Lopez Gudiel, Gerardo Raul Carné: 12167-99
Palacios Schlesinger, Jose Fernando Carné: 20656-99
Yurrita Morales, Astrid Lorena Carné: 10408-99
INTRODUCCIÓN
La
electrónica es un campo de la ingeniería y de la física aplicada al diseño y la
aplicación de dispositivos, por lo general a circuitos electrónicos, cuyo
funcionamiento depende del flujo de electrones para la generación, transmisión,
recepción y almacenamiento de información. Esta información puede consistir en
voz o música (señales de voz) en un receptor de radio, en una imagen en una
pantalla de televisión, o en números u otros datos en un ordenador o
computadora.
Los circuitos
electrónicos ofrecen diferentes funciones para procesar esta información,
incluyendo la amplificación de señales débiles hasta un nivel utilizable, la
generación de ondas de radio, la extracción de información, como por ejemplo la
recuperación de la señal de sonido de una onda de radio (demodulación); el control,
como en el caso de la superposición de una señal de sonido a ondas de radio
(modulación), y operaciones lógicas, como los procesos electrónicos que tienen
lugar en las computadoras.
El desarrollo de los circuitos
integrados ha revolucionado los campos de las comunicaciones, la gestión de la
información y la informática. Los circuitos integrados han permitido reducir el
tamaño de los dispositivos con el consiguiente descenso de los costes de
fabricación y de mantenimiento de los sistemas. Al mismo tiempo, ofrecen mayor
velocidad y fiabilidad. Los relojes digitales, las computadoras portátiles y
los juegos electrónicos son sistemas basados en microprocesadores. Otro avance
importante es la digitalización de las señales de sonido, proceso en el cual la
frecuencia y la amplitud de una señal de sonido se codifica digitalmente
mediante técnicas de muestreo adecuadas, es decir, técnicas para medir la
amplitud de la señal a intervalos muy cortos. La música grabada de forma
digital, como la de los discos compactos, se caracteriza por una fidelidad que
no era posible alcanzar con los métodos de grabación directa.
La electrónica médica a llegado
hasta a sistemas que pueden diferenciar aún más los órganos del cuerpo humano.
Se han desarrollado asimismo dispositivos que permiten ver los vasos sanguíneos
y el sistema respiratorio. También la alta definición promete sustituir a
numerosos procesos fotográficos al eliminar la necesidad de utilizar plata.
La investigación actual dirigida a aumentar la velocidad y
capacidad de las computadoras se centra sobre todo en la mejora de la
tecnología de los circuitos integrados y en el desarrollo de componentes de
conmutación aún más rápidos. Se han construido circuitos integrados a gran
escala que contienen varios centenares de miles de componentes en un solo chip.
Han llegado a fabricarse computadoras que alcanzan altísimas velocidades en las
cuales los semiconductores son reemplazados por circuitos superconductores que
utilizan las uniones de Josephson y que funcionan a temperaturas cercanas al
cero absoluto.
OBJETIVOS
-
Comprobar los planteamientos teóricos sobre circuitos
electrónicos mediante la experimentación.
- Desarrollar habilidades que lleven a
identificar el funcionamiento de circuitos electrónicos analógicos basados en
su diagrama circuital.
- Diseñar y construir circuitos electrónicos que cumplan con determinadas
condiciones de funcionamiento, haciendo uso de conocimiento adquirido.
- Hacer uso con la aplicación y operación de los instrumentos de medida
disponibles, con el fín de visualizar y/o cuantificar los efectos físicos en un
circuito electrónico.
- Desarrolar habilidades analíticas y manuales para operar, probar y/o
modificar circuitos electrónicos.
ANTECEDENTES
HISTORICOS
La introducción de los tubos de vacío a comienzos
del siglo XX propició el rápido crecimiento de la electrónica moderna. Con
estos dispositivos se hizo posible la manipulación de señales, algo que no
podía realizarse en los antiguos circuitos telegráficos y telefónicos, ni con
los primeros transmisores que utilizaban chispas de alta tensión para generar
ondas de radio. Por ejemplo, con los tubos de vacío pudieron amplificarse las
señales de radio y de sonido débiles, y además podían superponerse señales de
sonido a las ondas de radio. El desarrollo de una amplia variedad de tubos,
diseñados para funciones especializadas, posibilitó el rápido avance de la
tecnología de comunicación radial antes de la II Guerra Mundial, y el
desarrollo de las primeras computadoras, durante la guerra y poco después de
ella.
Hoy día, el transistor, inventado en 1948, ha reemplazado
casi completamente al tubo de vacío en la mayoría de sus aplicaciones. Al
incorporar un conjunto de materiales semiconductores y contactos eléctricos, el
transistor permite las mismas funciones que el tubo de vacío, pero con un
coste, peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad. Los progresos
subsiguientes en la tecnología de semiconductores, atribuible en parte a la
intensidad de las investigaciones asociadas con la iniciativa de exploración
del espacio, llevó al desarrollo, en la década de 1970, del circuito integrado.
Estos dispositivos pueden contener centenares de miles de transistores en un
pequeño trozo de material, permitiendo la construcción de circuitos
electrónicos complejos, como los de los microordenadores o microcomputadoras,
equipos de sonido y vídeo, y satélites de comunicaciones.
MARCO
TEORICO
El diodo de potencia
Uno de los
dispositivos más importantes de los circuitos de potencia son los diodos,
aunque tienen, entre otras, las siguientes limitaciones : son dispositivos
unidireccionales, no pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de
conducción. El único procedimiento de control es invertir el voltaje entre
ánodo y cátodo.
Los diodos de
potencia se caracterizan porque en estado de conducción, deben ser capaces de
soportar una alta intensidad con una pequeña caída de tensión. En sentido
inverso, deben ser capaces de soportar una fuerte tensión negativa de ánodo con
una pequeña intensidad de fugas.

El diodo responde a la ecuación:
![]()
La curva característica será la que se puede ver en la parte superior, donde:
VRRM:
tensión inversa máxima
VD: tensión de codo.
A
continuación vamos a ir viendo las características más importantes del diodo,
las cuales podemos agrupar de la siguiente forma:

Los distintos modelos del diodo en su
región directa (modelos estáticos) se representan en la figura superior. Estos
modelos facilitan los cálculos a realizar, para lo cual debemos escoger el
modelo adecuado según el nivel de precisión que necesitemos.
Estos modelos se suelen emplear para cálculos a mano, reservando modelos más complejos para programas de simulación como PSPICE. Dichos modelos suelen ser proporcionados por el fabricante, e incluso pueden venir ya en las librerías del programa.

Es un circuito integrado bastante popular,
clasificado como de aplicación específica. Su mayor aplicación es como
temporizador, generador de señales, modulación ...
El primer modelo apareció en 1971,
fabricado por Signetics Corporation como SE555/NE555 con tecnología TTL,
posteriormente Motorola lo fabricó con tecnología CMOS con la denominación
MC1455. Al ser un componente que se hizo indispensable en muchos circuitos
otros fabricantes decidieron construirlo. Observa en la tabla siguiente los
fabricantes actuales de este circuito y la denominación característica de cada
uno.
|
Fabricante |
Denominación |
|
ECG Philips |
ECG 955M |
|
Exar |
XR-555 |
|
Fairchild |
NE555 |
|
Harris |
HA555 |
|
Intersil |
SE555/NE555 |
|
Lithic Systems |
LC555 |
|
Motorola |
MC1455/MC1555 |
|
National |
LM1455/LM555C |
|
NTE |
NTE955M |
|
Raytheon |
RM555/RC555 |
|
RCA |
CA555/CA555C |
|
|
SN52555/SN72555 |
La descripción de los pines de un 555 se refiere al de encapsulado DIP-8, el más común, aunque igualmente dicha disposición, también es válida para los SOIC-8.
PATILLA
1.- Masa(GND). En ella se
conecta el polo negativo de la fuente de alimentación.
PATILLA
2.- Entrada de disparo (Trigger).
Es la entrada del circuito. Por ella se introducen las señales para excitarlo.
PATILLA
3.- Salida (Output). Cuando
está activada proporciona una tensión aproximadamente igual a la de
alimentación.
PATILLA
4.- Reset. Permite la
interrupción del ciclo de trabajo. Cuando no se usa se conecta al positivo de
la alimentación.
PATILLA
5.- Tensión de Control (Control Voltage). Esta tensión debe ser 1/3 de la de alimentación. Cuando no se
usa, se debe conectar un condensador de 10nF entre este y tierra.
PATILLA 6.- Umbral
(Threshold). Esta
tensión debe ser 2/3 de la de alimentación. Permite finalizar el ciclo de
trabajo.
PATILLA
7.- Descarga (Discharge).
En este pin se conecta el condensador exterior que fija la duración de la
temporización.
PATILLA 8.-
Alimentación (V+ o Vcc).
Conexión de la alimentación de 4,5 a 16v, respecto de masa.
|
|
|
|
Encapsulado
DIP-8 del 555 |
Esquema
de bloques interno del circuito integrado |
Quizás la aplicación más popular de
este circuito integrado sea la de temporizador ya que según su diseño se pueden
controlar desde microsegundos hasta horas, pero tiene más aplicaciones y todas
ellas muy importantes: oscilador, divisor de frecuencia, modulador de
frecuencia, generador de señales...
Tipos de relés
Un relé es un sistema mediante el cuál se puede controlar una potencia mucho mayor con un consumo en potencia muy reducido.
Tipos de relés:
Relés
electromecánicos:
A) Convencionales.
B) Polarizados.
C) Reed inversores.
Relés híbridos.
Relés de estado
sólido.
Estructura de un
relé

En general, podemos distinguir en el esquema general de un relé los siguientes
bloques:
Circuito de
entrada, control o excitación.
Circuito de
acoplamiento.
Circuito de salida,
carga o maniobra, constituido por:
-
circuito excitador.
- dispositivo conmutador de frecuencia.
- protecciones.
Las
características generales de cualquier relé son:
-
El
aislamiento entre los terminales de entrada y de salida.
-
Adaptación
sencilla a la fuente de control.
-
Posibilidad
de soportar sobrecargas, tanto en el circuito de entrada como en el de salida.
Las dos posiciones
de trabajo en los bornes de salida de un relé se caracterizan por:
-
En estado
abierto, alta impedancia.
-
En estado cerrado, baja impedancia.
Para los relés de
estado sólido se pueden añadir :
-
Gran número
de conmutaciones y larga vida útil.
-
Conexión en
el paso de tensión por cero, desconexión en el paso de intensidad por cero.
-
Ausencia de
ruido mecánico de conmutación.
-
Escasa
potencia de mando, compatible con TTL y MOS.
-
insensibilidad
a las sacudidas y a los golpes.
-
Cerrado a las
influencias exteriores por un recubrimiento plástico.
Relés
electromecánicos
Están formados por una bobina y unos contactos los cuales pueden conmutar corriente continua o bien corriente alterna. Vamos a ver los diferentes tipos de relés electromecánicos.
Relés Polarizados
Llevan una pequeña
armadura, solidaria a un imán permanente. El extremo inferior puede girar
dentro de los polos de un electroimán y el otro lleva una cabeza de contacto.
Si se excita al electroimán, se mueve la armadura y cierra los contactos. Si la
polaridad es la opuesta girará en sentido contrario, abriendo los contactos ó
cerrando otro circuito( ó varios)

Capacitor
El primer dispositivo
utilizado para almacenar energía, en forma de carga eléctrica, fue la botella
de Leyend, que consistía en una botella de vidrio con agua, que liberaba la
carga almacenada mediante una descarga; más adelante se creó un capacitor de
placas paralelas, con laminas metálicas y como material aislante el aire.
Debido al material aislante las cargas no se pueden desplazar de un material conductor a otro, es así que se almacenan en las partes conductoras del capacitor y al ser conectado el dispositivo, se descargan por sus terminales.
El tipo de capacitor más sencillo es el
conformado por dos placas paralelas, como se observa en la figura (5.2.1); La
capacitancia es la propiedad de almacenar energía en forma de carga o campo
eléctrico, es proporcional a la constante dieléctrica del material entre las
placas y al área transversal del material conductor que conforman el capacitor,
e inversamente proporcional a la distancia que separa las partes conductoras.
Para esta configuración la capacitancia se puede definir como:

donde
e es la constante dieléctrica, también conocida como
permitividad del material, A es el área transversal del
material conductor y d la distancia que separa las
partes conductoras; según su definición, se establece que la capacitancia
depende de aspectos físicos del elemento.
PROCEDIMIENTO
Primeramente se
necesita un cautín de 40 W. máximo, estaño y lo que considere necesario.
Sobre la placa de
circuito impreso donde se va a ensamblar, se sugiere una perforada, para que se
distribuyan las piezas como uno lo considere.
1. Montar
primeramente la base del IC de 8 pines, soldarla convenientemente.
2. Montar el
relevo de forma que de el espacio necesario para ubicar los demás componentes.
3. Se puede ir
colocando los resistores y el capacitor de .22 mf.
4. El resistor
variable puede ser de los pequeños para montar directamente en la tableta.
5. La fotocelda como se indique anteriormente únicamente deberá ser soldados los cables (de preferencia delgados)
6. La fuente
puedes ensamblarla independientemente o en la misma tableta, pero deberás
comprar una mas grande.
7. El toma para la lámpara que se va a
manejar se puede colocar dentro de la caja del circuito.
Montaje de los circuitos
Para la realización de un montaje práctico
deberemos tener conocimiento acerca de algunos pasos a seguir y otros tantos
detalles que nos ayudarán a evitar la rotura de los componentes a montar, con
su correspondiente pérdida de dinero y tiempo.
Lo
primero que debemos saber es el orden en que desarrollaremos nuestro trabajo,
lo cual, una vez elegido el proyecto que vamos a realizar, deberemos estar
seguros de no realizar acciones que sean contraproducentes con el normal
desarrollo de nuestra tarea.
Comenzaremos con la construcción del
circuito impreso, esto lógicamente, luego de ya tener todos los elementos
necesarios para la construcción del mismo.
El primer paso para la realización de un
circuito es el diseño o dibujo sobre el papel de la interconexión, es decir, de
la disposición geométrica que han de tener los conductores o pistas que unirán
eléctricamente los diferentes componentes. Esta fase es de gran importancia y
requiere dedicarle todo el tiempo necesario ya que cualquier error que se
cometa se traducirá después en un problema que será difícil de eliminar sobre
el circuito ya terminado.
El diseño se realiza asignando los espacios
que ocuparán los componentes, teniendo en cuenta las dimensiones de los mismos.
Una vez realizado esto procederemos a dibujar las pistas de interconexión, con
la precaución lógica de que no pueden cruzarse. Si el circuito es monocara, los
cruces de conductores deberán realizarse mediante puentes de hilo situados en
la cara de montaje de componentes, en cambio si el circuito es doble cara, los
cruces se realizarán mediante pistas en la misma cara que en el anterior caso.
Con el diseño ya realizado procederemos a
obtener un negativo fotográfico a tamaño natural y en los circuitos momocara
cubriremos por la cara del cobre con una emulsión fotosensible y se sitúa sobre
ella el negativo con la imagen del diseño obtenido anteriormente, exponiendo
luego el circuito a la luz, para lo cual se emplean lámparas especiales de alta
luminosidad o directamente la luz solar. En esta fase se impresionarán
únicamente las zonas expuestas a la luz, del negativo, es decir, las pistas
conductoras.
A continuación se procederá al revelado,
durante el cual se eliminarán las zonas donde la emulsión fotográfica no haya
sido impresionada, quedando protegidas únicamente las vías conductoras.
Si no poseemos de un negativo fotográfico
podremos realizar la tarea a mano dibujando las pistas con tinta indeleble
directamente sobre la cara de cobre, esta acción no es la mejor ni la más
recomendable dado que no se alcanza el nivel de terminado que se logra
utilizando el negativo fotográfico, además deberemos tener cuidado de que la
tinta seque bien antes de continuar con el siguiente paso.
Después de completar el proceso fotográfico
(o manual) se somete al circuito a un ataque químico con el fin de
eliminar el cobre de las zonas no cubiertas, empleándose para ello una
disolución de cloruro férrico en agua.
Esta
tarea se realizará colocando el ácido en un recipiente plástico o de vidrio y
calentándolo a Baño María hasta que alcance la temperatura de 45ºC, colocándose
dentro la placa mediante la cual vamos a obtener nuestro circuito impreso.
Una vez obtenida la imagen deseada sobre el
laminado, habiendo desaparecido las zonas de cobre no útiles, procedemos a
eliminar la emulsión fotográfica de las pistas con un disolvente (si lo
realizamos con tinta indeleble limpiaremos las pistas con un algodón embebido
en alcohol), después se deja secar el circuito y se pasa a la fase de taladro
de todos los puntos donde se insertarán los terminales de los componentes.
Una vez que tenemos el circuito impreso ya
construido, deberemos proceder al montaje de los componentes, para esto es
necesario realizarles una preparación previa con el fin de facilitar su
inserción en el circuito como así también su posterior soldadura.
Esta preparación previa se realiza con
objeto de adaptar, lo mejor posible, la forma y dimensiones de cada componente
al espacio físico que va a disponer sobre el circuito. A dicha tarea la
denominaremos preformado de los componentes.
A partir del preformado nos podremos evitar
riesgos de roturas de terminales, cortocircuitos accidentales, y cualquier otro
problema que pueda surgir en un montaje cuando no tenemos en cuenta estas
precauciones.
Los componentes de dos terminales se pueden
clasificar en: componentes con terminales axiales y componentes con terminales
radiales. Los primeros presentan los terminales de salida situados sobre los
extremos del cuerpo y alineados con éste, formando una línea imaginaria que
pasaría por su centro geométrico, los segundos poseen sus terminales en forma
perpendicular al cuerpo en los extremos de éste.
Los elementos del segundo grupo no
necesitarán preformado si las perforaciones en el circuito impreso coinciden
con la separación entre los terminales, caso contrario será necesario realizar
un preformado. Los del primer grupo requieren que siempre se realice el
preformado.
Para realizar esta acción es necesario
conocer previamente a qué distancia deben doblarse los terminales para su
inserción en el circuito impreso, ello requiere realizar la medida de la
distancia entre las perforaciones para el montaje, pudiéndose realizar la misma
con un calibre o con una regla graduada en milímetros. Los componentes con terminales
axiales se montarán paralelos al circuito impreso y generalmente apoyados sobre
él, al realizar el preformado deberá procurarse que la referencia o valor del
componente que aparezca en el cuerpo quede visible para facilitar así una
rápida identificación después de su inserción en el circuito.
El doblado de los terminales se puede
realizar a mano o con algunas herramientas especiales para este trabajo.
Cuando se haga a mano se deberán tener
presente un conjunto de precauciones para evitar la rotura del componente:
-
El doblado se realizará con un alicate de puntas finas haciendo presión en el
punto de doblado teniendo especial cuidado en no hacerle fuerza al elemento en
sí, sino solamente sobre el terminal.
-
No se ejercerá fuerza sobre la zona de unión del cuerpo con el terminal, ya que
se podría desprender éste.
-
No deberá quedar el doblado en un exagerado ángulo recto, sino que se tratará
de dar una pequeña curvatura, evitándose así debilitar al alambre en ese punto.
-
Se tratará de tener una cierta estética en el montaje realizando el preformado
en forma simétrica con respecto al cuerpo.
-
Se deberá
dejar una pequeña porción de terminal entre el cuerpo y el punto de doblado.
Existe
una herramienta especial para realizar esta tarea denominada conformador de
componentes, en la que, una vez ajustada la distancia entre los dos puntos de
doblado, se realiza toda la operación en solo paso evitándose de esta manera
todos los riesgos mencionados con anterioridad.
Los componentes con terminales de salida
radiales se pueden montar directamente y presentan generalmente sus terminales
ya cortados a la longitud adecuada, sin embargo a veces es preciso realizar un
conformado, cuando la distancia entre sus salidas no coincide con la separación
entre los agujeros del circuito impreso. En este caso se procederá a medir la
distancia entre agujeros y realizar en forma manual el doblado de los
terminales a la distancia medida.
Es muy importante realizarles a los
componentes un estañado previo con el fin de facilitar su posterior soldadura,
y mas aún si las superficies a soldar se encuentran sucias o presentan algo de
óxido. Para realizar el estañado previo se podrá utilizar el soldador,
aplicando directamente con la punta del mismo una pequeña cantidad de estaño
que será distribuido uniformemente sobre el terminal, se deberá evitar que la
capa de estaño sea muy gruesa dado que esto dificultará la inserción del
componente en el circuito impreso.
Montaje de los alambres y cables:
El alambre "desnudo" o
"pelado" que se va a emplear para enlazar sobre el circuito impreso
los puntos que lo requieran, se cortará con alicate a la medida necesaria,
realizándoles un doblado en sus extremos de la misma forma que vimos para los
terminales de los componentes, obteniendo así los puentes aptos para su
montaje.
A los cables de conexión entre circuitos
impresos o entre éstos con los componentes situados fuera del mismo, deberemos
cortarlos a la longitud precisa, pelando luego sus extremos en una longitud de
4 o 5 mm con un alicate o tenaza de pelar.
Para
pelar un cable se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones:
-
El alicate deberá estar perfectamente ajustado al diámetro del conductor para
que únicamente se corte la cubierta y evitemos dañar a éste en forma
inadvertida.
-
No deberá quedar dañado el conductor en ningún punto, para evitar riesgos
posteriores de roturas.
-
Se evitará
dejar restos de la cubierta en la zona que hemos pelado, evitando así
posteriores problemas con la soldadura.
Para el tratamiento de los cables coaxiles,
una vez que se ha realizado el pelado de la cubierta externa, se separará la
malla trenzada que forma el conductor exterior, agrupando todos los hilos de
ésta en un punto y quedando al descubierto el conductor interno. Ahora se realizará
un segundo pelado sobre la cubierta del conductor interno, procurando dejar una
cierta longitud de cubierta que garantice el aislamiento del otro conductor.
En caso de tratarse de un cable paralelo de
dos conductores, primero los separaremos una distancia apropiada para luego
realizar las operaciones ya explicadas.
Cuando
se va a montar el circuito se debe tomar en cuenta la posición de los
componentes, es el caso de los capacitores electrolíticos, los cuales traen una
marca ya sea positiva(+) o negativa(-).
También
el IC 555, trae un punto el cual indica la posición del pín 1. Los diodos , de
la fuente de alimentación como el del relevo, la línea indica el lado que
deberá ir al positivo del capacitor; con los resistores no hay problema,
tampoco con la fotocelda.
El diagrama de
luz Automatica es el siguiente:

En diagrama en el
tablero es el siguiente:

·
Fotocelda
·
4 resistencias de 10kW
·
un relay de 6 o 12v
·
Un diodo (9N007)
·
Un capacitor de 47ЧF
·
Una resistencia variable (controlador) 50k
·
Una bombilla
·
Un transformador
·
Un integrado NE555