UNIVERSIDAD RAFAEL LANDIVAR

FACULTAD DE INGENIERÍA

LABORATORIO DE DISPOSITIVOS ELECTRONICOS

INSTRUCTOR: ING. ROBERTO REYES

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

Guatemala, 5 de julio de 2003

 

 

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:

  • Características estáticas:
    • Parámetros en bloqueo (polarización inversa).
    • Parámetros en conducción.
    • Modelo estático.
  • Características dinámicas:
    • Tiempo de recuperación inverso (trr).
    • Influencia del trr en la conmutación.
    • Tiempo de recuperación directo.
  • Potencias:
    • Potencia máxima disipable.
    • Potencia media disipada.
    • Potencia inversa de pico repetitivo.
    • Potencia inversa de pico no repetitivo.
  • Características térmicas.
  • Protección contra sobreintensidades.

 

 

 

 

 

 

 

Modelos estáticos del diodo

 

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 Sylvania

NTE955M

Raytheon

RM555/RC555

RCA

CA555/CA555C

Texas Instruments

SN52555/SN72555

 

DESCRIPCION DEL PATILLAJE DEL CIRCUITO INTEGRADO 555

 

 

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

 

APLICACIONES MAS USUALES

 

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...

Relés

 

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.

Características generales

 

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:

 

LISTADO DE MATERIALES

·        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

 

CONCLUSIONES

 

  • Se obtuvo de este trabajo la importancia de manejo de circuitos electrónicos.

 

  • Se implementó el conocimiento previo del manejo de integrado NE555 

 

 

  • Reconocimos la importancia de la comunicación en serie y en paralelo de los dispositivos electrónicos, ya que en éste proyecto se evitó el manejo de varios dispositivos complicados, para llegar tener eficiente sin complicación alguna

 

 

 

 

 

 

  •  Se complementaron los conocimientos obtenidos en clase, tanto de fotoceldas, como de las aplicaciones de resistencias variables y relays, con respecto a su funcionamiento e implementación.

 

 

 

 

 

 

 

BIBLIOGRAFÍA