CONTROL INALÁMBRICO A DISTANCIA DE UN MÓVIL

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 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL CENTRO DE ESTUDIOS NO. 3 CIENTÍFICOS Y TECNOLÓGICOS “ESTANISLAO RAMÍREZ RUIZ”  

SEMINARIO:

 ELECTRÓNICA DE POTENCIA

“CONTROL INALÁ   MBRICO A DISTANCIA DE UN   MÓVIL”  

AUTORES:

 DERLIS HERNÁNDEZ LARA  JOSÉ IGNACIO RIVERA HERNÁNDEZ  LUIS FERNANDO SALCEDO HERNÁNDEZ  LUIS SALINAS CRUZ

 INSTRUCTOR:  ING. ANTONIO SEBASTIÁN LIMA ALARCÓN 

ECATEPEC, ESTADO DE MÉXICO JUNIO DEL 2006   TESINA: “CONTROL INALÁMBRICO A DISTANCIA DE UN MÓVIL”   http://slidepdf.com/reader/full/control-inalambrico-a-distancia-de-un-movil

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“CECYT # 3 ESTANISLAO RAMÍREZ RUIZ”

 Dedicatorias: Dedico este trabajo:

A mis padres: “Quienes siempre se sacrificaron por darnos a mis hermanos y a mí la oportunidad de superarnos sin esperar nunca nada a cambio y cuyo deseo fue ver terminada esta obra” 

A mis hermanos: “Porque de ellos siempre he recibido apoyo moral en todo lo que realizo ” 

A mi escuela: “Que es un gran instituto y porque estoy orgulloso de ser politécnico”  A mis profesores: “Quienes siempre se esfuerzan por formar profesionales de provecho en beneficio de México”  “Por los conocimientos y experiencias transmitidas durante nuestra estancia en esta casa de estudios” 

A toda mi familia: “De quienes siempre recibo muestras de apoyo”  

A mis compañeros y amigos: “Con quienes convivimos durante nuestra preparación, compartiendo desvelos y alegrías, apoyándonos mutuamente sin condiciones” y  “Porque de ellos también aprendí  mucho” 

A México: “Porque me enorgullezco de haber nacido en este país y porque me ha dado la oportunidad de estudiar y aprender” 

A todos ellos:

Gracias

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 Índice General   Justificación  Resumen

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 Introducción

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Unidad I Radiofrecuencia  I.2 Teoría Electromagnética de Maxwell   I.3 Ondas de Radio  I.3.1 Primeras Transmisiones por Radio  I.3.2 Desarrollos Durante el Siglo XX 

4 5 6  7  8

 I.3.3 Usos de la radio  I.3.4 Transmisión y Recepción de Ondas de Radio   I.4 Bandas   I.4.1 Frecuencias de Radioaficionados

10 11 13 15

Unidad II. Circuitos Electrónicos Radio Control   II.2 Filtros RC (Resistencia - capacidad)  II.2.1 Transmisor modulado por tonos  II.2.2 Receptor monocanal para Radio control  II.2.3 Receptor de Radiocontrol para 2 canales

16  16  18 18 21

 II.3 Módulo Transmisor   II.4 Módulo Receptor   II.5 Salidas Usando Relés

22 24 26 

Unidad III. Antenas  III.2 Tipos de Antenas  III.2.1 Antenas Prácticas  III.2.2 La Antena Vertical de 1/4 de Onda  III.2.3 El Dipolo en V Invertida  III.2.4 Antenas para Espacios Reducidos  III.2.5 Antenas Cortas con Inductancias  III.2.6 Antenas Cortas con Cargas Lineales  III.2.7 Antenas Cortas con Carga Capacitiva  III.2.8 Antenas Dipolos Multibanda  III.2.9 Antenas para VHF y UHF    III.3 Antenas Verticales para V-UHF   III.3.1 Antenas Direccionales para V-UHF   III.3.2 Aspectos Legales de la Instalación de Antena 

29 30 34 35 35 36  36  36  37  37  37  38 38 38

Unidad IV. Codificadores y Decodificadores

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Codificadores    Decodificadores

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Unidad V. Inversión Del Sentido De Giro  En Motores De Corriente Continua V.2 Métodos De Controlar El Sentido De Giro  De Los Motores De C.C. V.2.2 Puente “H” V.2.3 Control De Dirección Por medio del Circuito Integrado L293B V.2.4 Aplicación práctica V.2.5 Circuito de control V.2.6 Motores de C.C. V.2.6.1 Las partes principales de un motor 

Unidad VI. Elementos de Electrónica  Electrónica, componentes electrónicos:  Resistor, Capacitor, Inductor, Diodo, Reguladores. VI.2 Sensor foto resistivo VI.2.2 Sensores VI.2.3 Principios O Efectos En Los Que Se Basa  La Aplicación De Los Sensores VI.2.4 Compuertas Lógicas VI.2.4.1 Compuerta ADN De 2 Entradas VI.2.4.2 Compuerta AND De 3 Entradas VI.2.4.3 VI.2.4.4 VI.2.4.5 VI.2.4.6 VI.2.4.7 VI.2.4.8

Compuerta OR Compuerta Inversor (NOT) Compuerta NOR Compuerta NAND Compuerta EXOR Análisis De Circuitos Combinacionales

Unidad VII. Transistores Y Electrónica De Potencia VII.2 Electrónica De Potencia VII.3 Semiconductores De Alta Potencia VII.3.1 Módulos De Potencia VII.3.2 Semiconductores De Baja Potencia VII.4 Transistor: VII.4.1 Tipos De Transistor  VII.4.2 El Transistor De Potencia VII.5 Modos De Trabajo VII.6 Transistores Bipolares (BJT - Bipolar Junction Transistor) VII.6.1 Transistores De Efecto De Campo (FET - Field-Effect Transistor) VII.6.2 Aplicación De Los Transistores VII.7 Tiristor 

43 43 45 47  48 49 50 52 

53

57  58 60 61 61 62 64 64 65 65 66  66 

69 69 71 71 72 72 72 73 74 75 76  77  78 79

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Unidad VIII. Rectificadores VIII.2Rectificador De Onda Completa Mediante Dos Diodos

79 79

VIII.3 El Diodo De Potencia VIII.3.1 Modelos Estáticos Del Diodo VIII.4 Inversores VIII.5 Interruptor Chopper  VIII.6 Tipos De Relevadores VIII.6.1 Características Generales VIII.6.2 Relevadores Electromecánicos. VIII.6.3 Relevadores De Tipo Armadura VIII.6.4 Relevadores De Núcleo Móvil VIII.6.5 Relevador Tipo Reed O De Lengüeta VIII.6.6 Relevadores Polarizados VIII.6.7 Relevadores De Estado Sólido

82 83 83 84 85 86  86  86  87  87  88 88

Unidad IX. Desarrollo del Proyecto

90 90 94 108 109 112 

  IX.2 Material   IX.3 Desarrollo:   IX.4 Conclusiones Glosario de términos  Bibliografía

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 Justificación Actualmente paísempresas atraviesabuscan una etapa de modernización en lo que se refiere más a la industria, cadanuestro día mas controlar sus procesos usando mecanismos sofisticados y compactos, que en conjunto ayuden a obtener una mayor producción en un menor factor de tiempo y con una calidad superior, representando así una mayor utilidad para el empresario y México. En nuestro país el Instituto Politécnico Nacional se encarga de preparar técnicos de calidad, capaces de diseñar sistemas y proponer soluciones a los problemas que se presentan en los diversos campos laborales. Todos conocemos un juguete móvil a control remoto el cual, básicamente se ve sencillo y no tan sofisticado pero que cuenta con un principio de funcionamiento muy completo, aplicable también a procesos que van desde el control de la luz en nuestros hogares hasta el desplazamiento de una maquina en la industria. ¿Que pasa cuando el proceso requiere ser operado desde una distancia considerable, o simplemente se requiere un mayor confort de manejo? Todo lo anterior nos llevo a realizar un extensa investigación que en conjunto a los conocimientos adquiridos en el Seminario nos permitieran construir un prototipo para la demostración de esta tecnología; conociendo así a fondo todas sus características de funcionamiento y quedando una experiencia para compartir en un futuro en el campo laboral.

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 Resumen En este trabajo, encontrarás y todo lo necesario para, elaborar electrónicos controles a distancia y sin cables, es decirinformación todo lo referente a radiofrecuencia y circuitos de control remoto. Además encontraras algunos dispositivos recomendados para dicho control de radiofrecuencia, también están incluidos los circuitos necesarios, y explicaciones de por que se usan algunos dispositivos y para que nos sirven. Se plantea como fue el desarrollo de nuestro prototipo, los inconvenientes que se tuvieron y que fueron surgiendo durante el desarrollo del mismo, y las soluciones que le dimos y el por que de dichas soluciones, además se plantean otras posibles soluciones. Sobre el desarrollo de nuestro prototipo se muestran fotografías que dan evidencia al mismo, y los pasos que fuimos siguiendo. Además de radio control encontraras consideraciones muy importantes y prácticas como motores de c.c., las diferentes formas de invertir el giro en dichos motores, todo lo que necesitas saber sobre antenas para mayor eficiencia en radiofrecuencia, se habla sobre los antecedentes de la radiofrecuencia. Te presentamos las consideraciones más relevantes sobre electrónica, electrónica de potencia y dispositivos electrónicos, para que puedas comprender y analizar todos los circuitos mostrados en este trabajo. Menos a fondo pero, no por eso con menos importancia se habla un poco sobre sensores (LDR), codificadores, decodificadores, compuertas lógicas, etc. Si lo que deseas es aplicar el control remoto, para cualquier dispositivo, o para cualquier aplicación, aquí tienes una base muy importante sobre lo que debes considerar, saber y armar, para lograr tu objetivo. Todos los temas presentados están detallados conforme a lo necesario para aplicarlo en radiofrecuencia, hay un glosario de términos para consulta rápida de algunos significados, y bibliografía para un estudio más a detalle. Esperamos y este trabajo les sirva de ayuda y que lo aprovechen al máximo.

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 Introducción En la actualidad y eldecontrol un papel muy importante en las industrias en todolael automatización mundo, una forma control ajuegan distancia y sin cables (inalámbrico), es a través de un control remoto, el cual basa su principio de funcionamiento en la radiofrecuencia que es la frecuencia utilizada para manipular o enviar algún tipo de señal a distancia a un elemento o dispositivo receptor esto se hace através de ondas electromagnéticas, y con la ayuda de antenas. El radio control es una técnica que permite el manejo de un objeto a distancia y de manera inalámbrica con un transmisor encargado de enviar las órdenes y el receptor, encargado de ejecutarlas. Esta técnicacomo de radio control, puede usara para un remoto, sin fin dehasta aplicaciones, controlar un juguete es el caso deseun carrito control manipulardesde a un robot, un brazo mecánico, controlar un proceso industrial, un montacargas, etc. Y como ya se menciono para el control inalámbrico a distancia se necesita tener conocimiento sobre radiofrecuencia, la cual también tiene sin fin de aplicaciones como, la comunicación a través de celulares, el Internet inalámbrico, para las transmisiones de radio etc. Claro esta que todas estas aplicaciones de radiofrecuencia van de la mano con el avance de la ciencia y la tecnología, y una rama importante de la ciencia es la electrónica, la cual también tiene un sin fin de aplicaciones, por que en la actualidad todo esta hecho a base de componentes electrónicos. Por lo que también, surgió a lo que llamamos electrónica de potencia que es una rama de la electrónica que se refiere a la aplicación de dispositivos electrónicos, principalmente semiconductores, al control y transformación de potencia eléctrica. Esto incluye tanto aplicaciones en sistemas de control como de suministro eléctrico a consumos industriales o incluso la interconexión sistemas eléctricos de potencia. Como vemos la electrónica de potencia esta ligad directamente con el control, y nosotros realizaremos un control a través de radiofrecuencia y técnicas de radio control. De aquí la importancia de involucrar estas dos grandes ramas de la ciencia y tecnología actual, y utilizar de manera adecuada de tal modo que podamos lograr un control, pero, dicho control será además de todo inalámbrico y a distancia. Por todas estas consideraciones y por la curiosidad de saber el por que de las cosas, a continuación presentamos esta recopilación de consideraciones relevantes y sobresalientes de la radiofrecuencia, electrónica, electrónica de potencia, antenas, motores, etc. Y los pasos para realizar un juguete en este caso un móvil (carrito) a control remoto y los aspectos a considerar en la elaboración de dicho carrito.

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Unidad I  Radiofrecuencia  Para lograr los objetivos de nuestro proyecto es necesario tener conocimiento de ciertas ramas de la ciencia y la tecnología. Como queremos controlar nuestro móvil (juguete) a distancia y de manera inalámbrica, es necesario tener conocimiento sobre como podemos lograrlo, por lo que es importante conocer sobre radiofrecuencia lo cual nos permitirá alcanzar este objetivo. Es la frecuencia utilizada para manipular o enviar algún tipo de señal a distancia a un elemento o dispositivo receptor esto se hace através de ondas electromagnéticas, y con la ayuda de antenas. Es muy utilizada para la realización de los programas de radio, para el control a distancia e inalámbrico de un aparato electrónico (reproductor de música,   juguetes (fig. 1.1), celulares, micrófonos, alarmas para vehículos, sistemas de seguridad, teléfonos inalámbricos, control de robots (fig. 1.2) y otros sistemas de control remoto. etc.).

Fig. 1.1 Juguete (carrito)

Fig. 1.2 Robot 

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1.2 Teoría electromagnética de Maxwell. El físico escocés James Clark Maxwell (1831-1879) desarrollo en el año de 1865 su teoría electromagnética; demostró matemáticamente la existencia de campos magneticos y eléctricos mutuamente perpendiculares y que a manera de ondas, podían propagarse tanto en el espacio vació como por el interior de algunas sustancias materiales. Maxwell comparo las ondas luminosas con sus teóricas ondas electromagnéticas, y suponía que ambas deberían presentar las mismas características y propiedades es decir, presentar campos eléctricos y magneticos y viajar en el espacio (fig. 1.3). Esta teoría se pudo comprobar experimentalmente hasta 1888, gracias al físico alemán Hendrich Hertz, quien logro enviar por el espacio, campos electromagnéticos viajeros, que se convirtieron en los predecesoresydea las actuales ondasbuena de radio. Y es así comienza la era de las telecomunicaciones la vez se hacia la teoría de como Maxwell de la naturaleza de la luz como ondas electromagnéticas o radiaciones electromagnéticas.

Fig. 1.3 Onda luminosa presenta campos eléctricos y magneticos perpendiculares.

Ejemplos de ondas electromagnéticas son: 1.  2.  3.  4.  5.  6. 

Las señales de radio y televisión Ondas de radio provenientes de la Galaxia Microondas generadas en los hornos microondas Radiación Infrarroja provenientes de cuerpos a temperatura ambiente La luz La radiación Ultravioleta proveniente del Sol, de la cual la crema antisolar nos preteje la piel

7. Rayos X Gama usadosproducida para tomar del cuerpo humano 8.  Los La radiación porradiografías núcleos radioactivos

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1.2.1 Ondas de radio También conocidas como ondas hertzianas, las ondas de radio son ondas electromagnéticas de menor frecuencia (mayor longitud de onda) y menor energía que las del espectro visible. Se generan alimentando una antena con una corriente alterna.  El primer sistema práctico de comunicación mediante ondas de radio fue el diseñado por el italiano Guglielmo Marconi, quien en el año 1901 realizó la primera emisión trasatlántica radioeléctrica, mediante ondas electromagnéticas, dando lugar a lo que entonces se denominó telegrafía sin hilos. Otros inventores, como Orsted,  Faraday,  Hertz,  Tesla,  Edison habían realizado anteriormente estudios y experimentos en este campo, los cuales sirvieron de base a Marconi. La radio es una tecnología que posibilita la transmisión de señales mediante la modulación de ondas electromagnéticas. Éstas son ondas que pueden propagarse tanto a través del aire como del espacio vacío y no requieren un medio de transporte. Una onda de radio se origina cuando una partícula cargada (por ejemplo, un electrón) se excita a una frecuencia situada en la zona de radiofrecuencia (RF) del espectro electromagnético. Otros tipos de emisiones que caen fuera de la gama de RF son los rayos gamma, los rayos X, los rayos cósmicos, los rayos infrarrojos, los rayos ultravioleta y la luz visible.  Cuando la onda de radio actúa sobre un conductor eléctrico (la antena), induce en él un movimiento de la carga eléctrica (corriente eléctrica) que puede ser transformado en señales de audio u otro tipo de señales portadoras de información. Aunque empleamos la palabra radio, las transmisiones de televisión, radio, radar y telefonía móvil están incluidos en esta clase de emisiones de radiofrecuencia. Sabemos que las ondas pueden ser longitudinales o transversales. Las ondas que se propagan en el agua son transversales. El sonido se transmite por medio de ondas longitudinales, e igualmente la luz.

La luz se propaga por medio de ondas electromagnéticas e igualmente las de radiocomunicación. Las ondas electromagnéticas son ondas que se propagan através del espacio, cuando se ponen a vibrar los electrones de este medio, dando lugar a un campo eléctrico y a la vez magnético, por lo cual a estas ondas se les llama magnéticas. En la radio las longitudes de la onda varían desde los 10 hasta los 30000m.

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La velocidad de las ondas electromagnéticas es de 300 000 Km/seg. Las ondas de radio pueden ser cortas o largas (Fig. 1.4). Las ondas cortas tienen longitudes que varían desde los 100 m a los 1000 m. Las ondas cortas se difunden en el espacio de diferente forma que las ondas largas.

Fig. 1.4 Ondas cortas y largas en el espacio.

Las ondas cortas se reflejan en las ionosfera y vuelven hacia la tierra, donde pueden ser captadas, de ahí vuelven a ser reflejadas hasta la ionosfera y así sucesivamente, de tal manera que pueden recorrer miles de kilómetros, dependiendo de la potencia de la estación transmisora. Las ondas largas son de alcance limitado por que pueden ser detenidas por algún obstáculo. Ionosfera: Es una de las capas que protegen a la tierra; es la capa elevada de la atmósfera situada entre los 80 y los 400 Km de altura, en la cual se reflejan las ondas de radio.

1.2.2 Primeras transmisiones por radio Resulta difícil atribuir la invención de la radio, en su tiempo denominada telegrafía sin hilos, a una única persona. En diferentes países se reconoce la paternidad en clave local: Alexander Popov hizo sus primeras demostraciones en San Petersburgo,  Rusia;  Nikola Tesla en San Luis, Misuri, Estados Unidos y Guglielmo Marconi fue quien primero puso en práctica y comercializó el invento desde el Reino Unido.  En 1896 Guglielmo Marconi obtuvo la primera patente del mundo sobre la radio, la Patente británica 12039, Mejoras en la transmisión de impulsos y señales eléctricas y un aparato para ello. Países como Francia o Rusia rechazaron reconocer su patente por dicha invención, refiriéndose a las publicaciones de Popov, previas en el tiempo.

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El 7 de mayo de 1895, el profesor e ingeniero ruso Alexander Popov había presentado un receptor capaz de detectar ondas electromagnéticas. Diez meses después, el 24 de marzo de 1896, ya con un sistema completo de recepción-emisión de mensajes telegráficos, transmitió el primer mensaje telegráfico entre dos edificios de la Universidad de San Petersburgo situados a una distancia de 250 m. El texto de este primer mensaje telegráfico fue: "HEINRICH HERTZ". En 1897 Marconi montó la primera estación de radio del mundo en la Isla de Wight, al sur de Inglaterra y en 1898 abrió la primera factoría del mundo de equipos de transmisión sin hilos en Hall Street (Chelmsford,  Reino Unido) empleando en ella alrededor de 50 personas. En 1899 Marconi consiguió establecer una comunicación de carácter telegráfico entre Gran Bretaña y Francia. Tan sólo dos años después, en 1901, esto quedaría como una minucia al conseguirse por primera vez transmitir señales de lado a lado del océano Atlántico.  Nikola Tesla, en San Luis (Missouri, USA), hizo su primera demostración pública de radiocomunicación en 1893. Dirigiéndose al Franklin Institute de Filadelfia y a la National Electric Light Association describió y demostró en detalle los principios de la radiocomunicación. Sus aparatos contenían ya todos los elementos que fueron utilizados en los sistemas de radio hasta el desarrollo de los tubos de vacío.  En Estados Unidos, algunos desarrollos clave en los comienzos de la historia de la radio fueron creados y patentados en 1897 por Tesla. Sin embargo, la Oficina de Patentes de Estados Unidos revocó su decisión en 1904 y adjudicó a Guglielmo Marconi una patente por la invención de la radio, posiblemente influenciada por los patrocinadores financieros de Marconi en Estados Unidos, entre los que se encontraban Thomas Alva Edison y Andrew Carnegie. 

1.2.3   Desarrollos durante el siglo XX  En 1907, Alexander Lee de Forest inventaba la válvula que modula las ondas de radio que se reciben y de esta manera creó ondas de alta potencia en la transmisión. En 1909 Marconi, con Karl Ferdinand Braun, fue también premiado con el Premio Nobel de Física por sus contribuciones al desarrollo de la telegrafía sin hilos. Sin embargo, la patente de Tesla número 645576 fue restablecida en 1943 por la Corte Suprema de Estados Unidos, poco tiempo después de su muerte. La decisión estaba basada en el hecho de que había un trabajo preexistente antes del establecimiento de la patente de Marconi. Existe la creencia de que esto se hizo, aparentemente, por razones financieras, para permitir al gobierno estadounidense eludir el pago de los daños que estaban siendo reclamados por la compañía Marconi por el uso de sus patentes durante la Primera guerra mundial. 

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También se habían hecho reclamaciones en el sentido de que Nathan Stubblefield inventó la radio antes que Tesla y Marconi, pero su dispositivo, al parecer, funcionaba mediante transmisión por inducción más que por radio transmisión. La nueva gran invención fue la válvula termoiónica detectora, inventada por un equipo de ingenieros de Westinghouse. La Nochebuena de 1906, utilizando el principio heterodino, Reginald Fessenden transmitió desde Brant Rock Station (Massachusetts) la primera radiodifusión de audio de la historia. Así, buques en el mar pudieron oír una radiodifusión que incluía a Fessenden tocando al violín la canción O Holy Night y leyendo un pasaje de la Biblia.  Un gran paso en la calidad de los receptores, se produce en 1918 cuando Edwin Armstrong inventa el superheterodino.  Las primeras transmisiones radiodifundidas, para entretenimiento, comenzaron en 1920 en Argentina. El día 27 de Agosto desde la azotea del Teatro Coliseo, la Sociedad Radio Argentina transmitió la ópera de Richard Wagner, Parsifal. Comenzando así con la programación de la primera emisora de radiodifusión en el mundo. En los primeros tiempos de la radio toda la potencia generada por el transmisor pasaba a través de un micrófono de carbón. En los años 20 la amplificación mediante válvula termoiónica revolucionó tanto los radiorreceptores como los radiotransmisores. Normalmente, las aeronaves utilizaban las estaciones comerciales de radio de modulación de amplitud para la navegación. Esto continuó asíVOR.  hasta principios de los años sesenta en que(AM) finalmente se extendió el uso de los sistemas A principios de los años treinta radio operadores aficionados inventaron la transmisión en banda lateral única (BLU). En 1933 Edwin Armstrong describe un sistema de radio de alta calidad, inmune a los parásitos radioeléctricos, utilizando la modulación de frecuencia (FM). A finales de la década este procedimiento se establece de forma comercial, al montar a su cargo el propio Armstrong una emisora con este sistema. En 1948, la radio se hace visible: se desarrolla abiertamente la televisión.  En 1952, se transmite televisión comercial en color sistema NTSC, en EE.UU. En 1960, la firma Sony introduce el primer receptor transistorizado, lo suficientemente pequeño para ser llevado en un bolsillo y alimentado por una pequeña batería. Era fiable porque al no tener válvulas no se calentaba. Durante los siguientes veinte años los transistores desplazaron a las válvulas casi por completo, excepto para muy altas potencias o frecuencias. En 1963, se establece la primera comunicación radio vía satélite. 

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Al final de los años sesenta la red telefónica de larga distancia en EE.UU. comienza su conversión a red digital, empleando radio digital para muchos de sus enlaces. En los años setenta comienza a utilizarse el LORAN, primer sistema de radionavegación. Pronto, la Marina de EE.UU. experimentó con la navegación satélite, culminando con la invención y lanzamiento de la constelación de satélites GPS en 1987.  A principios de los 90, experimentadores radioaficionados comienzan a utilizar ordenadores personales para procesar señales de radio mediante distintas interfaces (Radio Packet). Hoy en día la radio a través de Internet tiene tanta audiencia como la radio clásica, con las ventajas que comporta la red: calidad muy alta, alcance mundial, etc. Por esto, todas las grandes emisoras de radio tienen su versión on-line.

1.2.4 Usos de la radio Uno de sus primeros usos fue en el ámbito naval, para el envío de mensajes en código Morse entre los buques y tierra o entre buques. Actualmente, la radio toma muchas otras formas, incluyendo redes inalámbricas, comunicaciones móviles de todo tipo, así como la radiodifusión. Antes de la llegada de la televisión, la radiodifusión comercial incluía no solo noticias y música, sino dramas, comedias, shows variedades, concursos ydramática muchas otras formas de entretenimiento, siendo la radio el únicodemedio de representación que solamente utilizaba el sonido. Otros usos de la radio son: Audio: La forma más antigua de radiodifusión de audio fue la radiotelegrafía marina, ya no utilizada. Una onda continua (CW), era conmutada on-off  por un manipulador para crear código Morse, que se oía en el receptor como un tono intermitente.  

Música y voz mediante radio en modulación de amplitud (AM).

 

Música y voz, con una mayor fidelidad que la AM, mediante radio en modulación de frecuencia (FM).

 

Música, voz y servicios interactivos con el sistema de radio digital DAB empleando multiplexación en frecuencia OFDM para la transmisión física de las señales.

 

Servicios RDS, en sub-banda de FM, de transmisión de datos que permiten transmitir el nombre de la estación, el título de la canción en curso y otras informaciones adicionales.

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Transmisiones de voz para marina y aviación utilizando amplitud de modulación en la banda de VHF. 

 

Servicios de voz utilizando FM de banda estrecha en frecuencias especiales para policía, bomberos y otros organismos estatales.

 

Servicios civiles y militares en alta frecuencia (HF) en la banda de onda corta, para comunicación con barcos en alta mar y con poblaciones o instalaciones aisladas.

 

Sistemas telefónicos celulares digitales para uso cerrado (policía, defensa, ambulancias, etc.). Distinto de los servicios públicos de telefonía móvil.

 

Telefonía

 

Vídeo

 

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Transmisión de datos por radio digital

Navegación

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Calentamiento

 

Radar

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Fuerza mecánica

 

Servicios de emergencia



 

Otros









1.2.5 Transmisión y recepción de ondas de radio  El radio que se utiliza para enviar sonidos através del aire es un radio transmisor (Fig. 1.5) y al que capta las señales se le llama radiorreceptor (Fig. 1.6). La señal pasa por tres etapas, la transmisión, el envió y la recepción.

Fig. 1.5 Etapas de un radio transmisor .

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La música o sonidos entran al micrófono donde pasan a formar impulsos eléctricos, pasando a un amplificador de audio, luego a un modulador donde se le da una amplitud y frecuencia necesaria para transmitir. En la parte de abajo se tiene un oscilador que es el que indica o marca la frecuencia en que debe funcionar el generador de ondas de esta estaciono sea el generador de radio frecuencia. De este generador, la onda generada pasa a amplificador de radiofrecuencia, en el cual se Amplifica la señal a mayor potencia, enseguida se unen esta señal y la onda de radiofrecuencia en el amplificador de modulación, es aquí donde se mezcla la señal del audio con la onda producida de radiofrecuencia, produciendo la onda electromagnética que se manda a la antena y esta en el aire. La antena la señal, cuallapasa un oscilador, de ahí señalpasa es amplificada, de donde pasacapta al detector parala que señala pueda ser audible de la donde a la bocina. El condensador sirve para seleccionar una de las muchas señales que llegan al aparato.

Fig. 1.6 Etapas de un radio receptor 

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1.3 Bandas  Radiofrecuencia, o RF  El que término : se aplica a la porción delcorriente espectroalterna electromagnético en el se pueden generar ondas electromagnéticas aplicando a una antena. 

Dichas frecuencias cubren las siguientes bandas del espectro:

Abreviatura inglesa

Nombre

Extra baja frecuencia Extremely low frequency Super baja frecuencia Super low frequency

ELF

Banda ITU

1

Frecuencias

Longitud de onda

Inferior a 3 Hz

> 100.000 km 100.000 km –  

3-30 Hz

10.000 km 10.000 km –   1000 km

SLF

2

30-300 Hz

Ultra baja frecuencia Ultra low frequency

ULF

3

300 – 3000 Hz

1000 km – 100 km

Muy baja frecuencia Very low frequency

VLF

4

3 – 30 kHz

100 km – 10 km

LF

5

30 – 300 kHz

10 km – 1 km

Low frequency Media frecuencia Medium frequency

MF

6

300 – 3000 kHz

1 km – 100 m

Alta frecuencia High frequency

HF

7

3 – 30 MHz

100 m – 10 m

Muy alta frecuencia Very high frequency

VHF

8

30 – 300 MHz

10 m – 1 m

Ultra alta frecuencia Ultra high frequency

UHF

9

300 – 3000 MHz

1 m – 100 mm

Super alta frecuencia Super high frequency

SHF

10

3 – 30 GHz

100 mm – 10 mm

Extra alta frecuencia Extremely high frequency

EHF

11

30 – 300 GHz

10 mm – 1 mm

Sobre 300 GHz

< 1 mm

Baja frecuencia

Tabla 1, Frecuencias con sus respectivas bandas

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Por encima de 300 Ghz, la absorción de la radiación electromagnética por la atmósfera terrestre es tan alta que la atmósfera se vuelve opaca a frecuencias más altas de radiación electromagnética, hasta que vuelve de nuevo a ser transparente en los denominados rangos de frecuencia infrarrojos y ópticos.

 Nota:

Las bandas ELF, SLF, ULF y VLF se superponen al espectro de AF (audio frecuencia), que se encuentra entre 20 y 20000 Hz aproximadamente. De todos modos, los sonidos se mueven a la velocidad del sonido, en vez de a la velocidad de la luz.  Los conectores eléctricos diseñados para trabajar con frecuencias de radio se conocen como conectores RF. RF también es el nombre del conector estándar de audio/video, también conocido como BNC (Bayo Net Connector). Frecuencias de radiodifusión y televisión:          

    

Radio AM = 535kHz - 1605kHz (LF) TV Banda I (Canales 2 - 6) = 54MHz - 88MHz (VHF) Radio FM Banda II = 88MHz - 108MHz (VHF) TV Banda III (Canales 7 - 13) = 174MHz - 216MHz (VHF) TV Bandas IV y V (Canales 14 - 69) = 512MHz - 806MHz (UHF)

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1.3.1   Frecuencias de radioaficionados El rango de frecuencias permitido a los radioaficionados puede variar entre países. Las señaladas aquí son las bandas más comunes.

Banda Rango de frecuencia 160 m

1.815 a 1.89 MHz

80 m

3.5 a 3.8 MHz

40 m

7 a 7.1 MHz

30 m

10.1 a 10.15 MHz

20 m

14 a 14.35 MHz

15 m

21 a 21.45 MHz

12 m

24.89 a 24.99 MHz

10 m

28.0 a 29.7 MHz

6m

50.08 a 51 MHz

2m

144 a 146 MHz

70 cm

430 a 440 MHz

23 cm

1240 a 1300 MHz

Tabla 1.2, Frecuencias de radioaficionados

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Unidad II  Circuitos electrónicos de radio control   Técnica que permite el manejo de un objeto a distancia y de manera inalámbrica con un transmisor encargado de enviar las órdenes y el receptor, encargado de ejecutarlas.

  Radio control:

Para todos los amantes del radio control, aquí les presentaré algunos circuitos que espero les sean de utilidad.

 2.2 Filtros RC (Resistencia - Capacidad) La mejor forma de seleccionar las diferentes frecuencias en un circuito de RADIO CONTROL es el de circuitos LC (Bobina - capacitor) como se muestra en la figura 2.1 Pero el problema con este tipo de filtros es el cálculo de las bobinas y su construcción. La solución más viable es la de filtros RC (Resistor - capacitor), ver la figura 2.2, estos filtros tienen un problema, la selectividad es menor que los LC, únicamente funcionan perfectamente con un número limitado de canales, 2 ó 3, el perfecto. Los filtros propuestos están calculados para operar alrededor de los 800 Hz. accionando un relevo sensible de 6 voltios, la afinación de los filtros puede hacerse cambiando el resistor de entrada por un trimpot (mini-potenciómetro) con el doble de su valor. Con este trimpot y con la ayuda de un generador de audio, se puede obtener la frecuencia exacta de respuesta para el filtro.

Fig. 2.1 Circuito LC (Bobina - capacitor).

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Fig. 2.2 Filtro RC (Resistor - capacitor).

Figuras 2.3 y 2.4, Para el límite superior de la banda (6000 Hz.), presento otro circuito.  He aquí dos diagramas de filtros RC, el primero (fig. 2.3) es un pasaaltos y el segundo (fig.2.4) un filtro pasabajos.

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 2.2.1 Transmisor modulado por tonos Este transmisor (fig. 2.5) tiene un alcance entre 50 y 100 metros y puede usarse para controlar juguetes. El ajuste de los tonos se hará con los trimpots de 100k con una frecuencia diferente cada uno para que se pueda controlar varios puntos del juguete, además, se pueden agregar canales. L1: Esta se construirá según la frecuencia de operación, por ejemplo: 80-100Mhz., 3 espiras, 50-80Mhz., 5 espiras y 20-50Mhz. 9 espiras; el alambre puede usarse cualquiera que sea esmaltado de aproximadamente .5 mm. El diámetro de la bobina debe de ser de 1 cm. Para las frecuencias entre 20-50 probablemente se necesite un núcleo de ferrita.  Recomendación: Las

espiras (vueltas) deberán ir juntas, sin separación, el mismo principio se usará para el receptor.

Fig. 2.5 Transmisor modulado por tonos

 2.2.2 Receptor monocanal para radio control  Este es un receptor para un canal (fig. 2.6), pero se puede modificar para que pueda ser usado con el transmisor por tonos (fig. 2.7). Instrucciones: 1. El primer paso es ajustar el receptor a la frecuencia del transmisor con el CV. Para esto conectas los audífonos donde se indica, para poder oír el tono de 1Khz. que es la misma frecuencia a la que deberá estar sintonizado el transmisor, también ajustar TP1 para la sensibilidad de la primera etapa. 2. Luego Ajustamos la sensibilidad del disparo del relevo, motor o lámpara, con TP2.

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La corriente que se obtiene en la última etapa (Q3, Q4) es de 50 mA., por lo que éste debe de ser el máximo consumo del relevo, motor o lámpara. El XRF se construye enrollando unas 50 vueltas de alambre fino (esmaltado) en una forma de 2 á 3 cm. de diámetro. L1: 5 vueltas de alambre (esmaltado) No. 24 ó 26 (esto para la frecuencia de 72 Mhz. Si se elige la frecuencia de 27 Mhz., la bobina será de 11 vueltas con el mismo alambre en una forma plástica sin núcleo. Para el ajuste, usar únicamente audífonos de cristal.

Fig. 2.6 Receptor monocanal para Radio control

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Fig. 2.7 Receptor monocanal para Radio control

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 2.2.3 Receptor de radio control para dos canales Este circuito (fig.2.8) está diseñado para controlar dos secciones de un juguete, por ejemplo, hacia adelante y hacia atrás, tu creatividad hará el resto.

Fig. 2.8 Receptor Radiocontrol para dos canales

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Para controlar cualquier elemento a través de radiofrecuencia se necesitan de un dispositivo emisor (que envié una señal), y un dispositivo receptor (reciba la señal). Los módulos TWS-434 y RWS-434 son sencillos de utilizar, extremadamente pequeños y nos permiten realizar controles remotos de Radio Frecuencia (RF) a 433.92 Mhz. Utilizan modulación del tipo ASK, pueden ser usados en alarmas para vehículos, sistemas de seguridad, teléfonos inalámbricos, control de robots y otros sistemas de control remoto.

 2.2  Módulo transmisor El TWS-434 tiene una potencia de salida de hasta 8mW a 433.92MHz, alcanzando distancias de aproximadamente 140 metros en espacios abiertos y de 60 metros en espacios internos donde se tengan obstáculos. La fig. 2.9 muestra una fotografía de este módulo.

Fig. 2.9 El Módulo TWS-434  

El Transmisor TWS-434 acepta tanto señales lineales como digitales de entrada, puede operar con una tensión que va desde 1.5 Volts a 12 Volts-DC. La fig. 2.10 muestra la disposición y función de cada pin de este módulo.  

Fig. 2.10 PinOut del TWS-434 

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 Ejemplo de una unidad Transmisora de 4 Botones

La fig. 2.11 muestra una unidad transmisora usando el codificador HT-12E de Holtek. Este es un integrado que se utiliza en controles remotos de 4 bits y tiene 8 bits de direcciones.

Fig. 2.11 Ejemplo de Transmisor de 4 Bits

Fig. 2.12 Este circuito realiza la misma función que el circuito mostrado en la figura 2.11, y básicamente es el mismo solo cambia, en cuanto al arreglo con un capacitor en la alimentación del circuito integrado.

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 2.3 Módulo receptor El RWS-434 es un módulo receptor que opera 433.92MHz, y tiene una sensibilidad de 3uV. El receptor RWS-434 opera con una alimentación entre 4.5 y 5.5 Volts-DC y tiene tanto salida lineal como digital, además contiene un capacitor variable para el ajuste de la frecuencia de recepción utilizando un destornillador plástico. La fig. 2.13 muestra una fotografía y la fig. 2.14, la disposición y función de cada pin de este módulo.

Fig. 2.13 Módulo RWS-434

Fig. 2.14 Pin out RWS-434

 Ejemplo de una unidad Receptora de 4 Salidas

La fig. 2.15 muestra la unidad receptora usando el decodificador HT-12D de Holtek. Este es un integrado que se utiliza en controles remotos de 4 bits y tiene 8 bits de direcciones.

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Fig. 2.15 Ejemplo de Receptor de 4 Bits

Fig. 2.16 Este circuito realiza la misma función que el circuito mostrado en la figura 2.15, y básicamente es el mismo solo cambia, en cuanto al arreglo con un capacitor en la alimentación del circuito integrado.

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 2.4 Salidas usando relevadores La fig. 2.17 muestra un diagrama para el manejo de rele utilizando un transistor NPN cuya base se conecta a una de las salidas del decodificador. Usando el HT-12D podemos manejar 4 salidas de rele de una manera muy simple.

Fig. 2.17 Circuito para el manejo de Rele utilizando un transistor NPN 

Fig. 2.18 Circuito para el manejo de Rele utilizando un transistor NPN 

Diagrama para el manejo de rele utilizando un transistor PNP (fig. 2.19) cuya base se conecta a una de las salidas del decodificador. Usando el HT-12D podemos manejar 4 salidas de rele de una manera muy simple.

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Fig. 2.19 Circuito para el manejo de Rele utilizando un transistor PNP

Comentario:  Con los módulos TWS-434 y RWS-434 en compañía de un codificador HT-12E y un decodificador HT-12D podemos realizar Controles Remotos de RF de 4 botones de una manera sencilla y práctica, además podemos agregar relés a la salida del decodificador, lo que le da un mundo de aplicaciones a estos sencillos circuitos. Esto son los módulos que usaremos para nuestro control a distancia inalámbrica de nuestro móvil. Pero, como en todo proyecto siempre existen inconvenientes y en nuestro caso no fue la excepción, tuvimos un inconveniente, no pudimos encontrar estos módulos tal cual, pero si unos correspondientes que realizan exactamente la misma función, los módulos que ocupamos son el TWS-433 y RWS-433, este ultimo es prácticamente igual al que habíamos considerado el RWS-434, por lo que tiene el mismo numero de pines y su conexión es la misma que la mostrada en las figuras 2.15 y 2.16, por lo que no hubo ningún problema, pero TWS-433, si presenta algunas diferencias respecto cuenta al TWS-434, en cuanto al numero de elpines el TWS-433 tiene 4, mientras que el TWS-434 con 6 pines. Por lo que tuvimos que investigar como se conecta el TWS-433 cuya forma de conexión se muestra en la fig. 2.21.

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Fotografía del modulo TWS-433 (fig. 2.20) que solo cuenta con tres pines de conexión.

Fig. 2.20 Modulo TWS-433

Fig. 2.21 PinOut del TWS-433

Esta es la forma de conexión de nuestro circuito transmisor, como se muestra el pin 1 va a tierra, el 2 va a la entrada de nuestro codificador HT-12E. EL 3 va a Vcc y en el pin 4 se conecta la antena, y para completar la conexión; se conecta como se muestra en las figuras 2.11 y 2.12. Para continuar con los objetivos de nuestro proyecto es necesaria que las señales sean captadas lo mejor posible, por lo que necesitamos saber más sobre un elemento importante en radiofrecuencia que son las antenas.

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Unidad III  Antenas  Una antena permite es un dispositivo pordeunradio conjunto de conductores que, unidoa auna un generador, la emisiónformado de ondas frecuencia, o que, conectado impedancia, sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana para este fin existen diferentes tipos: Para máxima eficiencia se recomienda utilizar antenas del tipo látigo de 1/4 de onda. (fig.3) La mostrada esta diseñada para 433Mhz tiene 6.5 pulgadas de longitud y usa un cable coaxial de 50 ohms. Es a prueba de intemperie. En equipos pequeños puede utilizarse antenas del tipo helicoidal (fig. 3.2) con núcleo de aire. Este tipo de antena esta diseñada para montarse en circuitos impresos, tiene 3/8 de pulgada y 1.5 pulgadas ydeel longitud, pero es menos eficiente que el caso anterior. de Un diámetro extremo va al transmisor otro se deja libre.

Fig. 3 antena tipo látigo 

Fig. 3.2 antena tipo helicoidal 

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 3.2  Tipos de antenas Antena receptora que, mediante la conveniente amplificación y el uso de distribuidores, permite su utilización por diversos usuarios.

 Antena Colectiva:

 Antena de Cuadro: Antena

de escasa sensibilidad, formada por una bobina de una o varias espiras arrolladas en un cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional la hace útil en radiogoniometría.

  Antena de Reflector o Parabólica: Antena

provista de un reflector metálico, de forma parabólica, esférica o de bocina, que limita las radiaciones a un cierto espacio, concentrando la potencia de las ondas; se utiliza especialmente para la transmisión y recepción vía satélite.

  Antena Lineal:La

que está constituida por un conductor rectilíneo, generalmente en

posición vertical. La que permite la recepción de ondas cortas en una amplitud de banda que abarca muy diversas frecuencias.

 Antena Multibanda:

  Dipolo de Media Onda: El

dipolo de media onda lineal o dipolo simple es una de las antenas más ampliamente utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz. En frecuencias abajo de 2 MHz, la longitud física de una antena de media longitud de onda es prohibitiva. Al dipolo de media onda se le refiere por lo general como antena de Hertz. Una antena de Hertz es una antena resonante. O Sea, es un múltiplo de un cuarto de longitud de onda de largo y de circuito abierto en el extremo más lejano. Las ondas estacionarias de voltaje y de corriente existen a lo largo de una antena resonante.

Fig. 3.3 Distribución de corriente de un dipolo de media onda 

La figura 3.3 muestra las distribuciones de corriente y voltaje ideales a lo largo de un dipolo de media onda. Cada polo de la antena se ve como una sección abierta de un cuarto de longitud de onda de una línea de transmisión. Por lo tanto en los extremos hay un máximo voltaje y un mínimo de corriente y un mínimo de voltaje y un máximo de corriente en el centro. En consecuencia, suponiendo que el punto de alimentación esta en el centro de la antena, la impedancia de entrada es E (mínimo)    / I (máximo)  y un valor mínimo. La impedancia en los extremos de la antena de  E (máximo) / I (mínimo) y un valor máximo.

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La figura 3.4 muestra la curva de impedancia para un dipolo de media onda alimentado en el centro.

Fig. 3.4 curva de impedancia para un dipolo de media onda 

La impedancia varia de un valor máximo en los extremos de aproximadamente 2500 W a un valor mínimo en el punto de alimentación de aproximadamente 73 W (de los cuales entre 68 y 70 W es la impedancia de radiación). El patrón de radiación de espacio libre para un dipolo de media onda depende de la localización horizontal o vertical de la antena con relación a la superficie de la tierra. La figura 3.5 muestra el patrón de radiación vertical para un dipolo de media onda montado verticalmente. Obsérvese que los dos lóbulos principales que irradian en direcciones están en donde ánguloladerecho la constante antena, losa todo lóbulos no son obtienen soloopuestas en el caso ideal corrientea es lo largo de círculos, la antena,sey esto es inalcanzable en una antena real.

Fig. 3.5 radiación vertical para un dipolo de media onda montado verticalmente 

 Antena Yagi: Antena

constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan. (Figura 3.6). Los elementos no activados se denominan parásitos, la antena yagi puede tener varios elementos activos y varios parásitos. Su ganancia esta dada por: G = 10 Log n Donde n es el número de elementos por considerar.

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Fig. 3.6 Elementos directores, activos y no activados

Para la antena yagi de tres elementos la distancia entre el reflector y el activo es de 0.15l, y entre el activo y el director es de 0.11l. Estas distancias de separación entre los elementos son las que proporcionan la óptima ganancia, ya que de otra manera los campos de los elementos interferirían destructivamente entre sí, bajando la ganancia. Como se puede observar, este diseño de antena yagi resulta ser de ancho de banda angosto, ya que el elemento bipolar está cortado a una sola frecuencia que generalmente se selecciona en la mitad del ancho de banda de los canales bajos de TV; es decir, del canal 2 al canal 6 (de 50MHz a 86 MHz). Esto resulta ser una desventaja ya que no es posible cubrir varios canales de TV con una misma ganancia seleccionada. Por tal razón se utiliza la denominada antena yagi de banda ancha, la cual puede cubrir varios canales a la vez aunque sacrificando la ganancia. En la figura siguiente se muestran los parámetros de diseño X y Y, creando la relación: X + Y= l /4, la ganancia se acentúa alrededor de un solo canal, como se muestra en la figura 3.7.

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Fig. 3.7 Parámetros de diseño

Para considerar una antena yagi de banda ancha es necesario, entonces, hacer ajustes en las distancia entre los elementos para obtener, junto con el ancho de banda deseado, la ganancia óptima. Se recuerda que para un arreglo de antenas en las cuales todos los elementos van alimentados se obtiene mejor ganancia para el denominado "en línea". Como la antena yagi utiliza elementos alimentados y parásitos, es común aumentar el número de elementos alimentados a 2 o 3. Estos dipolos se cortan a la frecuencia media del ancho de banda; generalmente para los canales bajos de televisión da muy buen resultado. En la figura 3.8 se proporciona las dimensiones para óptima ganancia de una antena yagi de tres elementos.

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Fig. 3.8 Dimensiones para óptima ganancia de una antena yagi de tres elementos.

 3.2.1 Antenas prácticas La elección de la antena instalar una situación determinada dependedos de edificios un gran número de factores. Desdea un simpleenalambre extendido entre las azoteas vecinos hasta complejas estructuras sobre una torre giratoria, las configuraciones posibles son muy numerosas, y el aficionado debe escoger la que más se acomode a sus posibilidades y necesidades. En los edificios urbanos, donde frecuentemente el espacio es restringido, el trabajo en HF puede iniciarse con una antena vertical con algunos radiales como plano de tierra, que puede proporcionar buenos contactos, aunque las antenas de este tipo son susceptibles de captar más ruido eléctrico ambiental que los dipolos horizontales. En VHF y UHF, ha de ser generalmente factible hallar en un edificio un punto donde instalar una antena vertical eficaz o incluso una pequeña directiva con un rotor al extremo de un mástil. La antena dipolo de 1/2 onda. Desde el punto de vista eléctrico y considerando la fiabilidad de predicción de su comportamiento, la facilidad en procurarse los materiales necesarios y su economía, la antena dipolo de media onda alimentada por el centro es la opción que debería considerar en primer lugar el radioaficionado aprendiz. Una antena horizontal de media onda, despejada y elevada por lo menos un 1/4 de onda sobre cualquier obstáculo, proporciona buena cobertura para distancias cortas y medias y es capaz de dar alguna agradable sorpresa en distancias largas.

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La longitud total de una antena dipolo de hilo es algo menor que la correspondiente a la media onda en el aire debido al efecto puntas de los conductores (capacidad del hilo más los aisladores extremos). Así pues, una antena para la frecuencia de 21,175 MHz (centro del segmento de fonía para EC) debería tener unos 6,85 m. Un dipolo del mismo tipo para el segmento de CW de la banda de 40 metros (7,025 MHz) mide 20,64 m. Las medidas anteriores son válidas suponiendo que el diámetro del conductor empleado es muy reducido comparado con la longitud de la onda a radiar. Si el conductor de la antena es grueso se debe aplicar un factor de reducción. El diagrama de radiación vertical de un dipolo depende grandemente de su distancia al suelo y de las características de éste, lo cual explica en parte las enormes diferencias de comportamiento de antenas aparentemente iguales, situadas en lugares distintos.

 3.2.2 La antena vertical de 1/4 de onda El más conocido dipolo asimétrico es la antena de cuarto de onda con plano de tierra artificial, conocida como ground plane. El plano de tierra se simula mediante varios radiales de un cuarto de onda extendidos por debajo del elemento radiante vertical y conectado a la malla del cable de alimentación. La práctica demuestra que en HF 30 o 40 radiales de un 1/4 de onda y separados del suelo proporcionan excelentes resultados. En VHF y UHF, donde por lo general las antenas verticales se instalan cierta altura sobre el suelo, el número puederadiante, ser mucho más reducido. Con alos radiales en ángulo recto respectode alradiales elemento la impedancia de la antena es de 36 ohms. A medida que los radiales forman un ángulo más obtuso respecto al elemento radiante, la impedancia del sistema aumenta. La antena vertical mínima debe tener un 1/4 de onda eléctrico, lo que no significa que tenga la longitud física de una cuarta parte de la longitud de la onda a transmitir. La longitud física de una antena autorresonante para las bandas de onda más larga y especialmente en la banda de 160 metros, puede ocasionar problemas mecánicos para su sustentación de modo que, en general, se la hace menor a la teórica de 1/4 de onda y aún funciona bastante bien. Las antenas verticales cortas se «alargan» artificialmente bien añadiéndoles una inductancia en la base o una capacidad en el extremo superior.

 3.2.3 El dipolo en V invertida Cuando el espacio disponible no permite extender el dipolo horizontalmente en toda su longitud, se puede adoptar la configuración de las antenas dipolo en V invertida, que son una buena solución y que presenta incluso algunas ventajas frente al dipolo horizontal.

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Esta antena se instala utilizando un solo mástil, que la sustenta por su centro o suspendida de una driza. Con un ángulo de 90º entre las ramas en el vértice, esta antena presenta un diagrama de radiación prácticamente omnidireccional, ángulos de salida bajos y una impedancia próxima a los 50 ohms, que la hace apta para ser alimentada con cable coaxial.

 3.2.4 Antenas para espacios reducidos Para las bandas de 80 y 160 metros, en muchas ocasiones no es materialmente posible extender un dipolo de media onda. Es preciso entonces, tratar de acomodar las ramas de la antena al espacio disponible, doblándolas en el plano horizontal o decidirse por una antena vertical. Combinando varios procedimientos es posible construir antenas cuya longitud física sea la mitad o aún menos de la que teóricamente le correspondería y aún así ser muy eficientes. No es infrecuente, por ejemplo, ver antenas dipolo rígidas para la banda de 40 metros cuya longitud total no supera los 10 m. Con todo, no hay que olvidar que cualquier reducción de tamaño de una antena comporta inevitablemente una reducción del ancho de banda útil, así  como un descenso del rendimiento total debido, entre otras cosas, a las pérdidas acumulado en los elementos añadidos.

 3.2.5 Antenas cortas con inductancias Uno de los procedimientos usuales para alargar eléctricamente las antenas comporta el uso de inductancias en sus El manualmente cálculo del valor de usarse esas inductancias es bastante complicado pararamas. hacerlo por ylo posición que deben programas de ordenador que lo resuelven con buena exactitud. No es válida la simplificación de acortar la antena simplemente arrollando el exceso de hilo sobre un soporte cualquiera formando una bobina; la inductancia necesaria de esa bobina depende de la posición que ocupe sobre el dipolo y de la longitud total de éste, así  que sería sólo casualidad acertar con todas las variables.

 3.2.6 Antenas cortas con cargas lineales  Otro método de reducir la longitud física de las antenas, manteniendo la resonancia y ofreciendo una resistencia de radiación conveniente y bajas pérdidas, es el uso de las llamadas cargas lineales, consistentes en plegar sobre sí mismo parte del conductor de la antena; el cálculo de las dimensiones de esa configuración es muy complejo y debe realizarse con la ayuda de un programa de ordenador.

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 3.2.7 Antenas cortas con carga capacitiva Un tercer procedimiento para alargar artificialmente una antena es añadir capacidad al extremo de la misma. Esta capacidad está compuesta por lo general por una red de conductores (cruz, polígono, etc.) conectada al extremo del conductor que se quiere alargar eléctricamente. Un medio para añadir carga Capacitiva a un mástil radiante vertical es utilizar una sección de los vientos superiores, que se conectan eléctricamente al vértice del mástil, formando las aristas de un polígono cónico. Si la reducción de longitud es considerable, una antena de ese tipo presenta una baja resistencia de radiación, que complica asimismo el problema de las pérdidas del sistema de tierra.

 3.2.8 Antenas dipolos multibanda  Un dipolo resuena, además de en su frecuencia natural, a frecuencias múltiplos de aquella; a ciertas frecuencias, la impedancia en el punto de alimentación hace que la ROE resultante sea muy elevada. Es posible, sin embargo, hacer resonar una antena en varias bandas manteniendo su impedancia en valores próximos a la del cable coaxial haciendo uso de trampas de onda, que dividen la antena en banda variosdeterminada. tramos, cada uno de los cuales, añadido al anterior, haceeléctricamente resonar a la antena en una Las trampas de onda actúan prácticamente como un interruptor a su frecuencia, aislando las secciones subsiguientes de la antena. A una frecuencia inferior, la trampa presenta reactancia inductiva, alargando así eléctricamente la rama. Es posible combinar los distintos valores de forma que la antena resuene en dos o más bandas con una impedancia adecuada para ser alimentada con cable coaxial. Una popular antena de ese tipo es el dipolo para dos bandas (típicamente para 80 y 40 metros) que desarrolló W3DZZ hace ya muchos años. En el número 180 (diciembre 1998) de CQ Radio Amateur y en su página 24 se incluye un excelente artículo de G. Murphy, VE3ERP, que ofrece varias antenas multibandas con trampas LC, ya resueltas. Otra popular antena multibanda es la desarrollada por John Varney, G5RV, de la cual se han desarrollado varias versiones, cortas y largas, que no es difícil de construir.

 3.2.9 Antenas para VHF Y UHF Dada la menor longitud de onda de las señales de VHF y UHF, las dimensiones de las antenas básicas (dipolo, vertical con plano de tierra, etc.) son proporcionalmente menores y por ello mismo en esas bandas son posibles formaciones de mayor ganancia.

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 3.3 Antenas verticales para V-UHF Una sencilla antena vertical de 1/4 de onda con plano de tierra artificial puede proporcionar buenos resultados en un entorno urbano. Inclinando los radiales hacia abajo se logra rebajar el ángulo de radiación y elevar la impedancia hasta los 50 ohms convenientes para alimentarla con cable coaxial. Combinando varias antenas verticales con sus elementos en línea se obtiene la antena denominada colineal, con la que se logran mayores prestaciones al concentrar la energía en un menor ángulo vertical, de forma que no se desperdicia energía hacia lo alto. Comercialmente se ofrecen antenas de este tipo que resultan prácticas y convenientes de instalar, tanto en situaciones fijas como sobre un vehículo. La comunicaciónenenFM VHF o UHF a polarización través de repetidores o digitales) se efectúao exclusivamente y utilizando vertical, (analógicos por lo que las antenas verticales direccionales ofrecen una excelente solución para repetidores relativamente cercanos.

 3.3.1 Antenas direccionales para V-UHF Cuando se desea incrementar el alcance de la estación en VHF o UHF es necesario optar por una antena direccional, fija o acoplada a un rotor. Dadas las dimensiones relativamente reducidas de estas antenas, incluso con múltiples elementos, es factible mejorar sustancialmente el alcance de un equipo sin necesidad de apelar a amplificadores utilizando antenas direccionales.

 3.3.3 Aspectos legales de la instalación de antenas El Reglamento de Radioaficionados, la Ley de Antenas, La Ley de Ordenación de Comunicaciones y la jurisprudencia sobre el tema amparan el derecho de todo radioaficionado con licencia a instalar y utilizar un sistema de antenas adecuado. Las comunidades de vecinos o los propietarios de fincas arrendadas no pueden oponerse a la instalación de una antena de radioaficionado en la zona comunitaria sin mediar razones muy especiales. Son numerosas las sentencias firmes dictadas en contra de comunidades de vecinos que trataron de impedir ese derecho. Sin embargo, la instalación de la antena debe adecuarse a unos requisitos técnicos que es preciso cumplir para que pueda ser aprobada por la Inspección de Telecomunicaciones y beneficiarse así de la protección legal. La elección de la antena más adecuada es un compromiso entre multitud de factores, entre los que destaca el tipo de comunicaciones que desee practicar. Estudie atentamente su caso particular, pida la opinión de algunos colegas expertos y esboce un proyecto de lo que crea oportuno instalar.

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No desaproveche cualquier ocasión para construir y ensayar personalmente alguna antena sencilla de hilo; la experiencia ganada con la experimentación es irreemplazable y, aunque inicialmente algún montaje no proporcione los resultados esperados.

Fig. 3.9 Tipos de antenas 

Fig. 3.9 La "Tunrstile" que es la mostrada en el punto (a). Esencialmente tiene dos partes radiantes con una longitud de media onda desfasadas 90º y puestas en fases de cuadratura. Esta alimentada por un sistema de alimentación de líneas de transmisión. Cuando corrientes iguales son usadas en dos radiadores, el diagrama direcciones en el plano horizontal es un circulo deformado que va tendiendo a un cuadrado. La separación vertical entre elementos apilados es de media onda. La antena Turnstile esta adaptada para el uso de una banda de transmisión por el empleo de conductores largos y un cuidado extremo de todos los detalles. Una sección cruzada de dicha antena esta mostrada en la figura (B) donde se ve una antena usada en el Empire State, donde los conductores con diámetros de un cigarrillo y las partes adyacentes centradas son superficies de revoluciones sobre las líneas AC y BD. Líneas separadas de transmisión son proveídas en F para cada uno de los cuatro radiadores.

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La figura (C) es un "Aldorf Loop" que es en forma de cuadrado, donde el largo de cuyo vértice es una cuestión de diseño, pero por propósitos descriptivos puede ser tomado por aproximadamente un tercio de longitud de onda. La corriente es entregada como se muestra en la figura, las corrientes en los cuatro radiadores son iguales en magnitud y parecidas en fase como se muestra en las flechas del diagrama. En apilamiento en un espacio vertical se usa una distancia de media onda. La figura (d) muestra una antena circular que también se llama antena de loop. Los dos conductores circulares radiantes están eléctricamente rotos en B por un condensador plano paralelo sin perdida de continuidad mecánica y de fuerza, toda la construcción es capaz de ser soportada desde el punto A. El círculo mas bajo esta roto en C, de donde el sistema es alimentado en la forma de "Folded Dipole" (Dipolo Doblado) el "largo eléctrico" de la circunferencia (Tomando en cuenta la carga capacitiva de B) es de media onda. Físicamente es menos que esto. Esta antenaElesta enganchada a un mástil en el puntolaAcircunferencia y por lo tanto metálicamente a tierra. mástil esta dentro de la circunferencia. La forma direcciones horizontal es elíptica, la máxima diferencia en campo de fuerza es un poco menos que dos db. Cuando estas unidades están apiladas en vertical el espacio entre ellas es de una longitud de onda. La antena "Coverleaf" esta mostrada en la figura (e). Esta consiste en una torre de estructura metálica delgada. En el centro hay un conductor que junto con la torre misma forman un sistema de transmisión coaxial. Las "Hojas" radiantes están agarradas como se muestra en la figura, formando una circunferencia horizontal compuesta. El largo de cada uno de estos conductores el de aproximadamente 0.4 de longitud de onda. En apilamientos se usan intervalos de media longitud de onda. El diagrama horizontal prácticamente circular. La antena Cohete que se muestra en la figura (f), es un cilindro vertical cerrado metálicamente en sus dos extremos, pero tiene una grieta abierta en un elemento del cilindro como muestra la figura (slot), Esta alimentado como se muestra en el lugar donde se ve un corte en el cilindro estableciendo un voltaje a través de la grieta. La antena tiene un efecto externo como una distribución vertical de circunferencias horizontales. Las unidades apiladas son puestas muy juntas. El diámetro es más o menos que media longitud de onda. La figura (g) es una antena de circunferencia horizontal que tiene un particular sistema de alimentación coaxial. La antena logarítmica consiste en una red de dipolos que tienen dimensiones y espaciados que varían en progresión geométrica. En lugares en donde el campo es relativamente elevado o también en servicio móvil, la antena logarítmica puede proporcionar una elección de señal que ningún otro tipo de antena será capaz de conseguir.

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Unidad IV Codificadores y Decodificadores Anteriormente para nuestros módulospara de radiofrecuencia un decodificadormencionamos (HT-12D) y que un codificador (HT-12E), dejar más claro elutilizaríamos por que los utilizamos consideraremos lo siguiente: En un sentido general, se puede decir que:

Codificador: Es un circuito hecho para pasar información de un sistema a otro con clave diferente, y en tal caso un  Decodificador: sería el circuito o dispositivo que retorne los datos o información al primer sistema. Debido a que el caso que nos ocupa es el de la lógica digital, y en especial la aritmética binaria, hemos de dar sentido más directo a los términos "codificador" y "decodificador". Un codificador es un bloque combinacional hecho para convertir una entrada no binaria en una salida de estricto orden binario. En otras palabras, es un circuito integrado por un conjunto de componentes electrónicos con la habilidad para mostrar en sus terminales de salida un word binario (01101, 1100, etc.), equivalente al número presente en sus entradas, pero escrito en un código diferente. Por ejemplo, un Octal-to-binary encoder es un circuito codificador con ocho entradas (un terminal para cada dígito Octal, o de base 8) y tres salidas (un terminal para cada bit binario). Los codificadores pueden, también, proporcionar otras operaciones de conversión, tal como ocurre en las calculadoras de bolsillo con el teclado: El Keyboard (teclas, llaves) encoder convierte la posición de cada tecla (No. 9, No. 3, No. 5, +, %, etc.) en su correspondiente word asignado previamente. Un ejemplo de lo anterior es el teclado codificador en ASCII (American Standard Code for Information Interchange), que genera el word de 7 bits 0100101 cuando es presionada la tecla del porcentaje (%). El decodificador es un circuito combinacional diseñado para convertir un número binario (entrada) en word de "unos" y "ceros" (niveles altos y bajos de voltaje) con un orden distinto, para ejecutar un trabajo especial. En otras palabras, el word que sale es diferente al word que entró, aunque tenga la misma cantidad de bits. En Electrónica Digital es a menudo necesario pasar un número binario a otro formato, tal como el requerido para energizar los siete segmentos de los display hechos con diodos emisores de luz, en el orden adecuado para que se ilumine la figura de un individual número decimal.

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Los decodificadores son también usados en los microprocesadores para convertir instrucciones binarias en señales de tiempo, para controlar máquinas en procesos industriales o implementar circuitos lógicos avanzados. El decodificador convierte números binarios en sus equivalentes Octales (base 8), decimales (base 10) y Hexadecimales (base 16). Por lo tanto queda claro que utilizamos el codificador HT-12E para transformar la señal en forma de onda electromagnética que manda nuestro circuito emisor TWS-433, en una señal de orden binario, la cual será mas fácil de manipular utilizando el decodificador HT-12D, que capta la señal de salida del codificador y la transforma en otra con un orden distinto para ejecutar un trabajo especial.

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Unidad V  Inversión del sentido de giro en motores de corriente continua  Continuando conmóvil el desarrollo este prototipo, concluimos de poder controlar nuestro (carrito) adedistancia y sin cabales, es fácil que hacer además que avance hacia delante, pero para tener un trabajo más completo es necesario que pueda retroceder, es decir avanzar hacia atrás, para lo cual es necesario invertir el giro en el avance del móvil, específicamente en los motores que controlan dicho avance, lo cual lo realizaremos, con un sistema de control, es decir con solo oprimir uno o más botones, esto para que el trabajo quede lo más automatizado posible. Por lo cual aquí tenemos todas las consideraciones necesarias para el cumplimiento de este objetivo. Para invertir el sentido de giro(con de un de c.c., basta con la polaridad la tensión aplicada en sus bornes lo motor cual varía el sentido de lainvertir corriente que circuladepor su bobinado), y hacer así que el par de fuerzas que originan el giro del motor sea de sentido contrario. Otro método de invercion del sentido de giro es el de invertir la polaridad del campo magnético producido por las bobinas excitadoras, esto solo puede hacerse en máquinas que tengan acceso a dichas bobinas desde el exterior. Como normalmente los motores de c.c. no tienen accesibles las bobinas de excitación, en este estudio nos centraremos en controlar el sentido del giro de los motores invirtiendo la polaridad de la tensión aplicada en bornes del mismo.

 5.2 Métodos de controlar el sentido de giro de los motores de c.c. Con dos Fuentes de Alimentación simétricas, y el circuito en medio puente. Puede hacerse eléctricamente con interruptores o electrónicamente mediante transistores. Es muy sencillo de construcción y de funcionamiento. Con una sola señal de control se gobierna el sentido de giro del motor. Ventajas.

 Inconvenientes. Son necesarias

dos tensiones de alimentación.

Con un sola Fuente de Alimentación y el circuito en puente. Su realización puede ser con interruptores o con transistores al igual que el anterior Ventajas. Solamente

es necesaria un a Fuente de Alimentación para su funcionamiento. Es el circuito más utilizado.  Inconvenientes. Son

necesarias dos señales de control para gobernar el sentido de giro del

motor.

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En las siguientes figuras se muestras dos diferentes maneras de construir el puente de transistores, junto con esquemas de bloques de su funcionamiento: Utilizando una fuente de alimentación simétrica y el siguiente circuito:

Fig. 5 Inversión de giro utilizando una fuente de alimentación simétrica

Montaje en medio puente Con una sola Fuente de Alimentación el circuito siguiente:

Fig. 5.2 Inversión de giro utilizando una sola fuente de alimentación

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Existen muchas más formas de controlar el sentido de giro de un motor, más sencillas o más complejas, pero con todas se llega a la misma finalidad, el control del sentido de giro de un motor.

 5.2.1  Puente “H”   La forma más común es utilizando el puente H, el cual se puede hacer de dos formas: Forma electromecánica:

Que se compone utilizando dos mini relevadores a 6v (Fig. 5.3), y para acoplarlos a un circuito de control de arranque y paro, se utiliza un arreglo con transitares (TIP 41 O BC548), Conectando a la base del transistor una resistencia de 1Kohm, la cual proviene de unacolector de nuestras circuito de control, el emisor del transistor se conectacon a tierra y el va a salidas una de del nuestras entradas de uno de los dos mini relevadores, el otro transistor se realiza la misma conexión pero ahora acoplada a la otra salida de nuestro circuito de control (Fig. 5.4).

Fig. 5.3 Puente “H” electromecánico 

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Fig. 5.4 Puente “H” electromecánico acoplado a un circuito

de control  

Forma electrónica:

Esta se compone de cuatro transistores TIP 41, que se agrupan como se muestra en el siguiente diagrama (fig. 5.5):

Fig. 5.5 Puente “H” electrónico 

Pero por suerte hoy en día la ciencia y la tecnología avanzan rápidamente, existe un circuito integrado que ti ene esta conexión del puente “H” en su interior este C.I. es el L293. El cual también puedes ocupar para realizar la inversión de giro de un motor.  

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 5.2.3 Control de dirección por medio del circuito integrado L293B Descripción: Control basado en el driver L293B de 4 canales capaz de proporcionar en cada una de sus salidas hasta 1A y dispone de entrada de alimentación separada para los drivers. Los pines de conexión del C.I. L293B se muestran en la figura 5.6.

Fig. 5.6 Pines del C.I. L293

Funcionamiento: Cada canal o driver es controlado por medio de una señal de control compatible TTL (no superior a 7V) y los canales se habilitan de dos en dos por medio de las señales de control EN1 (canal 1 y 2) y EN2 (canal 3 y 4), en la tabla 5 vemos el funcionamiento de las entradas y como responden las salidas.

ENn H H L L

INn H L H L

OUTn H L Z Z

Tabla 5 funcionamiento de las entradas y como responden las salidas.

H=Nivel Alto "1" -- L=Nivel Bajo "0" -- Z = Alta Impedancia Así pues, vemos que poniendo a nivel alto la entrada de habilitación "EN" del driver, la salida de este "OUT" pasa de alta impedancia al mismo nivel que se encuentre la entrada del driver "IN" pero amplificado en tensión y en corriente, siendo esta de 1A máximo. La tensión de alimentación del circuito integrado no es la misma que se aplica a las carga conectada a las salidas de los drivers, y para estas salidas se a de alimentar el driver por su patita número 8 (Vs), la tensión máxima aplicable a estas patitas es de 36V. Como este integrado no dispone de disipador, se recomienda hacer pasar una pista ancha de circuito impreso por las patitas de masa que junten todas estas y al mismo tiempo haga de pequeño disipador térmico. TESINA: “CONTROL INALÁMBRICO A DISTANCIA DE UN MÓVIL”

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 5.2.4 Aplicación práctica: Con un L293B podemos tener control bidireccional con 2 motores o control unidireccional con 4 motores, a continuación vamos a ver como se han de conectar los motores. En la figura 5.7 vemos las dos formas de conectar un motor para control unidireccional, M1 se activa al poner la entrada del driver conectado a este, a nivel bajo "0", mientras que M2 se activa al poner la entrada del driver a nivel alto "1" y se para al ponerla a nivel bajo "0". Control Unidireccional:

Fig. 5.7 Formas de conectar un motor para control unidireccional

La entrada enable es como un interruptor general y deberá ponerse a nivel alto "1" para poder con los drivers que controla, o a nivel bajo "0" si se quiere desconectar el controloperar de estos. "Vs" será la tensión de alimentación necesaria para los motores. Los diodos modelo 1N4007 son para proteger el circuito de los picos de arranque y parada de los motores debido a la corriente inversa inducida por estos. Control Bidireccional:

En el siguiente circuito (Fig. 5.8) vemos el modo de conectar un motor para permitir controlarlo tanto hacia delante como hacia atrás.

Fig. 5.8 Modo de conectar un motor para permitir controlarlo tanto hacia delante como hacia atrás.

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Para tener el control de dos direcciones o bidireccional se usan dos de drivers del L293B conectando sus salidas a los polos del motor, entonces podremos cambiar la polaridad de alimentación del motor con tan solo cambiar de estado las entradas de los drivers. Por ejemplo, para que el motor gire hacia la derecha pondremos la entrada "A" a nivel alto "1" y "B" a nivel bajo "0" y para hacer girar el motor a la izquierda tendremos que invertir las señales de entrada de tal manera, la entrada "A" a nivel bajo "0" y "B" a nivel alto "1". Los diodos son como en el caso anterior para proteger el integrado de corrientes inversas.

 5.2.5 Circuito de control  Anteriormente mencionamos que podíamos manipular ese intercambio en el giro de un motor, mediante un circuito de control de arranque y paro (control electrónico), el cual podemosenrealizar mediante una combinación de compuertas lógicas (Fig. 5.9), como se muestra el siguiente circuito:

Fig. 5.9 circuito de control 

 El cual funciona de la siguiente manera:   

Al presionar B.A.1 (botón de arranque), la compuerta OR en la parte superior del diagrama adquiere un “1” en una de sus entradas, lo que produce también un “1” en su salida.

 

Inicialmente la salida B se considera como un “0”, el cual pasa por una NOT conectada a una de sus entradas, por ello, la AND de tres entradas contiene en ella dos “1”; (Si consideramos el punto anterior). 

 

El B.P. (botón de paro) proporciona también un “1” en esta AND, lo que causa que a su salida haya también un “1”. Activando la salida A.  

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En este momento el B.A.1 no importara que regrese a su estado inicial, ya que la salida de la AND proporciona un “1” Continuo en una entrada de la OR lo cual provoca un estado de enclavamiento.

 

Al mismo tiempo que la salida A es activada, la AND inferior queda deshabilitada  para proporcionar un “1”, por que el “1” de la salida A pasa a la NOT inferior, y como sabemos si una AND tiene un “0” sin importar el estado de las demás entradas. Por ello si la salida A se activa, la salida B se desactiva forzosamente. Esto se hace con el objetivo de evitar que se activen las dos señales al mismo tiempo y que puedan generara algún percance al sistema generalmente un corto circuito.

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El análisis de la parte inferior se hace de la misma manera que el anterior.

Este operación es el circuito de control el cual proporciona mandohacia para la determinar que deseamos efectuar por simplemente ejemplo salida A: giro delel motor derecha, salida B: giro del motor hacia la izquierda. Pero para realizar la inversión de giro debemos acoplarlo un puente “H” como los que se describieron anteriormente. Si observas los circuitos del puente H tienen las entradas A y B que son las salidas de este circuito de control.

Hemos hablado sobre como cambiar la dirección del sentido de giro de un motor de c.c., para conocer más sobre estos motores analicemos lo siguiente:

 5 .2.6 Motores de C.C. El descubrimiento de que la electricidad produce campos magnéticos, y tiempo después, el descubrimiento de que es un fenómeno reversible, es decir, que un campo magnético produce electricidad, trajo consigo un gran desarrollo en la tecnología; pues el ingenio de científicos hace que surjan aparatos o dispositivos que basan su funcionamiento en estos dos principios, tal es el caso de motores, transformadores y generadores, eléctricos todos ellos.

 Motor: Un motor no es otra cosa más que una maquina giratoria electromotriz que transforma la energía eléctrica en energía motriz es decir energía mecánica. Con los motores se busca realizar el trabajo de manera más fácil, rápida y con buenos resultados. Todos los motores (fig. 5.10) disponen de un eje de salida para acoplar un engranaje, polea o mecanismo capaz de transmitir el movimiento creado por el motor.

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Fig. 5.10 Motor y su eje de salida

Funcionamiento:

El funcionamiento de un motor se basa en la acción de campos magnéticos opuestos que hacen girar el rotor (eje interno) en dirección opuesta al estator (imán externo o bobina), con lo que si sujetamos por medio de soportes o bridas la carcasa del motor el rotor con el eje de salida será lo único que gire. Para modificar su velocidad podemos variar su tensión de alimentación con lo que el motor perderá velocidad, pero también perderá par de giro (fuerza) o para no perder par en el eje de salida podemos hacer un circuito modulador de anchura de pulsos (pwm) con una salida a transistor de mas o menos potencia según el motor utilizado. Las máquinas de C.C. operan con dos devanados, es decir, uno es el que produce el flujo magnético (inductor) y otro se induce (inducido). El inductor es la parte estática, montado sobre polos y el inducido es la parte giratoria esto en generadores y motores de C.C. Las máquinas de C.C. están esencialmente construidas de: 1.  Un inductor que está constituido por el campo magnético. 2.  Un inducido sobre el cual se produce el fenómeno electromagnético de inducción. 3.  Un conmutador o colector de laminaciones con su sistema de escobillas y porta escobillas. Como cualquier máquina eléctrica rotatoria, las máquinas de C.C. deben tener principalmente las siguientes partes: Son las partes de material magnético que tienen la función de contener al flujo magnético y constituyen lo que se conoce como el núcleo magnético de la máquina, y tienen por lo tanto: Partes Magnéticas.

   

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El núcleo magnético o polos en la parte fija o estática de la máquina. El núcleo magnético del rotor.

Partes Eléctricas:    

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Devanados del inductor, que son bobinas devanadas en los polos. Devanado de armadura (inducido), constituyen las bobinas localizadas en la parte giratoria de la máquina.

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Son las necesarias para la realización del movimiento rotatorio o giratorio y son principalmente el árbol o flecha, los cojinetes o chumaceras, el sistema de lubricación, etc. Partes Mecánicas.

El motor de c.c consiste en una bobina por la que fluye corriente colocada dentro de un campo magnético. Sin embargo, el movimiento de la bobina gire continuamente bajo la influencia de un momento de torsión magnético. Un motor sencillo de CC esta formado por una sola espira suspendida entre dos polos magnéticos por la cual circula una corriente. Para que sea posible la rotación continua de la espira la corriente en la misma se tiene que invertir en forma automática cada vez que gira a 180 grados. Se logra invertir la corriente usando un acumulador de anillo partido. El conmutador consta dededos segmentos de anillos de ellos a cada extremo la espira y aislados entre si.seccionado A medida decada que uno la espira gira, conectados cada escobilla toca primero la mitad del anillo y luego la otra. Por lo consiguiente las conexiones eléctricas se invierten a la mitad de cada revolución en el momento en que la espira queda en posición perpendicular al campo magnético.

 Principales partes de un motor: a) rotor, b) estator, c) conmutador, d) escobillas. 1.    Armadura o rotor: Parte móvil del motor, formada por un núcleo de hierro cilíndrico y acanalado en el que se arrolla el alambre conductor que forma la bobina. Al recibir corriente eléctrica forma uno de los campos magnéticos. 2.   Estator : Es la parte fija del motor formada por un bobinado externo al rotor y ubicado en los costados de éste. Producirá el segundo campo magnético que interactuará con el del rotor para producir el movimiento de éste, Algunos motores traen imanes que funcionan como estatores. 3.  Conmutador: Es el encargado de invertir, en cada segmento de Vuelta, el sentido de la corriente eléctrica que circula por la bobina. 4.   Escobillas: o contactos deslizantes; entran en contacto con el conmutador para transmitirle la corriente eléctrica proveniente de la fuente.

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Unidad VI Componentes Electrónicos Paracircuitos, poder realizar y comprender todo lolamencionado anteriormente, como elelectrónicos análisis de los la conexión de los mismos, utilización de ciertos dispositivos (capacitores, diodos, resistores, transistores, reles etc.), tenemos que tener conocimiento sobre electrónica básica y de potencia, circuitos lógicos, sensores etc. Por lo que a continuación se mencionaran las consideraciones más importantes:

 Electrónica: Es una rama de la física que se encarga de estudiar todos los fenómenos relacionados con el paso de electrones a través de gases, sólidos y en el vacío.

Componentes electrónicos: Son dispositivos, que realizan una función en especial, para que algún elemento tenga ciertas características en su funcionamiento, como resistores, capacitares, bobinas, diodos etc.

 Resistor: Un resistor es un elemento físico, es un dispositivo con un valor conocido de resistencia.

Fig. 6 Símbolo de un resistor 

Un resistor nos sirve para presentar cierta oposición al paso de la corriente eléctrica y que esta no llegue fuerza presenta e intensidad unelectrones elemento ao través un circuito electrónico, es con decirtanta el resistor unadirectamente oposición al sobre flujo de de si mismo y sirve para proteger dispositivos electrónicos y circuitos en general; los resistores son elementos muy comunes en electrónica.

Capacitor: Capacitor es un dispositivo que sirve para almacenar cargas eléctricas. Un capacitor ó condensador es un dispositivo formado por dos conductores ó armaduras, generalmente endiferencia forma dedeplacas o láminas, separados por un material dieléctrico, que sometidos a una potencial adquieren una determinada carga eléctrica. 

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A esta propiedad de almacenamiento de carga se le denomina capacidad, o capasitancia y en el Sistema internacional de unidades se mide en Farads (F), siendo un farad la capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a una diferencia de potencial de 1 Volt, estas adquieren una carga eléctrica de 1 coulomb. Como todo componente electrónico el capacitor tiene un símbolo que lo identifica el cual se muestra en la figura 6.2. Al igual que existen diferentes formas de capacitores como se observa en la figura 6.3.

Fig. 6.2 Símbolos de un capacitor  

Usos de un capacitor:

1.  un capacitor puede almacenar y soltar energía cuando se desee. 2.  puede bloquear el paso de corriente continua y al mismo tiempo permitir el paso de corriente alterna. 3.  tiene una reactancia Capacitiva es decir que puede variar con la frecuencia. 4.  al usarse junto con una bobina se pueden hacer ciertos circuitos para que pase la corriente dentro de una banda de frecuencias. 5.  se pueden hacer osciladores para transformar corriente directa a corriente continua. Junto con otros dispositivos como resistencias, transistores y bobinas. 6.  se puede controlar la acción con circuitos temporizados. 7.  se pueden controlar las fases a nuestro antojo.

Fig. 6.3 Diferentes capacitores

 Inductor: También llamados bobinas, son componentes diseñados para almacenar energía eléctrica temporalmente en forma de corriente. Su símbolo es la letra L y su unidad de medida es el henry o henrio. Sus símbolos esquemáticos se muestran en la figura 6.4.

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Usos de un inductor:

1.  pueden oponerse a las variaciones de corriente, produciendo un voltaje grande o pequeño. 2.  pueden producir campos magnéticos. 3.  oscilaciones, apertura y cierre de cargas por medios magnéticos, transferencia de señales de una etapa a otra.

Fig. 6.4 Símbolos de inductores

 Diodo: Dispositivo que permite que la corriente circule a través de el en una solo dirección. Tiene dos terminales ánodo y cátodo. Su símbolo esquemático se muestra en la figura 6.5. y el símbolo para identificarlo en un circuito electrónico se observa en la figura 6.6.

Fig. 6.5 Símbolo esquemático de un diodo

Fig. 6.6 Símbolo del diodo rectificador 

Existen una gran variedad de diodos los cuales cuentan con características especiales. TESINA: “CONTROL INALÁMBRICO A DISTANCIA DE UN MÓVIL”

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 Reguladores: Con el objeto de evitar las variaciones de voltaje en las fuentes de alimentación, es necesario incorporar los circuitos reguladores de voltaje, estos circuitos en algunos casos pueden ser muy simples, ya sea empleando diodo zener y resistencias o bien con circuitos integrados denominados reguladores de voltaje. Uno de los métodos más eficientes que existen en la actualidad para regular voltaje (fig. 6.7), es el uso de los llamados reguladores de voltaje a base de circuitos integrados con tres terminales (fig. 6.8). En los circuitos integrados, se encuentran agrupados algunos componentes como son: transistores, diodos y resistencias que en su conjunto forman el circuito regulador de voltaje. Estos circuitos se fabrican para valores de voltaje de salida fijos, por ejemplo: 5 volts, 12 volts, 15 volts, etc. Como nuestros módulos (TWS-433, RWS-433) de radiofrecuencia son muy delicados y costosos, es necesario tener mucho cuidado a la hora de trabajar con ellos, esto en cuanto a las variaciones de tensión que puedan existir a la hora de alimentar nuestro circuito, por lo que es conveniente colocar un regulador de tensión a la alimentación de nuestro circuito, nosotros ocupamos el C.I. 7805, el cual es un regulador muy eficiente y económico, se puede alimentas hasta 24V, pero no a menos de 8v para que pueda realizar correctamente su función, este regulador nos da a la salida una corriente constante y una tensión de 5V.

Fig. 6.7 Reguladores de tensión

Fig. 6.8 Reguladores de tensión C.I.

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6.2 Sensor foto resistivo  Parasensor que nuestro carritodea lacontrol remoto tuviera algunalootra función decidimos colocarle un dependiente intensidad de la luz, como es una foto resistencia, esto con el fin de que cuando estemos controlando nuestro carrito y este llega a pasar debajo de un lugar oscuro, por ejemplo de bajo de un automóvil se enciendan algunas fuentes luminosas para poder localizarlo y seguir controlándolo correctamente.

¿Pero, qué es un foto resistor? Un  foto resistor  es un dispositivo sensible a la intensidad luminosa, es decir a la hora de conectarlo a circuito electrónico o eléctrico, el foto resistor fungirá como interruptor, dependiendo de la cantidad de luz que incida sobre el cerrara o abrirá el circuito. Los foto resistores (fig. 6.9) son conocidos como LDR (resistencia dependiente de la luz), Cuando no llega luz o es muy poca la cantidad de luz incidente, su resistencia es muy alta (puede ser del orden de millones de ohms), en cambio, cuando tiene luz, la resistencia es baja (del orden de cientos de ohms). Los foto resistores se usan principalmente en relevadores que están controlados por luz, un ejemplo típico son las lámparas de alumbrado público en su encendido, para las cuales se usan fotoceldas, estas fotoceldas tienen un foto resistor en su interior; por lo que un foto resistor es una fotocelda.

Fig. 6.9 Foto resistor 

Como se ha dicho, las fotoceldas son pequeños dispositivos que producen una variación eléctrica en respuesta a un cambio en la intensidad de luz. Las fotoceldas pueden clasificarse como fotovoltaicas o fotoconductivas. Una celda fotovoltaica es una fuente de energía cuyo voltaje de salida varía en relación con la intensidad de luz en su superficie. Una celda fotoconductiva es un dispositivo pasivo, incapaz de producir energía. Su resistencia varía en relación con la intensidad de la iluminación en su superficie.

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El fabricante indica en sus características de las resistencias fotosensibles los siguientes datos:   Disipación máxima de potencia (en mW).   Tensión de pico máxima (en volts).   Resistencia en la oscuridad (valor mínimo dado en Mohms).   Resistencia a un valor dado de luz a una determinada temperatura de color (Lux/K).   Margen de respuesta espectral. Espectro lumínico al que es sensible la LDR (en nm).   Velocidad de variación. Este dato mide la velocidad a la que es capaz de responder a un cambio lumínico de un nivel de 1000 lux a la oscuridad (en km/s). 

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Las fotoceldas se usan en aplicaciones como: 1. Interruptores de luz que pueden conectar (o desconectar) alguna cosa mediante la variación de la luz incidente. 2. Alarmas de paso que accionan un dispositivo de aviso (sirena o campana), cuando la luz que incide en una LDR es interrumpida. 3. Medidores de luz, como por ejemplo, fotómetros, medidores de luz reflejada, etc. 4. Convertidores de luz/frecuencia utilizados en aplicaciones recreativas, como instrumentos musicales, etc. Un foto resistor puede considerarse como un sensor que detecta los cambios en la intensidad luminosa ahora bien:

¿Qué es un sensor? 6.2.1 Sensores Los sensores o transductores, en general, son dispositivos que transforman una cantidad física cualquiera, en otra cantidad física equivalente, nosotros nos referiremos principalmente a los sensores eléctricos, es decir aquellos cuya salida es una señal eléctrica de corriente o voltaje, codificada en forma analógica o digital. Los sensores eléctricos tienen a su salida una señal eléctrica, la cual es una de las más fáciles de manipular. Todo sensor cuanta con una estructura genérica, y cuando el sensor detecta alguna magnitud se dice que esta activo como se muestra en al figura 6.10.

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Fig. 6.10 Estructura genérica de un sensor activo  

Como el campo de los sensores es muy amplio existen infinidad de formas de clasificación, pero nosotros no profundizaremos en este tema, solo necesitamos conocer algunos datos relevantes, a continuación se muestra un cuadro con unas cuantas de las muchas formas de clasificar los sensores (fig. 6.11).

Fig. 6.11 Criterios de clasificación más comunes de los sensores

Los sensores también se pueden clasificar en analógicos y digitales; los sensores digitales  entregan como salida una tensión o una corriente variable en forma de saltos o pasos discretos de manera codificada, decir con su valor representado en algún formato de pulsos o palabras, digamos PWMeso binario.

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Un caso particular de sensores digitales son los detectores todo o nada los cuales, como su nombre lo sugiere, tienen una salida digital codificada de sólo dos estados y únicamente indican cuándo la variable detectada rebasa un cierto valor umbral o límite.

6.2.2 Principios o efectos en los que se basa la aplicación de los sensores Se basan en la aplicación práctica de fenómenos físicos o químicos conocidos y en la utilización de materiales especiales donde dichos fenómenos se manifiestan de forma útil. Los siguientes son algunos de estos principios:      

Efectos resistivos. Efectos capacitivos. Efectos magnéticos y electromagnéticos.

         

Efectos piezoeléctricos y piezoresistivos. Efectos térmicos y termoeléctricos. Efectos ópticos y electroópticos. Efectos autorresonantes. Efectos químicos y electroquímicos.

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Pero nosotros solo estudiaremos el efecto resistivo, por que a este tipo de efecto pertenece nuestra LDR, que pusimos en nuestro carrito a control remoto.   Efectos resistivos:  Variación

de la resistividad o de la conductividad en conductores, semiconductores y aislantes a partir de la magnitud a medir. Ejemplos: sensores resistivos de posición (potenciómetros), esfuerzo mecánico (galgas extensiométricas), temperatura (RTDs, termistores), humedad (fig.6.12) (humistores), campo magnético (magnetorresistencias), luz (fotorresistencias), concentración de gases (SnO2), etc.

Fig. 6.12 Sensores de humedad resistivos

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6.2.4 Compuertas lógicas Recuerdas que cuando hablamos de inversión de giro en motores de C.C. mencionamos un circuito de control para tener dos salidas, controladas cada una por un interruptor y además teníamos otro interruptor de paro, dicho circuito de control estaba diseñado a basé de compuertas lógicas.

¿Pero, qué son las compuertas lógicas? Las compuertas lógicas son un elemento básico de los circuitos digitales en la actualidad. Son circuitos que generan voltajes de salida en función de la combinación de entradas correspondientes Lógicas, enaeste caso seyusaremos la analogía allamada lógica positiva en alalas cualFunciones alto (H) corresponde Verdadero bajo (L) corresponde Falso. Circuitos combinacionales Los circuitos combinacionales generan un estado en sus salidas que es una combinación lógica de las entradas presentes en ese momento, en el momento que cambie la entrada, la salida cambia al correspondiente estado de salida.

6.2.4.1 Compuerta ADN de dos entradas Símbolo y diagrama de pines del 7408 integrado de 4 compuertas AND de 2 entradas en la tecnología TTL (fig. 6.13). En CMOS es el 4081 pero tiene una distribución de pines diferente (consultar el manual).

Fig. 6.13 Compuerta AND

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 Ejemplo de funcionamiento y Tabla de verdad:

Fig. 6.14 Compuerta AND tabla de verdad 

La función lógica que representa la compuerta es: F=A·B y se lee "F igual a A and B". Esto se observa en la tabla de verdad (fig. 6.14).

6.2.4.2 Compuerta AND de tres entradas Símbolo y diagrama de pines del 7411 integrado de 4 compuertas AND de 2 entradas en la tecnología TTL (fig. 6.15). En CMOS es el 4073 pero tiene una distribución de pines diferente (consultar el manual).

Fig. 6.15 Compuerta AND de tres entradas

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 Ejemplo de funcionamiento y Tabla de verdad:

Fig. 6.16 Compuerta AND tabla de verdad 

La función lógica que representa la compuerta es: F=A·B·C y se lee "F igual a A and B and C". Esto se observa en la tabla de verdad (fig. 6.16). En la práctica de los electrónicos se acostumbra usar la analogía L = 0 (se dice cero lógico) y H = 1 (uno lógico), entonces es común usar las tablas así:

A and B B 0 0 1 1

A 0 1 0 1

A and B and C F 0 0 0 1

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

F 0 0 0 0 0 0 0 1

Tabla 6 Tablas de verdad de la compuerta AND

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6.1.4.3  Compuerta OR Tabla 6.2 Tablas de verdad de la compuerta OR

A or B B 0 0 1 1

A or B or C A 0 1 0 1

F 0 1 1 1

C 0 0 0 0 1

B 0 0 1 1 0

A 0 1 0 1 0

F 0 1 1 1 1

11 1

01 1

10 1

11 1

En TTL: 7432 En CMOS: 40

En TTL: 74 En CMOS: 40 

Fig. 6.17 Compuerta OR

6.2.4.4 Compuerta inversor (NOT) En TTL: 7404, En CMOS: 40

Fig. 6.18 Compuerta NOT 

A 0 1

F 1 0

Tabla 6.3 tabla de verdad de la compuerta NOT 

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6.2.4.5  Compuerta NOR Tabla 6.4 Tablas de verdad de la compuerta NOR

A nor B B 0 0 1 1

A nor B nor C A 0 1 0 1

F 1 0 0 0

C 0 0 0 0 1 1 1 1

En TTL: 7402 En CMOS: 40

B 0 0 1 1 0 0 1 1

A 0 1 0 1 0 1 0 1

F 1 0 0 0 0 0 0 0

En TTL: 7427 En CMOS: 40

Fig. 6.19 Compuerta NOR

6.2.4.6 Compuerta NAND Tabla 6.5 Tablas de verdad de la compuerta NAND

A nand B B 0 0 1 1

A 0 1 0 1

A nand B nand C F 1 1 1 0

C 0 0 0 0 1 1

B 0 0 1 1 0 0

A 0 1 0 1 0 1

F 1 1 1 1 1 1

1

1

10

01

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En TTL: 7400 En CMOS: 40

En TTL: 7410 En CMOS: 40

Fig. 6.20 Compuerta NAND

6.2.4.7 Compuerta EXOR

B 0 0 1 1

A 0 1 0 1

F 0 1 1 0

Tabla 6.6 Tabla de verdad de la compuerta EXOR

Fig. 6.21 Compuerta EXOR 

En TTL: 7486, En CMOS: 40

6.2.4.8 Análisis de circuitos combinacionales El análisis consiste en que dado un circuito (fig. 6.22) conocer el valor de sus salidas para cada una de las posibles combinaciones de entrada, este resultado se representa en la Tabla de Verdad del circuito y la función Booleana que representa el circuito.

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 Ejemplo:

Fig. 6.22 Circuito empleando compuertas lógicas 

La función Booleana se obtiene generando la correspondiente expresión para cada compuerta y haciendo los reemplazos hasta obtener una sola expresión que represente todo el circuito.

Reemplazando: La tabla de Verdad se forma con la lista de combinaciones según el número de variables de entrada (ver Funciones Lógicas) y una columna por cada salida del circuito, con cada combinación de entrada se van hallando los valores de salida de cada compuerta usando las tablas de verdad de cada función básica hasta calcular el valor de la salida del circuito y se va colocando el correspondiente valor en la tabla, en la gráfica siguiente se ven los valores para la combinación de entrada A=0 B=0 C=0: F1= (0 negado)=1 F2= (0 negado)=1 F3= (0 nand 1)=1 F4= (1 or 0)=1 F= (1 exor 1)=0

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B A F1 F2 F3 F4 F

C 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

1 0 1 0 1 0 1 0

1 1 0 0 1 1 0 0

1 1 1 1 0 1 0 1

1 1 0 1 1 1 0 1

0 0 1 0 1 0 0 0

Tabla 6.7 Tabla de verdad del circuito mostrado.

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Unidad VII Transistores y Electrónica de Potencia  Con el desarrollo tecnológico evolución electrónica, capacidad de los dispositivos semiconductores paraysoportar cada de vez la mayores niveles lade tensión y corriente ha permitido su uso en aplicaciones de potencia. Es así como actualmente los transistores son empleados en convertidores estáticos de potencia, controles para motores, llaves de alta potencia, principalmente Inversores. Pero su principal uso esta basado en la amplificación de corriente dentro de un circuito.

Fig. 7 Transistores.

7.2 Electrónica de Potencia Es una rama de la electrónica que se refiere a la aplicación de dispositivos electrónicos, principalmente semiconductores, al control y transformación de potencia eléctrica. Esto incluye tanto aplicaciones en sistemas de control como de suministro eléctrico a consumos industriales o incluso la interconexión sistemas eléctricos de potencia. El principal objetivo de esta disciplina es el procesamiento de energía con la máxima eficiencia posible, por lo que se evitan utilizar elementos resistivos, potenciales generadores por efecto Joule. Los principales dispositivos utilizadosenpor modo tanto son bobinasde ypérdidas condensadores, así como semiconductores trabajando corte/saturación (on/off). Para estas aplicaciones, se han desarrollado una serie de dispositivos semiconductores de potencia, todos los cuales derivan del díodo o el transistor. Entre estos se encuentran:        

   

 



Tiristor (SCR en inglés) Triac IGBT IGCT MCT

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Dichos dispositivos son empleados en equipos que se denominan "Convertidores Estáticos de Potencia", clasificados en:        

   

Rectificadores: Convierten Corriente Alterna en Corriente Continua Inversores: Convierten Corriente Continúa en Corriente Alterna Cicloconversores: Convierten Corriente Alterna en Corriente Alterna Choppers: Convierten Corriente Continua en Corriente Continua

En la actualidad esta disciplina está cobrando cada vez más importancia debido principalmente a la elevada eficiencia de los convertidores electrónicos en comparación a los métodos tradicionales, y su mayor versatilidad. Un paso imprescindible para que se produjera esta revolución fue el desarrollo de dispositivos capaces de manejar las elevadas potencias necesarias en tareas de distribución eléctrica o manejo de potentes motores. Las principales aplicaciones de los convertidores electrónicos de potencia son las siguientes: En la actualidad han cobrado gran importancia un subtipo de fuentes de alimentación electrónicas, denominadas "fuentes de alimentación conmutadas". Estas fuentes se caracterizan por su elevado rendimiento y reducción de volumen necesario. El ejemplo más claro de aplicación se encuentra en la fuente de alimentación de los ordenadores. Fuentes de alimentación:

La utilización de convertidores electrónicos permite controlar parámetros tales como la posición, velocidad o par suministrado por un motor. Este tipo de Control de motores:

control se utiliza en la actualidad en los sistemas de aire acondicionado. Esta técnica, denominada comercialmente como "inverter" sustituye el antiguo control encendido/apagado por una regulación de velocidad que permite ahorrar energía. Consiste en el calentamiento de un material conductor a través del campo generado por un inductor. La alimentación del inductor se realiza a alta frecuencia, generalmente en el rango de los kHz, de manera que se hacen necesarios convertidores electrónicos de frecuencia. La aplicación más vistosa se encuentra en las cocinas de inducción actuales. Calentamiento por inducción:

Como se ha comentado anteriormente son innumerables las aplicaciones de la electrónica de potencia. Además de las ya comentadas destacan: sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI), sistemas de control del factor de potencia, balastos electrónicos para iluminación a alta frecuencia, interfase entre fuentes de energía renovables y la red eléctrica, etc... Otras:

Las líneas de investigación actuales buscan la integración de dispositivos de potencia y control en un único chip, reduciendo costes y multiplicando sus potenciales aplicaciones. No obstante existen dificultades a salvar como el aislamiento entre zonas trabajando a altas tensiones y circuitería de control, así como la disipación de la potencia perdida.

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7.3 Semiconductores de alta potencia

Dispositivo Rectificadores estándar o rápidos Transistores de potencia Tiristores estándar o rápidos GTO

Intensidad máxima 50 a 4800 Amperios 5 a 400 Amperios 40 a 2300 Amperios 300 a 3000 Amperios

Tabla 7 Semiconductores de alta potencia

 Aplicaciones:    

 

Tracción eléctrica: troceadores y convertidores. Industria:   Control de motores asíncronos.   Inversores.   Caldeo inductivo.   Rectificadores.   Etc. o o o o o

7.3.1 Módulos De Potencia

Dispositivo Módulos de transistores SCR / módulos rectificadores Módulos GTO IGBT

Intensidad máxima 5 a 600 A. 1600 V. 20 a 300 A. 2400 V. 100 a 200 A. 1200 V. 50 a 300A. 1400V.

Tabla 7.2 Módulos de potencia

 Aplicaciones:        

   

Soldadura al arco. Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI). Control de motores. Tracción eléctrica.

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7.3.2 Semiconductores De Baja Potencia

Dispositivo SCR Triac Mosfet

Intensidad máxima 0'8 a 40 A. 1200 V. 0'8 a 40 A. 800 V 2 a 40 A. 900 V.

Tabla 7.3 Semiconductores de baja potencia

 Aplicaciones:          

    

Control de motores. Aplicaciones domésticas. Cargadores de baterías. Control de iluminación. Control numérico.

7.4 Transistor  El término transistor es la contracción de transfer resistor , es decir, de resistencia de transferencia. transistor eselectrónico un dispositivo semiconductor que se utiliza como amplificador oElconmutador (llaveelectrónico electrónica). Es un componente clave en toda la electrónica moderna, donde es ampliamente utilizado formando parte de conmutadores electrónicos, puertas lógicas, memorias de ordenadores y otros dispositivos. En el caso de circuitos analógicos los transistores son utilizados como amplificadores, osciladores y generadores de ondas.

7.4.1 Tipos de transistor Existen distintos tipos de transistores, de los cuales la clasificación más aceptada consiste en dividirlos en transistores bipolares o BJT ( bipolar junction transistor ) y transistores de efecto de campo o FET ( field effect transistor ). La familia de los transistores de efecto de campo es a su vez bastante amplia, englobando los JFET, MOSFET, MISFET, etc. La diferencia básica entre ambos tipos de transistor radica en la forma en que se controla el flujo de corriente. En los transistores bipolares, que poseen una baja impedancia de entrada, el control se ejerce inyectando una baja corriente (corriente de base), mientras que en el caso de los transistores de efecto de campo, que poseen una alta impedancia, es mediante voltaje (tensión de puerta).

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7.4.2 El Transistor de potencia El funcionamiento y utilización de los transistores de potencia es idéntico al de los transistores normales, teniendo como características especiales las altas tensiones e intensidades que tienen que soportar y, por tanto, las altas potencias a disipar. Existen tres tipos de transistores de potencia:      

  

Bipolar. Unipolar o FET (Transistor de Efecto de Campo). IGBT.

Parámetros Impedancia de entrada Ganancia en corriente Resistencia ON (saturación) Resistencia OFF (corte) Voltaje aplicable Máxima temperatura de operación Frecuencia de trabajo Coste

MOS Alta (1010 ohmios) Alta (107) Media / alta Alta Alto (1000 V) Alta (200ºC) Alta (100-500 Khz) Alto

Bipolar Media (104 ohmios) Media (10-100) Baja Alta Alto (1200 V) Media (150ºC) Baja (10-80 Khz) Medio

Tabla 7.4 Transistores de potencia

El IGBT ofrece a los usuarios las ventajas de entrada MOS, más la capacidad de carga en corriente de los transistores bipolares:        

  

Trabaja con tensión. Tiempos de conmutación bajos. Disipación mucho mayor (como los bipolares).

Nos interesa que el transistor se parezca, lo más posible, a un elemento ideal:      

  

     

  

Pequeñas fugas. Alta potencia. Bajos tiempos de respuesta (ton, toff), para conseguir una alta frecuencia de funcionamiento. Alta concentración de intensidad por unidad de superficie del semiconductor. Que el efecto avalancha se produzca a un valor elevado (VCE máxima elevada). Que no se produzcan puntos calientes (grandes di/dt).

Una limitación importante de todos los dispositivos de potencia y concretamente de los transistores bipolares, es que el paso de bloqueo a conducción y viceversa no se hace instantáneamente, sinocapacidades que siempreasociadas hay un retardo (ton, toff). Las causas estos retardos son las a las uniones colector - base fundamentales y base - emisordey los tiempos de difusión y recombinación de los portadores. TESINA: “CONTROL INALÁMBRICO A DISTANCIA DE UN MÓVIL”

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7.5 Modos de trabajo Existen cuatro condiciones de polarización posibles (fig. 7.2). Dependiendo del sentido o signo de los voltajes de polarización en cada una de las uniones del transistor pueden ser:

Fig. 7.2 Modos de trabajo

   Región activa directa:



Corresponde a una polarización directa de la unión emisor base y a una polarización inversa de la unión colector - base. Esta es la región de operación normal del transistor para amplificación.

   Región activa inversa :



Corresponde a una polarización inversa de la unión emisor base y a una polarización directa de la unión colector - base. Esta región es usada raramente.

    Región de corte:



Corresponde a una polarización inversa de ambas uniones. La operación en ésta región corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo apagado, pues el transistor actúa como un interruptor abierto (IC 0).

   Región de saturación:



Corresponde a una polarización directa de ambas uniones. La operación en esta región corresponde a aplicaciones de conmutación en el modo encendido, pues el transistor actúa como un interruptor cerrado (VCE 0).

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Transistores bipolares (BJT - Bipolar Junction Transistor) Un transistor de juntura bipolar está formado por dos   junturas PN en un solo cristal semiconductor, separados por una región muy estrecha. De esta forma quedan formadas tres regiones:    Emisor ,



que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportándose como un metal.

   Base,



 



la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.

Colector , de extensión mucho mayor.

El Transistor bipolar de los ycircuitos electrónicos lineales. funcionamiento se baseEsenladosbase tiposfundamental de cargas: huecos electrones. Esta es la razón porSu la que se denomina bipolar. Los dos tipos más comunes de transistores bipolares son el PNP y el NPN. Estos transistores se fabrican combinando materiales tipo n y tipo p. Los materiales se disponen como dos diodos conectados en oposición. Este arreglo forma tres regiones llamadas, emisor, base y colector. Algunos aspectos que se deben considerar durante la operación de los transistores son los siguientes:  

La unión base emisor no conduce hasta que el voltaje en sentido directo excede a 0.7 volts.

 

Demasiada corriente puede producir que en transistor se caliente y opere en forma incorrecta.

 

Demasiada corriente o voltaje puede dañar o destruir el semiconductor que forma al transistor.







Existen básicamente las siguientes clases de transistores bipolares:      

  

De baja señal y switcheo. De potencia. De alta frecuencia.

Algunas de las aplicaciones de los transistores bipolares son: como interruptor y en la amplificación de corriente continua y corriente alterna. En su funcionamiento normal, la juntura base-emisor está polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, que por ser muy angosta, hay poca recombinación de portadores, y la mayoría pasa al colector. TESINA: “CONTROL INALÁMBRICO A DISTANCIA DE UN MÓVIL”

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PNP

NPN

Fig. 7.3 Símbolos de transistores bipolares

7.6.1 Transistores de efecto de campo (fet - field-effect transistor) Los transistores de efecto de campo o FET más conocidos son los JFET (Junction Field Effect Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET (MetalInsulator-Semiconductor FET). Tienen tres terminales, denominadas puerta (gate), drenador (drain) y fuente (source). La puerta es como el terminal equivalente a la base BJT. El transistor de efecto de acampo se comporta un interruptor controlado pordel tensión, donde el voltaje aplicado la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente. El funcionamiento del transistor de efecto de campo es distinto al del BJT. En los MOSFET, la puerta no absorbe corriente en absoluto, frente a los BJT, donde la corriente que atraviesa la base, pese a ser pequeña en comparación con la que circula por las otras terminales, no siempre puede ser despreciada. Los MOSFET, además, presentan un comportamiento capacitivo muy acusado que hay que tener en cuenta para el análisis y diseño de circuitos. Así como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o FET son también de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo de si la aplicación de una tensión positiva en la puerta pone al transistor en estado de conducción o no conducción, respectivamente. Los transistores de efecto de campo MOS son usados extensísimamente en electrónica digital, y son el componente fundamental de los circuitos integrados o chips digitales.

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P-channel

N-channel

Fig. 7.4 Símbolos de transistores de efecto de campo

7.6.2 Aplicación de los transistores Los transistores pueden emplearse para: conmutar corrientes, voltajes y potencia; efectuar funciones lógicas digitales; y amplificar señales que varían en el tiempo. Cuando se estudia el comportamiento del transistor como parte componente de un circuito electrónico, debe realizarse el análisis, ya sea para señales débiles (pequeñas) o para señales fuertes, que hagan que el semiconductor trabaje en la zona de corte o en la zona de saturación de sus curvas características. Se dice entonces que el transistor actúa como un interruptor (cuando pasa de la región de corte a la de saturación y vuelve luego a la de corte).

Fig. 7.5 Transistor como interruptor 

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7.7 Tiristor El tiristor es un componente o dispositivo semiconductor diseñado para realizar la función de interrupción, o bien efectuar rectificación en forma controlada, trabaja en forma similar a un diodo, ya que sólo permite el paso de corriente en un solo sentido, pero a diferencia del diodo, su conducción está regulada mediante la acción de uno de los electrodos que tiene. Un tiristor es uno de los tipos más importantes de dispositivos semiconductores de potencia. Los tiristores se utilizan en forma extensa en los circuitos electrónicos de potencia. Se operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado conductor. Para muchas aplicaciones se puede suponer que los tiristores son interruptores o conmutadores ideales, aunque los tiristores prácticos presentan ciertas características y limitaciones.

Fig. 7.6 Símbolo de un tiristor y tres uniones

Funcionamiento:

Cuando el voltaje del ánodo se hace positivo con respecto al cátodo, las uniones J1 y J3 tienen polarización directa o positiva. La unión J2 tiene polarización inversa, y sólo fluirá una pequeña corriente de fuga del ánodo al cátodo. Se dice entonces que el tiristor está en condición de bloqueo directo o en estado desactivado, llamándose a la corriente de fuga corriente de estado inactivo. Si el voltaje de ánodo a cátodo se incrementa a un valor lo suficientemente grande, la unión J2 polarizada inversamente entrará en ruptura. Esto se conoce como ruptura de avalancha y el voltaje correspondiente se llama voltaje de ruptura directa. Dado que las uniones J1 y J3 ya tienen polarización directa, habrá un movimiento libre de portadores a través de las tres uniones que provocará una gran corriente directa en el ánodo. Se dice entonces que el dispositivo está en estado de conducción o activado (fig. 7.7).

Fig. 7.7 Funcionamiento de un tiristor 

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Unidad VIII  Rectificadores 

Fig. 8 Rectificador 2N1849

En electrónica, un rectificador   (fig. 8) es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sea semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio. Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se los clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases. Atendiendo al tipo de rectificación, pueden ser de media onda, cuando solo se utiliza uno de los semiciclos de la corriente, o de onda completa, donde ambos semiciclos son aprovechados. El tipo más básico de rectificador es el rectificador monofásico de media onda, constituido por un único diodo entre la fuente de alimentación alterna y la carga.

8.2 Rectificador de onda completa mediante dos diodos 

Fig. 8.2 Circuito rectificador de onda completa

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Figura 8.3 Rectificador de onda completa con puente de Gratz

El rectificador controlado de silicio (SCR) es un dispositivo PNPN de cuatro capas, tiene tres terminales: el ánodo, el cátodo y la compuerta. Tiene dos estados posibles de operación. En el estado apagado, actúa idealmente como un circuito abierto entre el ánodo y el cátodo; en realidad, en vez de haber un circuito abierto, existe una resistencia muy alta.cátodo; En el estado de encendido, SCR actúa idealmente un corto circuitoendelmuchas ánodo al en realidad se tiene eluna pequeña resistencia.como El SCR se utiliza aplicaciones, las cuales incluyen control de motores, circuitos de retraso de tiempo, controles de calefacción, controles de fase y controles de relevadores, por mencionar unas cuantas de ellas.

Fig. 8.4 Estructura y símbolo del SCR

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 Aplicación:

Fig. 8.5 Circuito de media onda para controlar la velocidad de un motor de c.c. utilizando un SCR

 Aplicaciones Generales: Evolución Práctica

Fig. 8.6 Aplicaciones generales 

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8.3 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.

Fig. 8.7 Comportamiento del diodo de potencia

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 (t rr).   Influencia del trr en la conmutación.   Tiempo de recuperación directo. 

o o o



o o o

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

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Potencias:   Potencia máxima disipable.   Potencia media disipada.   Potencia inversa de pico repetitivo.   Potencia inversa de pico no repetitivo. Características térmicas. Protección contra sobreintensidades. o o o o

   

 

8.3.1   Modelos estáticos del diodo

a)

b)

c)

Fig. 8.8 Modelos estáticos del diodo

Descripción de lo mostrado en la figura 8.8. a) Modelo ideal. b) Diodo ideal en serie. c) Diodo ideal en serie con fuente de tensión y con la resistencia del diodo en conducción. 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.

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8.4 Inversores Un inversor es un circuito utilizado para convertir corriente continua en corriente alterna.  Los inversores son utilizados en una gran variedad de aplicaciones, desde pequeñas fuentes de alimentación para computadoras, hasta aplicaciones industriales para manejar alta potencia.  Los inversores también son utilizados para convertir la corriente continua generada por los paneles solares fotovoltaicos, en corriente alterna y de esta manera poder ser inyectados en la red eléctrica o usados en instalaciones eléctricas aisladas. Un inversor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual es utilizado para interrumpir la corriente entrante y generar una onda cuadrada.  Estapoco ondamás cuadrada alimenta a un transformador que suaviza su forma, haciéndola parecer un una onda senoidal y produciendo el voltaje de salida necesario. Inversores más avanzados han comenzado a utilizar formas más avanzadas de transistores o dispositivos similares, como los tiristores o los IGBT's. Inversores más eficientes utilizan varios artificios para tratar de llegar a una onda que simule razonablemente a una onda senoidal en la entrada del transformador, en vez de depender de éste para suavizar la onda. Condensadores e inductores pueden ser utilizados para suavizar el flujo de corriente desde y hacia el transformador. Además, es posible producir una llamada "onda senoidal modificada", la cual es generada a partir de tres puntos: uno positivo, uno negativo y uno de tierra. Una circuitería lógica se encarga de activar los transistores de manera que se alternen adecuadamente. Inversores de onda senoidal modificada pueden causar que ciertas cargas, como motores, por ejemplo; operen de manera menos eficiente. Inversores más avanzados utilizan la modulación por ancho de pulsos con una frecuencia portadora mucho más alta para aproximarse más a la onda seno o modulaciones por vectores de espacio mejorando la distorsión armónica de salida. Los inversores de alta potencia, en lugar de transistores utilizan un dispositivo de conmutación llamado IGBT (Insulated Gate Bipolar transistor ó Transistor Bipolar de Puerta Aislada).

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8.5 Interruptor chopper  El término Chopper se usa para referirse a los numerosos tipos de dispositivos y circuitos electrónicos de “switcheo”. El término se ha distorsionado un poco, y como resultado es hoy día mucho menos usado que hace quizás 30 años o más. Esencialmente, un Chopper es un interruptor electrónico que se usa para interrumpir una señal bajo el control de otra. La mayoría de los usos modernos también usa nomenclatura alternativa que ayuda clarificar qué tipo particular de circuito está discutiéndose. Éstos incluyen:

8.6 Tipos de relevadores Un relevador es un sistema mediante el cuál se puede controlar una potencia mucho mayor con un consumo en potencia muy reducido. Tipos de relevadores:  



Relevadores electromecánicos: A) Convencionales. B) Polarizados. C) Reed inversores.

   

 

Relevadores híbridos. Relevadores de estado sólido.

Fig. 8.9 Tipos de relevadores………. 

 Estructura de un relevador

Fig. 8.10 Estructura de un relevador 

En general, podemos distinguir en el esquema general de un relevador los siguientes bloques (fig. 8.10):

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  

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Circuito de entrada, control o excitación. Circuito de acoplamiento. Circuito de salida, carga o maniobra, constituido por:     o  o o

circuito excitador. dispositivo conmutador de frecuencia. protecciones.

8.6.1 Características generales Las características generales de cualquier relevador son: 

    

 

 



El aislamiento entre alos de entrada y de salida. Adaptación sencilla la terminales 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 relevador se caracterizan por:   o  o

En estado abierto, alta impedancia. En estado cerrado, baja impedancia.

Para los relevadores 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 CMOS. insensibilidad a las sacudidas y a los golpes. Cerrado a las influencias exteriores por un recubrimiento plástico.

8.6.2 Relevadores 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 relevadores electromecánicos.

8.6.3 Relevadores de tipo armadura  Son los más antiguos y también los más utilizados. El esquema siguiente (fig. 8.11) nos explica prácticamente su constitución y funcionamiento. El electroimán hace vascular la armadura al ser excitada, cerrando cerrado). los contactos dependiendo de si es N.O ó N.C (normalmente abierto o normalmente

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Fig. 8.11 Relevador del tipo armadura

8.6.4 Relevadores de núcleo móvil   Estos tienen un émbolo en lugar de la armadura anterior (fig. 8.12). Se utiliza un solenoide para cerrar sus contactos, debido a su mayor fuerza atractiva (por ello es útil para manejar altas corrientes).

Fig. 8.12 Relevador de núcleo móvil

8.6.5 Relevador tipo reed o de lengüeta  Formados por una ampolla de vidrio, en cuyo interior están situados los contactos (pueden se múltiples) montados sobre delgadas láminas metálicas (fig. 8.13). Dichos contactos se cierran por medio de la excitación de una bobina, que está situada alrededor de dicha ampolla.

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Fig. 8.13 Relevador del tipo Reed 

8.6.6 Relevadores polarizados  Llevan una pequeña armadura, solidaria a un imán permanente (fig. 8.14). 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).

Fig. 8.14 Relevador polarizado

8.6.7 Relevadores de estado sólido Un relevador de estado sólido SSR (Solid State Relay), es un circuito electrónico que contiene en su interior un circuito disparado por nivel, acoplado a un interruptor semiconductor, un transistor o un tiristor. Por SSR se entenderá un producto construido y comprobado en una fábrica, no un dispositivo formado por componentes independientes que se han montado sobre una placa de circuito impreso.

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Estructura del SSR:  



Circuito de Entrada o de Control: Control por tensión continua: el circuito de entrada suele ser un LED (Fotodiodo), solo o con una resistencia en serie, también podemos encontrarlo con un diodo en antiparalelo para evitar la inversión de la polaridad por accidente. Los niveles de entrada son compatibles con TTL, CMOS, y otros valores normalizados (12V, 24V, etc.). Control por tensión Alterna: El circuito de entrada suele ser como el anterior incorporando un puente rectificador integrado y una fuente de corriente continua para polarizar el diodo LED.

 



Acoplamiento. El acoplamiento con el circuito se realiza por medio de un optoacoplador o por medio de un transformador que se encuentra acoplado de forma magnética con el circuito de disparo del Triac.

 



Circuito de Conmutación o de salida.

El circuito de salida contiene los dispositivos semiconductores de potencia con su correspondiente circuito excitador. Este circuito será diferente según queramos conmutar C.C, C.A.

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Unidad IX Control inalámbrico a distancia de un móvil     9.2 Material:   Dos motores pequeños de c.c. de 5V ó 6V.   Engranes, poleas, palancas, ejes.   Llantas.   Estructura y carcasa (sintra).   Dispositivos electrónicos: diodos emisores de luz (leds), resistores, relevadores, circuitos integrados (codificador HT-12E, decodificador HT-12D), transistores, osciladores, interruptores, capacitores, optoacopladores, modulo transmisor (TWS434), modulo receptor (RWS-434), sensores, reguladores etc.   Conductores, fuentes de alimentación (pilas, baterías).     



Presupuesto ( valor por unidad)  Motor: Es

un motor pequeño de 6Vcc, lo puedes conseguir en cualquier tienda de electrónica, u obtenerlo de algún carrito viejo, o cualquier otro  juguete, miden aproximadamente 4 cm, y son muy ligeros.

$10.00

  Madera para la estructura y carcasa (sintra): Este

material es una especie de plástico resistente, lo hay de diferentes colores, es flexible, fácil de en cortar y de manejar, es algo complicado conseguirlo, pero se lo $30.00 venden una tiendo de componentes especiales llamada robodadta, encuentra cerca de indios verdes, para mayor información te recomendamos visitar su página de internet (www.robodadta.com). La venden en forma de una hoja de 30 cm por 20 cm.

 Resistor: Se

ocuparan resistores a ¼ de Watt, estos son muy comunes, y los venden en cualquier tienda de electrónica, algunos de los valores de resistencia que ocuparemos son: 330 ohms, 1 kohm, 37 kohms, 750 kohms, etc. En cuanto a su apariencia, por lo general son de color amarillo, son unos cubos de aproximadamente dos cm, se consiguen en cualquier tienda de electrónica, nosotros ocuparemos a 5V

 Relevador:

Son pequeños rectángulos de color negro, cuentan con unas patitas plateadas que son los pines de conexión, nosotros ocuparemos el HT-12E (codificador), HT-12D (decodificador), 7805 (regulador de tensión), L293B (puente “H”), se consigue en

$0.20

$12.00

Circuito integrado (C.I.):

$12.00

cualquier tienda de electrónica que venda C.I. Y su precio varía según el C.I. que se compre. TESINA: “CONTROL INALÁMBRICO A DISTANCIA DE UN MÓVIL”

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Capacitores: 

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Como se muestra en la consideraciones teóricas es un

$1.00

dispositivo muy los pequeño y losenhay de muchas nosotros usaremos de 0.01mFarads, consigues cualquier tiendaformas, de electrónica.  Interruptores: En este

caso utilizaremos interruptores o botones pulsadores llamados push boot on, son muy pequeños, los venden en cualquier tienda de electrónica, hay negro y rojos, nosotros los utilizaremos normalmente abiertos (N.A.), por lo general todos los botones pulsadores pequeños son N.A. pero para verificarlo puedes usar un probador de continuidad o un multimetro.

$1.00

Su apariencia se muestra en la figura 2.20, $120.00 es muy difícil conseguirlo, pero lo tienen en robodadta, es muy delicado así  que hay que tener mucho cuidado cuando se trabaje con el.

 Modulo transmisor (TWS-433):

 Modulo receptor (RWS-434): Su

apariencia se muestra en la figura 2.13, es $120.00 muy difícil conseguirlo, pero lo tienen en robodadta, es muy delicado así  que hay que tener mucho cuidado cuando se trabaje con el. Codificador HT-12E: Como ya mencionamos es un C.I., su apariencia es la

de un pequeño rectángulo negro, cuenta con 18 patitas, y lo puedes encontrar en robodadta.

$25.00

Como ya mencionamos es un C.I., su apariencia es la de un pequeño rectángulo negro, cuenta con 18 patitas, y lo puedes encontrar en robodadta.

$25.00

 Regulador TTL 7805:

un C.I., es un cuadrado negro de tres patitas, lo encuentras en cualquierEs tienda de electrónica.

$5.00

Nosotros utilizaremos de esas pilas cuadradas que ya conoces, de preferencia duracel, por que duran más.

$30.00

Es muy pequeña y parecida a un resistor solo que redondo, lo encuentras en cualquier tienda de electrónica.

$6.00

 Decodificador HT-12D:

Pila:

 LDR:

Tabla 9, Presupuesto de los materiales a utilizar 

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A el material, que no se le considero su valor, es por que se utilizara material reciclado, además el valor de los circuitos integrados puede variar de pendiendo de las características del circuito.

 Nota:

El presupuesto estimado para el alcance del proyecto, fluctúa entre los $400.00 y $600.00, no se considera un precio elevado tomando en cuenta que el equipo de trabajo consta de cuatro integrantes.

Fig. 9. Materiales a utilizar 

Fig. 9.2 Materiales a utilizar 

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Fig. 9.3 Materiales a utilizar (aspecto de la sintra).

Fig. 9.4 Materiales a utilizar (base de plástico, la puedes obtener de carritos que ya no sirvan).

Fig. 9.5 Materiales a utilizar (engranes, los puedes obtener de carritos que ya no sirvan, o de otros juguetes).

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Fig. 9.6 Materiales a utilizar (motores, los puedes obtener de carritos que ya no sirvan, o de otros  juguetes).

  9.3 Desarrollo:  



Primero procedimos a la realización de circuitos en nuestras tablillas de pruebas (protoboards), para verificar el correcto funcionamiento de dichos circuitos, los cuales fueron los ya mencionados: Inversión de giro (puente “H”), un sensor  de luz (LDR), un sistema de control remoto (radiofrecuencia, circuito emisor, circuito receptor), cuyos circuitos que utilizamos son los siguientes:

La fig. 9.7 muestra el circuito transmisor usando el codificador HT-12E de Holtek. Este es un integrado que se utiliza en controles remotos de 4 bits y tiene 8 bits de direcciones. Este circuito se encargara de transmitir las señales correspondientes a nuestro móvil (carrito), de hecho es el control remoto.

Fig. 9.7 Circuito de nuestro control remoto 

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Como ya se menciono anteriormente tuvimos una dificultad para encontrar los módulos que habíamos considerado. Pero conseguimos unos correspondientes que realizan exactamente la misma función, los módulos que ocupamos son el TWS-433 y RWS-433, este último es prácticamente igual al que habíamos considerado el RWS-434, por lo que tiene el mismo numero de pines y su conexión es la misma que la mostrada en las figura 9.11, por lo que no hubo ningún problema, pero el TWS-433, si presenta algunas diferencias respecto al TWS-434, en cuanto al numero de pines el TWS-433 tiene 4, mientras que el TWS-434 cuenta con 6 pines. Por lo que tuvimos que investigar como se conecta el TWS-433 cuya forma de conexión se muestra en la fig. 9.8.

Fig. 9.8 Forma de conexión del TWS-433

Como se muestra la patita dos del TWS-433 se conecta a la patita 17 del codificador HT-12E, y la demás conexión se realiza como se muestra en la fig. 9.7.  Material utilizado para armar el circuito transmisor mostrado en las figuras 9.7 y 9.8:              

      

Modulo transmisor TWS-433 Codificador HT-12E Antena (puedes utilizar un segmento de cable de cobre pequeño) Resistor de 750 Kohms Cuatro interruptores pulsadores Un interruptor cola de rata Un capacitor de 0.01 F   

La evidencia se muestra en la siguiente imagen:

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Fig. 9.10 Evidencias del desarrollo del proyecto (circuito del control remoto).

La fig. 9.11 muestra la unidad receptora usando el decodificador HT-12D de Holtek. Este es un integrado que se utiliza en controles remotos de 4 bits y tiene 8 bits de direcciones. Este será el circuito que se encontrara dentro de nuestro carrito y el que recibirá las órdenes del control remoto.

Fig. 9.11 Circuito receptor de nuestro móvil

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 Material utilizado para armar el circuito receptor mostrado en la figura 9.11:          

    

 



Modulo receptor RWS-433 Decodificador HT-12D Antena (puedes utilizar un segmento de cable de cobre pequeño) Resistor de 33 Kohms Un capacitor de 0.01 F    Una compuerta lógica NOT (en TTL 7404), en el circuito no se muestra este componente pero solo tienes que conectar las cuatro salidas del decodificador HT-12D, a cuatro entradas del C.I. 7404, y las salidas del 7404 serán las que ocuparas para controlar cualquier carga a través de un control remoto.

 Fig. 9.12 Puente “H” para invertir el giro de los motores.

El circuito de la fig. 9.12 es un puente “H” electrónico, el cual nos servirá para que nuestro carrito además de avanzar hacia delante, lo haga hacia atrás, a la derecha y ala izquierda. Pero, si lo prefieres puedes utilizar el C.I. L293B, que ocupa menos espacio y te ahorra trabajo en cuanto las conexiones. Las evidencias se muestran en la fig. 9.13.  Material utilizado para armar el  puente “H” mostrado en la figura 9.12:          

    

Cuatro transistores TIP 41 Conductor eléctrico (cable telefónico) Cuatro resistores de 1 Kohm Una alimentación a 6Vcc  O si lo prefieres solo utiliza un C.I. L293B 

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Fig. 9.13 Circuito de la LDR que vamos a utilizar en nuestro móvil.

Como mencionamos anteriormente en nuestro proyecto utilizaremos un fotoresistor, para que cuando nuestro carrito entre debajo de un lugar oscuro, el móvil encienda automáticamente unas luces y lo podamos ubicar más fácilmente. Dicho circuito se muestra en la figura 9.13, y para probarlo a la salida en lugar de colocar una lámpara incandescente 127Vca, un diodo emisorcon deeste luz sensor (led), ydependiente después acoplar esa salida a lasaluces de tupuedes carritoutilizar que quieres controlar de la intensidad luminosa.  Material utilizado para armar el sensor LDR mostradazo en la figura 9.13:        

   

         

    

Un resistor de 330 ohms Conductor eléctrico (cable telefónico) Un resistor de 1 Kohm Una alimentación a 6Vcc  Un potenciómetro (resistor variable) de 100 Kohms   Un transistor TIP 41  Un fotoresistor(LDR)  Un minirelevador a 5Vcc  Un led o lámpara incandescente  

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Fig. 9.14  Evidencias del desarrollo del proyecto (puente “H”).  

 



Después de comprobar el correcto funcionamiento de los circuitos, y corregir errores que se hayan presentado se procedió a soldar dichos circuitos ya sea en tablas fenolicas tipo proto, vírgenes o de propósito general. Como se muestra en las siguientes imágenes:

Fig. 9.15  Evidencias del desarrollo del proyecto (soldar puente “H”)  

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Fig. 9.16 Circuito receptor soldado

Fig. 9.17 Circuito receptor soldado (acercamiento).

Fig. 9.18 Circuito del sensor de luz soldado.

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Fig. 9.19 Circuito del sensor de luz soldado (otra vista).

Fig. 9.20 Circuito del sensor de luz soldado se observa en minirelevador a 6V (cubo amarillo), un transistor TIP 41, un potenciómetro (resistencia variable).

Cave mencionar que a la ora de probar el circuito emisor y el circuito receptor, pusimos unos leds a las salidas del circuito receptor, cuando enviábamos un pulso con nuestro circuito transmisor uno de los leds se apagaba, esto quiere decir, que nuestra señal estaba invertida, por que si la conectáramos así a los motores del móvil antes de que enviáramos una señal los motores ya estarían activados y por lo tanto el móvil estaría en movimiento, y cuando enviáramos la señal el móvil se pararía mientras presionáramos el botón pulsador, motivo por el cual decidimos acoplar un inversor a las salidas de nuestro circuito receptor, es decir una compuerta NOT, así nuestra salida cambiaria y ahora el motor del carrito se encendería al mandarle un pulso.

 Nota:

 



Después de tener toda la circuiteria armada, completa y funcionando se procedió a armar la estructura y carcaza de nuestro móvil, la cual esta echa a base de sintra.

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Para cortar la sintra ocupamos un pequeño cuchillo de sierra, con este se nos facilito cortarla, para moldearla hay que marcar primero con un lápiz en donde se bayana realizar cortes y dobleces, ya que todo este calculado, se dan muchas pasadas con el cuchillo sobre la sintra, pero, sin cortarla por completo tratando de dejar una pequeña unión, luego con cuidado aplicamos un poco de fuerza sobre el corte, para poder así doblar la sintra a nuestro gusto.

 

Después de hacer los cortes y dobleces necesarios se va pegando y armando la estructura con cola loca. Tú le puedes dar el diseño que más te guste, todo depende de tu imaginación.





Fig. 9.21 Aspecto de la sintra.

Fig. 9.22 Evidencias del desarrollo del proyecto (carrocería).

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Fig. 9.23 Evidencias del desarrollo del proyecto (armado de la carrocería del móvil).

 



Ya con la estructura armada y toda la circuiteria funcionando se procedió ha realizar el acoplamiento correspondiente entre ambos elementos del proyecto, los circuitos se conectaron alas cargas eléctricas a controlar en este caso motores y lámparas, y se alimentaron con pilas y baterías.

Fig. 9.24 Acoplamiento de circuitos y carrocería.

El acoplamiento de los circuitos es una de las partes más difíciles de todo proyecto, en nuestro caso no resulto tan difícil por que las salidas de nuestro circuito receptor se colocan a las entradas de nuestro puente “H” (L293B), y eso es todo, solo hay que verificar  bien que botón hace que nuestro carrito avance hacia delante, que botón hacia atrás, hacia la derecha o hacia la izquierda, además la salida de nuestra LDR solo se acopla a las lámparas que queramos controlar.

 Nota:

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Fig. 9.25 Acoplamiento del circuito de control remoto.

 

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Después del acoplamiento mencionado se verifico el correcto funcionamiento de todos los aspectos a considerar, fallas las hubo como en todo proyecto o prototipo, las cuales tuvimos que resolver, para poder lograra los objetivos planteados en este proyecto.

Fig. 9.26 Acoplamiento verificación del funcionamiento.

 



Después de haber verificado el correcto funcionamiento de nuestro móvil nos percatamos que no funcionaba correctamente con pilas por que estas no le proporcionaban la energía necesaria a los circuitos, solo funcionaba correctamente con fuentes de alimentación.

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Además había otro problema cuando dejábamos presionado por mucho tiempo el botón pulsador para que el móvil avanzara hacia delante el motor obtenía mayor corriente de la que necesita motivo por lo que después de dejar de presionar el botón, nuestro móvil seguía caminando, y no se detenía hasta llegar a un obstáculo.

 

Después de realizar varias pruebas observamos que si dividíamos la alimentación de los circuitos, las pilas daban un mejor resultado además de que nuestro motor ya no se enclavaba por decirlo de alguna manera; y ya no seguía caminando después de dejar de presionar el botón.

 

Con estas conclusiones obtenidas decidimos alimentar nuestro circuito con dos pilas de 9V, cada pila alimentaba a una parte de la circuiteria, y para alimentar nuestra LDR, también decidimos utilizar otra pila de 9V, por lo que nuestro móvil funciona con 3 pilas de 9V, y aparte el control remoto, con el que no hubo ningún







 



 



problema este se alimenta a 6V, con cuatro pilas pequeñas de 1.5V cada una. Si bien nuestro móvil gasta muchas pilas, también funciona correctamente si lo alimentamos con una sola batería a 10V, como las que traen otros carritos a control remoto dichas baterías, son pequeñas y proporcionan la tensión y corriente necesarias para el correcto funcionamiento de nuestro móvil, el único inconveniente es que son muy costosas, nosotros verificamos que si la podíamos utilizar por que conseguimos una prestada, y funciono muy bien, pero si se alimenta a nuestro móvil por un tiempo prolongado con esta batería los circuitos se calientan un poco, por lo que se recomienda utilizar el móvil por diez minutos apagar y prender después de cinco minutos. Para evitar que se quemen los circuitos. Por ultimo verificamos varias veces el correcto funcionamiento de nuestro móvil a control remoto, para tener todo listo a ala ora de presentarlo como proyecto final, y no tener algún inconveniente, además de darle la mayor presentación posible, pegándole algunas etiquetas del IPN, pintando algunos símbolos etc.

Fig. 9.27 Evidencias del desarrollo del proyecto (acoplamiento verificación del funcionamiento).

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Fig. 9.28 Presentación del control remoto terminado.

Fig. 9.29 Presentación del carrito a control remoto terminado.

Fig. 9.30 Prueba de funciones.

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Fig. 9.31 Prueba de funciones (hacia la izquierda).

Fig. 9.32 Prueba de funciones (hacia delante).

Fig. 9.33 Prueba de funciones (hacia la derecha).

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  9.4 Conclusiones Con el desarrollocomo de nuestro móvil asensores, control remoto aplicar una grande variedad de conocimientos, mecanismos, controlpudimos electrónico, electrónica potencia, radiofrecuencia etc. Con lo cual comprobamos lo teórico llevándolo a la practica, y no solo eso también diseñamos un juguete muy utilizado por los niños, con lo cual nos involucramos con el mundo de hoy en día, cumplimos con nuestros objetivos planteados; el principal llevar a la practica la rama de electrónica de potencia, y sentirnos satisfechos con el trabajo realizado. Si bien los móviles (carritos) a control remoto son muy comunes y comerciales en al actualidad, para su realización se pueden utilizar muchas técnicas y muchas formas diferentes. Pero, para nosotros es agradable saber ¿Como funciona?, ¿Por qué?, ¿Con que?, etc. Por eso decidimos realizar un móvil (carrito) a control remoto, el cual fue un éxito. Además podemos comercializar nuestro diseño, realizar una micro industria, o por que no reparar otros móviles a control remoto y mejorarlos, niños siempre van a existir en este planeta, por lo que tenemos que entretenerlos con algo y si podemos revolucionar el diseño y la producción de móviles (carritos) a control remoto, para que estos sean más completos agradables y con infinidad de funciones, y que sean utilizados por muchos niños. Además adquirimos conocimiento sobre radiofrecuencia, y no solo se aplica en juguetes le podemos dar un sin fin de aplicaciones desde el control de un robot, un montacargas un proceso industrial, hasta el control de las funciones de un televisor, un modular o como en este caso un carrito de juguete, y dicho control se realiza a distancia y sin cables, algo totalmente útil en la actualidad. Así que si tenemos imaginación podemos aplicar los conocimientos plasmados en este trabajo en sin fin de dispositivos.

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Glosario de términos  Antena: Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de conductores que, unido a

un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia, o que, conectado a una impedancia, sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana. Capacitancia: A

capacidad,

la propiedad de almacenamiento de carga de un capacitor se le denomina o capasitancia.

Un capacitor ó condensador es un dispositivo formado por dos conductores ó armaduras, generalmente en forma de placas o láminas, separados por un material dieléctrico, que sometidos a una diferencia de potencial adquieren una determinada carga eléctrica.  Capacitor:

Circuitos Combinacionales:

Los circuitos combinacionales generan un estado en sus salidas que es una combinación lógica de las entradas presentes en ese momento, en el momento que cambie la entrada, la salida cambia al correspondiente estado de salida.   Codificador: Un

codificador es un bloque combinacional hecho para convertir una entrada no binaria en una salida de estricto orden binario. Componentes electrónicos:  Son

dispositivos, que realizan una función en especial, para que algún elemento tenga ciertas características en su funcionamiento, como resistores, capacitares, bobinas, diodos etc.  Son circuitos que generan voltajes de salida en función de la combinación de entradas correspondientes a las Funciones Lógicas. Compuertas lógicas:

El término Chopper se usa para referirse a los numerosos tipos de dispositivos y circuitos electrónicos de “switcheo”. El término se ha distorsionado un poco, y como resultado es hoy día mucho menos usado que hace quizás 30 años o más. Chopper:

El decodificador es un circuito combinacional diseñado para convertir un número binario (entrada) en word de "unos" y "ceros" (niveles altos y bajos de voltaje) con

 Decodificador:

un orden distinto, para ejecutar un trabajo especial.  Diodo:  Dispositivo que permite que la corriente circule a través de el en una solo dirección. Tiene dos terminales ánodo y cátodo.     Efectos resistivos:  Variación

de la resistividad o de la conductividad en conductores, semiconductores y aislantes a partir de la magnitud a medir. Es una rama de la electrónica que se refiere a la aplicación de dispositivos electrónicos, principalmente semiconductores, al control y transformación de potencia eléctrica. Esto incluye tanto aplicaciones en sistemas de control como de

 Electrónica de potencia:

suministro de potencia.eléctrico a consumos industriales o incluso la interconexión sistemas eléctricos

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 Electrónica:  Es

una rama de la física que se encarga de estudiar todos los fenómenos relacionados con el paso de electrones a través de gases, soplidos y en el vacío.  Foto resistor :

Un foto resistor es un dispositivo sensible a la intensidad luminosa, también conocidos como LDR, o fotoceldas. También llamados bobinas, son componentes diseñados para almacenar energía eléctrica temporalmente en forma de corriente. Su símbolo es la letra L y su unidad de medida es el henry o henrio.

 Inductor:

 Inversor:

Circuito utilizado para convertir corriente continúa en corriente alterna. 

 Ionosfera:

Es una de las capas que protegen a la tierra; Es la capa elevada de la atmósfera situada entre los 80 y los 400 Km de altura, en la cual se reflejan las ondas de radio. Es un diodo emisor de luz, es decir es un dispositivo que permite que la corriente fluya a través de él en una solo dirección, pero al realizar esta acción emite una intensidad luminosa.

 Led:

 Modulo receptor:

Circuito o dispositivo diseñado para captar señales.

 Modulo Transmisor:

Circuito o dispositivo diseñado para emitir señales.

Un motor no es otra cosa más que una maquina giratoria electromotriz que transforma la energía eléctrica en energía motriz es decir energía mecánica.

 Motor:

Objeto o dispositivo que se transporta a base de ruedas, por ejemplo un auto, un montacargas etc.

 Móvil:

Ondas de radio:

También conocidas como ondas hertzianas, las ondas de radio son ondas electromagnéticas de menor frecuencia (mayor longitud de onda) y menor energía que las del espectro visible. Ondas electromagnéticas:

Las ondas electromagnéticas son ondas que se propagan através del espacio, cuando se ponen a vibrar los electrones de este medio, dando lugar a un campo eléctrico y a la vez magnético, por lo cual a estas ondas se les llama magnéticas. Técnica que permite el manejo de un objeto a distancia y de manera inalámbrica con un transmisor encargado de enviar las órdenes y el receptor, encargado de ejecutarlas.

  Radio control:

 Radiofrecuencia:

Es la frecuencia utilizada para manipular o enviar algún tipo de señal a distancia a un elemento o dispositivo receptor esto se hace através de ondas electromagnéticas, y con la ayuda de antenas. Es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. 

 Rectificador:

 Reguladores: dispositivos

que mantienen una tensión constante.

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sistema mediante el cuál se puede controlar una potencia mucho mayor con un consumo en potencia muy reducido.

 Relé:

 Resistor:  Un

resistor es un elemento físico, es un dispositivo con un valor conocido de

resistencia.   Es la oposición que presenta un conductor o un elemento al paso de la corriente eléctrica através de él.

 Resistencia:

 RWS-434: Es

un módulo receptor que opera 433.92MHz, y tiene una sensibilidad de 3uV. El receptor RWS-434 opera con una alimentación entre 4.5 y 5.5 Volts-DC y tiene tanto salida lineal como digital, además contiene un capacitor variable para el ajuste de la frecuencia de recepción utilizando un destornillador plástico.  Sensores: Los cualquiera, sensores o transductores, enfísica general, son dispositivos cantidad física en otra cantidad equivalente.

que transforman una

Material, no toxico, fácil de manejar, muy utilizado para la realización de prototipos en las escuelas. Su apariencia es muy similar a un plástico o a una madera pintada, se fabrica en varios colores. Sintra:

Componente o dispositivo semiconductor diseñado para realizar la función de interrupción, o bien efectuar rectificación en forma controlada, trabaja en forma similar a un diodo, ya que sólo permite el paso de corriente en un solo sentido, pero a diferencia del diodo, su conducción está regulada mediante la acción de uno de los electrodos que tiene. Tiristor:

Es la base fundamental de los circuitos electrónicos lineales. Su funcionamiento se base en dos tipos de cargas: huecos y electrones. Esta es la razón por la que se denomina bipolar. Transistor bipolar:

El término transistor es la contracción de transfer resistor , es decir, de resistencia de transferencia. El Transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que se utiliza como amplificador o conmutador electrónico (llave electrónica). Transistor:

TWS-434:

Es un modulo transmisor tiene una potencia de salida de hasta 8mW a

433.92MHz, de aproximadamente 140 metros en espacios abiertos y de 60 metros alcanzando en espacios distancias internos donde se tengan obstáculos.

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 Bibliografía  Física 2 Antonio Máximo Ribeiro da Luz Beatriz Alvarenga Álvares Editorial Oxford University Press 2003  Física Héctor Homero Romo Marín Víctor Delgado Tamez Editorial Castillo 2003  Dispositivos electrónicos Thomas L. Floyd Editorial Limusa Tecnología Digital  Juan Pablo Vieyra Rodríguez Ana Lourdes barrera Villalón Editorial de contenidos académicos 2003  Electricidad y Tecnología Hoy Gonzalo Peniche García José Hernández Valadez Editorial Texto Educativos Sensores y actuadores con aplicaciones una introducción Antonio Sebastián Lima Alarcón  Enciclopedia Encarta 2004 Microsoft http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_de_radio http://es.wikipedia.org/wiki/Inversor_%28Electricidad%29 http://es.wikipedia.org/wiki/Interruptor_chopper J. Domingo Aguilar Peña: [email protected] Miguel Ángel Montejo Ráez: [email protected] Monografías .com.

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