Electronica Aplicada Solucionario Mcgrawhill

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

Electrónica aplicada Ciclos formativos de grado medio

Solucionario del libro del alumno

Autores: Guadalupe Carmona Rubio Tomás Díaz Corcobado

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Notas previas: • El presente Solucionario recoge las respuestas a todas las actividades planteadas en el libro del alumno de Electrónica aplicada, tanto a las actividades desarrolladas a lo largo de todas las unidades como en los apartados finales de las mismas. • La solución de algunas actividades que aparecen en el libro se deberá ajustar a las características o circunstancias personales del alumnado y su entorno, por lo que no tienen una respuesta concreta. • En los casos en que la respuesta es abierta, se procura proporcionar al docente claves para facilitar el desarrollo de la actividad y, especialmente, la evaluación de alumnado en el desempeño de la misma.

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Unidad 1. Introducción a los fenómenos eléctricos Actividades 1. Busca en el BOE todo el listado de competencias profesionales que se adquieren por la realización del ciclo formativo, y añade a la lista anterior alguna más aparte de las que aquí hemos comentado. Alguna competencia profesional más, correspondiente al ciclo formativo puede ser: •

Instalar los equipos (cámaras, procesadores de señal, centralitas, entre otros), utilizando herramientas de programación y asegurando su funcionamiento, en condiciones de calidad y seguridad.

•

Mantener y reparar instalaciones y equipos, realizando las operaciones de comprobación, ajuste o sustitución de sus elementos. Reprogramar los equipos, restituir su funcionamiento en condiciones de calidad y seguridad, respetando el medio ambiente.

•

Aplicar los protocolos y normas de seguridad, de calidad y respeto al medio ambiente en las intervenciones realizadas en los procesos de montaje y mantenimiento de las instalaciones.

2. Realiza una lista con las posibles funciones que puede realizar un instalador de telecomunicaciones. Las posibles funciones de un instalador de telecomunicaciones son: •

Instalador de telecomunicaciones en edificios de viviendas.

•

Instalador de antenas.

•

Instalador de sistemas de seguridad.

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•

Técnico en redes locales y telemática.

•

Técnico en instalación mantenimiento de redes locales.

•

Instalador de telefonía.

•

Instalador-montador de telefónicos y telemáticos.

•

Técnico en instalaciones de sonido.

•

Instalador de megafonía.

•

Instalador-mantenedor domóticos.

•

Técnico instalador-mantenedor equipos informáticos.

•

Técnico en montaje y mantenimiento de sistemas de radiodifusión.

de

y

equipos

sistemas de

3. Busca en Internet ejemplos de instalaciones en las que podría intervenir un técnico que haya realizado el Ciclo Formativo de Técnico en instalaciones de telecomunicaciones y haz una lista de las mismas, con ayuda de tus compañeros. Añade, además, cuáles podrían ser las actuaciones a realizar por este técnico. Básate para ello en la descripción que encontrarás en el BOE citado en el primer apartado de esta unidad. En el siguiente enlace se pueden encontrar varios ejemplos de instalaciones de vigilancia por circuito cerrado de televisión: http://alarmas.teoriza.com/cat/cctv/2 En estas instalaciones un técnico de este ciclo formativo podría realizar las siguientes funciones: tendido del cableado de la instalación, colocación de los equipos, configuración de todos los elementos de la instalación, puesta en marcha de la instalación.

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4. Identifica los elementos que componen los siguientes circuitos:

calefactor eléctrico conectado a 220 V con una resistencia de 35 Ω? Usando la fórmula para calcular la potencia obtendremos el siguiente resultado: P=

a) Los elementos que componen este circuito son: dos bombillas, pila, fusible, interruptor y conductores. b) Los elementos que componen este circuito son: dos bombillas, pila y conductores.

V 2 220 2 = = 1 382,85 W R 35

8. ¿Qué cantidad de energía producirá una lámpara eléctrica de 100 W en 3 minutos? ¿Y qué cantidad de calor generará? E = P · t; E = 100 · 3 · 60 = 18 000 J La energía que producirá la lámpara será:

5. La resistencia eléctrica de una estufa tiene un valor de 0,38 KΩ Ω y se encuentra conectada a una tensión de 220 V ¿Qué tiempo tiene que estar conectada la estufa para calentar una habitación en la que necesita 12 000 calorías? Q = 0,24 · E, siendo E = P · t, donde la potencia

Q = 0,24 · E; El calor que generará la lámpara será: Q = 0,24 · 18 000 = 4 320 cal.

Test de repaso

P= V 2 220 2 127,36 W. = = R 380 Así E = 127,36 · t

1. b)

Sustituimos los valores:

4. c)

12 000 = 0,24 · 127,36 · t

5. b)

Por tanto, el tiempo que tiene que estar conectada la estufa es: t = 392,67 s.

6. d)

2. b) 3. a)

7. c) 8. b)

6. Un termo eléctrico de 360 Ω de resistencia, y por el que circulan 3 A durante 5 minutos, ¿cuánto calor producirá? Q = 0,24· E, donde E = I · R · t; sustituyendo los valores E = 32 · 360 · 5 · 60 = 972 000 W.

9. d) 10. c) 11. b) 12. d)

2

La cantidad de calorías es: Q = 0,24 · 972000 = 233 280 cal. 7.

¿Qué

potencia

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consumirá

un

Comprueba tu aprendizaje Identificar la simbología normalizada en los esquemas de los circuitos eléctricos

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1. Explica los distintos elementos de los que consta un circuito eléctrico. Un circuito eléctrico consta de los siguientes elementos: •

Generador eléctrico: proporciona energía al circuito, puede ser una fuente de alimentación, una pila, etc.

•

Conductor: sirve para conectar los elementos de los que está compuesto el circuito.

•

Receptor: es el elemento que absorbe la electricidad. Por ejemplo: la lámpara, el resistor, el relé, etc.

•

Interruptor: es el elemento de control que sirve para interrumpir o no el paso de corriente eléctrica por el circuito.

•

Fusible: es un elemento de protección del circuito.

2. Indica si se encienden las bombillas (L1 y L2) de los siguientes circuitos y por qué.

de la corriente eléctrica en un circuito? El sentido de circulación de corriente en un circuito se muestra en la siguiente imagen:

5. Dibuja los símbolos de los siguientes elementos de un circuito eléctrico: a) Interruptor. b) Lámpara. c) Fusible. d) Motor. e) Timbre. f) Resistencia. a) Interruptor.

b) Lámpara. Las bombillas de los dos circuitos se encienden ya que el interruptor está cerrado y por ello permite el paso de corriente a través de él. 3. En los circuitos del ejercicio 2, si el interruptor estuviera abierto, ¿qué ocurriría? ¿Circularía la corriente eléctrica en cada uno de los circuitos? ¿Por qué? Si el interruptor del ejercicio 2 estuviera abierto, no se encenderían las bombillas porque no circularía la corriente a través de los conductores y, por tanto, no llegaría.

c) Fusible.

d) Motor.

e) Timbre.

4. ¿Cuál es el sentido de circulación

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f) Resistencia.

Identificar los elementos que constituyen un circuito eléctrico 6. Haz una lista con los elementos que aparecen en cada uno de los siguientes circuitos eléctricos:

El esquema de este circuito es:

Los elementos que aparecen en este circuito son: una pila, dos interruptores, cuatro lámparas, un motor y conductores.

El esquema de este circuito es: Los elementos que aparecen en este circuito son: tres lámparas, un fusible, cuatro interruptores y conductores.

Los elementos que aparecen en este circuito son: una lámpara, un interruptor, una pila y conductores. 7. Realiza el esquema eléctrico de los circuitos mostrados en las siguientes figuras:

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Identificar las principales magnitudes eléctricas y sus unidades de medida 8. Pasa las siguientes unidades al Sistema Internacional: a) 12 mA. b) 22 mA. c) 40 kV. d) 5 mV.

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e) 7 mW. f) 12 · 10-3 mA. g) 21 · 10-6 µA. h) 2 · 103 kV. i) 12 · 10-3 mW. j) 21 · 10-6 mA. a) 12 mA = 12 · 10-3 A b) 22 mA = 22 · 10-6 A c) 40 kV = 40 · 103 V d) 5 mV = 5 · 10-3 V e) 7 mW = 7 · 10-3 W f) 12 ∙ 10-3 mA = 12 · 10-6 A g) 21 ∙ 10-6 µA = 21 · 10-12 A h) 2 ∙ 103 kV = 2 · 106 V i) 12 ∙ 10-3 mW = 12 · 10-6 W j) 21 ∙ 10-6 mA = 21 · 10-9 A 9. Explica cómo se hace el paso de una cantidad dada en mV a la cantidad equivalente dada en kV. De mV a kV hay que pasar los mV a V, multiplicando la cantidad por 10-3 y de V a kV multiplicando por 10-3; para pasar de mV a kV hay que multiplicar la cantidad por 106 : 10-3 · 10-3 = 10-6.

b) La intensidad de corriente se mide en amperios (A). c) El tiempo se mide en segundos (s). d) La carga eléctrica se mide en culombios (Cu). e) La cantidad de calor se mide en calorías (cal). f) La potencia se mide en vatios (W). g) La energía eléctrica se mide en julios (J).

Realizar cálculos magnitudes eléctricas

de

las

11. En una habitación tenemos un calefactor cuya resistencia está conectada a una tensión de 220 V. Esta resistencia consume 8mA durante 5 horas. Calcula el calor que produce la resistencia. El calor viene dado por la formula: Q = 0,24 · E, donde E es la energía: E = P · t, y P es la potencia: P = V · I Sustituimos los valores en la formula de la potencia: P = 220 · 8 · 10-3 = 1 760 · 10-3 W. A continuación sustituimos la potencia en la formula de la energía: E = 1 760 · 10-3 · 5 · 3 600 = 31 680 J El calor que produce la resistencia es:

10. Haz una lista con las magnitudes de medida, dadas en el Sistema Internacional de los siguientes parámetros:

Q = 0,24 · E = 0,24 · 31 680 = 7603,2 cal.

b) Intensidad de corriente.

12. Calcula la potencia de un circuito que tiene una tensión de 12 V y una intensidad de 2 A.

c) Tiempo.

La fórmula de la potencia es: P = V · I

d) Carga eléctrica.

Sustituyendo los valores la potencia será:

e) Cantidad de calor.

P = 12 · 2 = 24 W.

a) Tensión.

f) Potencia. g) Energía eléctrica. a) La tensión se mide en voltios (V).

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13. ¿Qué cantidad de energía producirá una lámpara eléctrica de 200 mW en 3 horas? ¿Qué calor

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produce? La fórmula de la energía es: E = P · t. Sustituyendo resultado:

los

valores

obtenemos

el

E = 200 · 10-3 · 3 · 3600 = 2 160 J El calor que produce la lámpara, sustituyendo los valores, es: Q = 0,24 · 2 160 = 528,4 cal. 14. Un calefactor eléctrico conectado a 220 V de resistencia 40 Ω, ¿qué potencia consume? La fórmula de la potencia es: P = V · I; V = I · R

V2 = 1 210 W; el calefactor R

consume 1 210 W. 15. La resistencia eléctrica de una estufa tiene un valor de 0,098 kΩ y está conectada a una tensión de 220 voltios. ¿Cuánto tiempo tiene que estar conectada la estufa para calentar una habitación que necesita 12 000 calorías? Q = 0,24 · E, donde Q = 0,24 · P · t. Sustituyendo la potencia obtenemos: Q = 0,24 ·

V2 · t. R

De esta formula despejamos el tiempo (t) y sustituyendo obtenemos:

220 2 12 000 = 0,24 · ·t . El tiempo que la 98 estufa tiene que estar conectada es: t 101,24 s.

=

16. Calcula el coste de la energía consumida en un estadio, suponiendo 2 horas de funcionamiento y que la instalación está compuesta por 300 focos,

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2 000 · 300 = 600 000 · 2 = 1 200 000 W para todos los focos. Pasando a kW sería 1 200 kW;

La fórmula del calor es: Q = 0,24 · E

Luego P =

conteniendo cada uno dos lámparas de 2 000 W cada una. El precio del kWh es 0,09€. (Más 16% de IVA).

1 200 · 2 · 0,09 = 216 euros + 16 % = 250,56 €. 17. Si las lámparas del apartado anterior están conectadas a una tensión de 230 V, ¿cuál será la intensidad que circula por cada una de ellas? P = V · I; sustituyendo los valores, la intensidad que circula por cada una será: 2 000 = 230 · I; I = 8,69 A. 18. Calcula la energía absorbida por un motor, en 2 horas de funcionamiento si a 230 V consume 6 A. Ofrece el resultado en J y kWh. E = P · t; sustituyendo los valores obtenemos: E = 230 · 6 · 2 · 3 600 = 9936 000 J El resultado en kWh - la potencia es: P = 230 · 6 = 1 380 W; 1 380 000 kW · 6 h = 828 · 104 kWh. 19. Sabemos que una instalación ha consumido 18 kWh en 40 minutos a una tensión de 125V, ¿cuál ha sido la intensidad absorbida?

E ; sustituyendo los valores t 18000 = 7,5 W; obtenemos: P = 40·60 P=V·I y P=

después sustituimos en la formula: 7,5 = 125 · I y despejando obtenemos el valor de la intensidad absorbida: I = 0,06 A. 20. Un receptor conectado a 750 V,

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por el que circula una intensidad de 5 A, ha consumido 10 000 J. ¿Cuánto tiempo habrá invertido en el proceso? E = P · t; sustituimos los valores: 10 000 = 750 · 5 · t y despejamos. El tiempo invertido es: t = 2,66 s. 21. Un calentador eléctrico de agua, de 1,5 kW, funciona a 230 V. Calcula:

La carga eléctrica sería: Q = I · t = 0,036 Cu.

a) La intensidad que circula a través de él. b) La energía consumida en un día de funcionamiento. a) P = V · I; 1 500 = 230 · I; despejando obtenemos: I = 6,52 A. b) E = P · t; E = 1500 · 86 400; la energía sería: E = 129 600 000 J. 22. Calcula la carga eléctrica en un circuito donde fluye una intensidad de 24 mA en un tiempo de 2 s. La carga eléctrica sería: Q = I · t = 0,024 · 2 = 0,048 Cu. 23. Calcula la intensidad en circuito de carga eléctrica culombios en un tiempo de 43 s. La intensidad sería: I =

un 45

Q = 15 A. t

24. Dado el siguiente circuito, calcula la carga eléctrica en un tiempo de 3 ms.

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Unidad 2. Componentes pasivos Actividades

a) 10K b) 1R4 c) R56 d) 2 000K.

1. Coloca en una tabla el código de colores y los valores máximo y mínimo de los resistores cuyo valor nominal y tolerancia se indican a continuación: a) 34 kΩ/5 % b) 820 MΩ/20 % c) 100 Ω/10 % d) 340 Ω/2 % Resistencias a) 34 000 Ω

Valor máximo 35 700 Ω

Valor mínimo 323 00 Ω

b) 820 000 000 984 000 000 Ω Ω

656 000 000 Ω

c) 100 Ω

110 Ω

90 Ω

d) 340 Ω

346 Ω

333 Ω

4. Además del código de colores, hay otras formas de indicar la tolerancia del componente. Explica cómo se realiza este marcado utilizando el código de letras. Existen otras dos series: la E 96, con una tolerancia de ± 1 %, utilizada en los resistores de precisión, y la E 192, con una tolerancia de ± 0,5 %. En los resistores bobinados (Fig. 2.17) se utiliza el marcado alfanumérico. La posición de la letra sirve de coma decimal para calcular el valor del componente. 5. Sobre el esquema de la siguiente figura identifica las resistencias que están en serie y las que están en paralelo. Dibuja esquemas con las resistencias equivalentes de cada una de las partes.

2. Indica cuál es el valor de los resistores marcados con los siguientes colores: a) Marrón, rojo, rojo, oro. b) Gris, azul, amarillo, plata.

El esquema de las resistencias parciales es el siguiente:

a) 1 200 ± 5 % Ω. b) 860 000 ± 10 % Ω. 3. Utilizando la notación alfanumérica, indica el código que correspondería a cada uno de los siguientes resistores, con estos valores nominales de resistencia: a) 10 000 Ω b) 1,4 Ω c) 0,56 Ω d) 2 000 000 Ω.

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Serie

Paralelo

RP1

R3

RP2

R6

6. Calcula la resistencia equivalente del circuito de la siguiente figura, teniendo en cuenta que todas las R

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valen 2k2. Monta el circuito en un simulador y comprueba el valor que te da.

R2,3 = 2 200 + 2 200 = 4 400 Ω R2,3,4 =

R2,3 ·R4 R2,3 + R4

=

4400·2200 = 1466,66 Ω 4400 + 2200

RT = R1 + R2,3,4 + R5 = 2200 + 1466,6 + 2200 = 5866,6 Ω El circuito montado en el simulador es el siguiente: R2

R3

2.20KΩ

2.20KΩ

R1

R5

2.20KΩ

2.20KΩ

R4 2.20KΩ

XMM1

El resultado de la resistencia equivalente se muestra en la pantalla del óhmetro:

7. Busca en Internet para qué se suelen utilizar los condensadores cerámicos y electrolíticos. Pon algún ejemplo de aparatos que lleven este tipo de condensadores. Los condensadores cerámicos son buenos aislantes térmicos y eléctricos y se suelen utilizar para circuitos osciladores de frecuencias medias y altas. Suelen estar en fuentes de alimentación, etc. Los condensadores electrolíticos se utilizan

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como filtros de baja frecuencia, almacenamiento de energía, aplanamiento de ondulaciones, acoplamiento de señales. Suelen estar en placas base de ordenadores, fuentes de alimentación, filtros paso bajo, etc. 8. Investiga qué tipo de condensadores se utilizan en la fabricación de mandos sintonizadores de los aparatos de radio. Explica brevemente sus características. En la fabricación de mandos sintonizadores de los aparatos de radio se utilizan los condensadores variables de sintonía. Un condensador variable es un condensador cuya capacidad puede ser modificada intencionalmente de forma mecánica o electrónica. Son condensadores provistos de un mecanismo debido al que, o tienen una capacidad ajustable entre diversos valores a elegir, o tienen una capacidad variable dentro de grandes límites. Los primeros se llaman trimmers y los segundos condensadores de sincronización, y son muy utilizados en receptores de radio, TV, etcétera, para igualar la impedancia en los sintonizadores de las antenas y fijar la frecuencia de resonancia para sintonizar la radio. Wima MKS2 9. La referencia Metallized Polyester Capacitors corresponde a una familia de condensadores de plástico. Consulta su hoja de características (en la página web http://es.rsonline.com) y contesta a las siguientes preguntas: a) Nombre del fabricante. b) Rango de capacidades que podemos tener con estos condensadores.

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c) Voltaje máximo que aguantan (según modelo). d) Dieléctrico que utilizan. e) Rango de temperaturas en las que pueden funcionar sin problemas. f) Color del cuerpo y del marcado de los valores sobre el mismo. g) Valores de tolerancia sobre la capacidad nominal. a) Nombre del fabricante: Wima.

d) 1 µF. e) 1 000 µF. 11. El esquema eléctrico que tienes a continuación corresponde a un emisor de sonido por FM. Identifica sobre él los siguientes componentes: a) Un condensador variable. b) Un condensador electrolítico.

b) Para el modelo WIMA SMD-PEN 1812 el rango de capacidades es: desde 1 000 pF hasta 6 800 pF. c) El voltaje máximo que aguanta este modelo: 250 V. d) El dieléctrico que utilizan es: Metallized Polyethylenenaphthalate. e) La temperatura en la que pueden funcionar sin problemas es de 125º C. f) El color del cuerpo y del marcado de los valores sobre el mismo es negro. g) Valores de tolerancia sobre la capacidad nominal: ± 20 %, ± 10 %, (± 5% sujeto a disposición de investigación especial). 10. Identifica los siguientes condensadores, dando todos los valores de su código de marcado.

¿A qué componente corresponde el marcado con las letras P1? a) El condensador variable es C2. b) Un condensador electrolítico sería C5. El componente marcado con las letras P1 es un potenciómetro. 12. ¿A qué capacidad equivale la asociación de condensadores mostrada en la Figura 2.49?

C = 0,25 + 1,0 = 1,25 µF. CT

=

C1 ·C 2 0,375 = = 0,24 µF; C1 + C 2 1,55

CT

=

0,24 µF a) 27 nF. b) 100 nF.

c) 220 000 pF (220 nF).

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13. Calcula el condensador equivalente entre los puntos a y b del circuito de la Figura 2.50.

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Test de repaso 1. b)

1 1 1 = + = 0,5C0 , C C0 C0

1 1 1 = + = 0,5C0 C C0 C0

Cab = 2C0 14. Vamos a reparar una radio, instalada en un vehículo 4x4 que va a realizar una ruta por Senegal. Tenemos que sustituir un condensador, cuya capacidad es de 1,5 µF, y la tensión máxima que va a soportar es de 12 V. A la vista de los datos técnicos dados en las hojas de características: ¿Cuál de los dos elegirías? Justifica la respuesta teniendo en cuenta la capacidad necesaria, la temperatura a la que puede estar trabajando el equipo electrónico, etc.

2. d) 3. d) 4. c) 5. b) 6. a) 7. a) 8. b) 9. d) 10. a)

Comprueba tu aprendizaje Reconocer los distintos tipos de resistores y condensadores y manejar de manera eficaz estos elementos 1. Comprueba sobre una hoja de características de un fabricante los principales parámetros de un condensador variable. Cita algunos equipos electrónicos en los que aparezcan estos componentes. Los principales parámetros de un condensador variable son: variación de capacidad, variación de temperatura, dieléctrico, máxima y mínima tensión que pueden soportar, etc. Estos componentes suelen aparecer en televisores, radios, etc.

Es el condensador 2 porque el condensador 1 sólo admite hasta 10 V de tensión y trabaja a una temperatura de 105 ºC.

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2. Cita alguna aplicación en la que se utilicen resistores de tipo especial, como los LDR, PTC, etc.

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El LDR o fotorresistencia es un elemento muy útil para aplicaciones en circuitos donde se necesita detectar la ausencia de luz de día:

d) ¿Sería adecuado para colocarlo en un sistema que tiene que soportar temperaturas de 175 ºC? no ¿Por qué?

•

Luz nocturna de encendido automático que utiliza una fotorresistencia para activar una o más luces al llegar la noche.

•

Relé controlado por luz, donde el estado de iluminación de la fotorresistencia, activa o desactiva un Relay (relé), que puede tener un gran número de aplicaciones.

e) ¿Cuál es la potencia máxima que es capaz de disipar en las condiciones de funcionamiento descritas en la hoja? ¿Cuáles son estas condiciones?

Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, incluyendo limitación de corrientes, como sensor de temperatura, para desmagnetización y para la protección contra el recalentamiento de equipos tales como motores eléctricos. También se utilizan en indicadores de nivel, para provocar retardos en circuitos, termostatos y como resistores de compensación. 3. La hoja de características de un resistor montado sobre un equipo es la que tienes en la Figura 2.57:

f) ¿Cuántas veces podría manipularse sin tener problemas de funcionamiento? a) Se trata de un potenciómetro. Lo sabemos por las dimensiones y por el cursor. b) La tolerancia del resistor es 10 %. c) La tensión máxima a la que podría trabajar el resistor en corriente continua es de 500 V. d) No sería adecuado colocarlo en un sistema que tiene que soportar temperaturas de 175 ºC porque sólo soporta las temperaturas hasta 125 ºC. e) La potencia máxima que es capaz de disipar en las condiciones de funcionamiento descritas en la hoja es de 1 W. A más de 1 W se quemaría el potenciómetro. f) Podría manipularse, sin tener problemas de funcionamiento, 10 000 veces. 4. La Figura 2.58 muestra un condensador de tántalo para montaje superficial:

A la vista de los datos que se observan en la misma, Contesta a las siguientes preguntas: a) ¿De qué tipo de resistor se trata? Justifica la respuesta. b) ¿Cuál es la tolerancia del resistor?

El fabricante explica en la hoja de características cómo es el código de marcado que utiliza:

c) ¿Cuál es la tensión máxima a la que podría trabajar el resistor en corriente continua?

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010 de estos componentes 5. Identifica por el código de colores los condensadores que tienes en la siguiente fotografía:

A la vista de la información proporcionada por el fabricante, contesta a las siguientes preguntas, explicando la respuesta que das en cada una de ellas: a) ¿Cuál es condensador?

la

capacidad

del

b) ¿En qué fecha ha sido fabricado? ¿Se puede colocar en un circuito impreso en el que va a tener que soportar una tensión de 20 V en sus extremos? ¿Por qué? c) Explica brevemente en qué consiste el montaje superficial de los componentes.

De arriba abajo y de izquierda a derecha: •

rojo, rojo, amarillo, negro, azul: 220 000 pF (220 nF)

•

rojo, naranja, negro: 23 pF

•

azul, gris, amarillo, blanco, rojo: 680 000 pF (680 nF)

•

naranja, marrón, amarillo: 31 · 104 pF

•

rojo, marrón, negro: 21pF

6. Identifica por el código de colores los resistores que tienes en esta fotografía:

a) La capacidad del condensador es 33 · 107 pF. b) Ha sido fabricado en octubre de 2004. No se puede colocar en un circuito impreso en el que va a tener que soportar una tensión de 20 V en sus extremos porque sólo admite tensión hasta 10 V. c) La tecnología de montaje superficial es el sistema o conjunto de procesos usados para soldar componentes de montaje superficial en una tarjeta de circuito impreso. Los SMC son componentes micro miniaturizados, con o sin terminales que se sueldan directamente en unas zonas conductoras, situadas en la superficie de la PCB, llamadas huellas (lands), sin la necesidad de ser insertados y atravesar la tarjeta.

Utilizar los códigos de marcado

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De izquierda a derecha: • • • • • •

rojo, rojo, rojo, oro: 2 200 ± 5 % Ω rojo, blanco, negro, oro: 29 ± 5 % Ω azul, rojo, rojo, plata: 6 200 ± 10 %Ω rojo, rojo, negro, oro: 22 ± 5 % Ω azul, verde, negro, oro: 65 ± 5 % Ω marrón, rojo, verde, oro: 120 K ± 5 %Ω

7. A lo largo de esta unidad hemos visto cómo se marcan los resistores

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de montaje superficial SMD. Busca en Internet condensadores para montaje SMD y pon ejemplos de cómo se realiza el marcado de la capacidad, tensión, tolerancia, etc., en estos componentes. La novedad es que su uso se ha generalizado hasta tal punto que aparece en placas que ni siquiera necesitan de miniaturización extrema. En vista de esto, cualquier técnico de mantenimiento y reparación de equipos, bien sean profesionales o de electrónica de consumo, tiene que estar ya preparado para trabajar con esta técnica de ensamblaje, como hicieron hace cuatro décadas los técnicos que pasaron del cableado punto a punto al manejo de los circuitos impresos. El manejo de los componentes de montaje superficial requiere el uso de herramientas especiales para desoldar y soldar los dispositivos SMD. Estos dispositivos se colocan sobre una superficie de la placa de circuito impreso, donde se hace su soldadura, habitualmente con la ayuda de un robot debido a su reducido tamaño.

•

marrón, rojo, rojo, plata: 1 200 ± 10% Ω.

•

rojo, rojo, naranja, plata: 22 000 ± 10% Ω.

•

naranja, blanco, rojo, oro: 3 900 ± 5% Ω.

Medir la resistencia de los resistores y la capacidad de los condensadores e identificar el comportamiento de estos componentes en los circuitos 9. Explica la diferencia que existe entre resistencia y resistor. La resistencia es la cualidad y el resistor es el componente. 10. Determina la resistencia equivalente de los circuitos dados a continuación:

8. Identifica de qué tipo son los resistores que tienes en la fotografía e indica cuáles son sus principales parámetros en función del código que llevan marcado.

a) R = Los principales parámetros son la tolerancia y la potencia que están en función del tamaño del resistor. Son resistores fijos. Su valor óhmico es (de arriba abajo): •

azul, rojo, rojo, oro: 6 200 ± 5% Ω.

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1,5·3 12·12 =6 Ω = 1 + 2 = 3; R = 1,5 + 3 12 + 12

1 1 1 1 1+1+ 2 4 = + + = = ; RT = 1,5 Ω RT 6 6 3 6 6 b) RT=

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6·24 144 = = 4,8 ; RT = 4,8 Ω 6 + 24 30

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11. Haz una lista de aplicaciones de los principales tipos de resistores que has visto en la unidad.

13. Calcula la capacidad equivalente de la asociación de condensadores dada en la figura:

Resistores variables: Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, incluyendo limitación de corrientes: •

como sensor de temperatura

•

para desmagnetización

•

para la protección contra el recalentamiento de equipos tales como motores eléctricos

•

en indicadores de nivel

•

para provocar retardo en circuitos

•

termostatos

•

como resistores de compensación.

La mayor parte de las aplicaciones de los resistores LDR se basan en el accionamiento de un relé y en el accionamiento de una lámpara.

C = 1 + 1 = 2 µF

1 1 1 1 3 + 2 +1 = 1 µF = + + = 6 CT 2 3 6 CT =1 µF; CT = 1 · 10-6 F

12. Calcula la carga que adquiere un condensador que se conecta a una pila, cuya tensión es de 25 V, si tiene una capacidad de 200 nF. C

=

Q ; V

despejamos

la

Q

=

C·V,

sustituimos los valores y obtenemos: Q = 200 · 10-9·25 = 5 · 10-6 Cu.

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Unidad 3. Análisis de circuitos en corriente continua Actividades 1. Explica cómo conectarías un polímetro, en el esquema de la Figura 3.6, para medir la tensión en R2 y cómo medirías la intensidad que circula por R3.

Para medir la tensión de la resistencia R2 con el polímetro hay que conectar las puntas en paralelo en los dos extremos, y poner el polímetro en modo voltímetro.

(tensión, intensidad, etc.) y el valor de escala. •

Ranuras de inserción de condensadores, en las que se debe insertar el condensador cuya capacidad se va a medir.

•

Orificio para la Hfe de los transistores: permite insertar el transistor cuya ganancia se va a medir.

•

Entradas en las que se conectan las puntas de medida.

•

Habitualmente, los polímetros analógicos poseen cuatro bornes (aunque también existen de dos): uno, que es el común, y los demás para medir tensiones y resistencias, intensidades e intensidades no mayores de 20 A.

Para medir la intensidad de la R3 hay que conectar el polímetro en serie con el circuito y poner el polímetro en modo amperímetro. 2. Busca en Internet cómo funciona un polímetro analógico. Realiza un dibujo del mismo e investiga cómo se toman las medidas con este aparato. Explica, además, cómo se manejan las escalas para poder tomar las lecturas. Un polímetro analógico, genérico o estándar, suele tener los siguientes componentes: •

•

Conmutador alterna-continua (AC/DC): permite seleccionar una u otra opción, dependiendo de la tensión (continua o alterna). Interruptor rotativo: permite seleccionar funciones y escalas. Girando este componente se consigue seleccionar la magnitud

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3. Localiza, en el manual de un polímetro, los símbolos que hacen alusión a los errores que este aparato de medida puede cometer en sus lecturas e investiga por qué suceden. El error que cometen se debe a la resistencia interna. Existen el error de lectura y error

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total. Los símbolos son: V y I. 4. Señala cuántos nudos tiene el circuito de la Figura 3.16.

a) ¿Cuánto vale la tensión que podemos medir en cada una de las resistencias? b) ¿Qué intensidad circula por cada una de ellas? a) Al estar las resistencias en paralelo la tensión es de 15 V. b) La intensidad que circula por cada una de ellas es: I =

V 15 = 1,5 A . R 10 R1 10 Ω

El circuito tiene cinco nudos.

V1 15 V

10 Ω

5. Indica cuántas ramas y mallas tendrá el mismo circuito y explica por qué. El circuito tiene ocho ramas. En un circuito eléctrico se denomina rama a la porción de circuito que queda entre dos nudos del mismo. Si contamos en nuestro circuito vemos que hay ocho ramas y cuatro mallas.

R2

9. Dibuja, sobre el circuito de la Figura 3.30, cómo irá la corriente y dónde está el positivo de las tensiones en cada una de las resistencias.

6. ¿Cuál será el valor de la intensidad que circula por una resistencia de 20 Ω, que está conectada a una pila de 40 V? La intensidad será: I =

V 40 = = 2A . R 20

7. Dos resistencias de 10 Ω se conectan en paralelo a una pila de 15 V. Calcula el valor de la intensidad que proporciona la pila. La intensidad de la pila es:

1 1 V 15 + = 0,2 Ω; I = = = 3 A . 10 10 R 5 8. Dibuja el esquema del circuito del apartado anterior y contesta a las siguientes preguntas:

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La flecha negra indica el sentido de la intensidad que circula por el circuito. Las puntas de las flechas rojas indican dónde están los positivos en cada una de las tensiones de las resistencias. 10. Consulta el libro de características de un teléfono móvil y localiza qué consumo de potencia tiene el aparato. Con el voltaje que tiene su batería, calcula la intensidad de corriente que tiene que proporcionar al aparato para que funcione correctamente. Para ello,

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utiliza las fórmulas que hemos visto para el cálculo de la potencia en corriente continua.

a) La intensidad que circula por el circuito es:

IT =

El teléfono UMTS/3G tiene una potencia de 500 mW. El voltaje de la batería es de 3,7 V y la intensidad es: I =

P = 0,13 A . V

V 20 = = 0,5 A . RT 40

b) La potencia consumida es: P = V · I = 20 · 0,5 = 10 W. c) El rendimiento del generador es:

11. ¿Qué tensión tiene la batería de un reproductor de MP3, si sabemos que necesita una potencia de 100 mW y que por él circula una intensidad de 10 mA? La tensión de la batería del reproductor es: P = V· I; V =

P 0,1 = = 10V . I 0,01

η=

Putil 8,75 ·100 = ·100 = 58,33% Ptotal 15

14. En el circuito de la Figura 3.37 todas las resistencias son iguales y de valor R = 10 Ω. Calcula el rendimiento del generador si sabemos que E1 = 30 V.

12. Cita cuatro ejemplos de generadores de continua que estén funcionando como receptores. Todas las baterías recargables, como las que usan los teléfonos móviles, las cámaras de vídeo, los flashes para fotografía (suelen usar pilas AAA recargables), las cámaras de foto, etc., se comportan como receptores cuando están siendo recargadas. 13. En el circuito de la Figura 3.36, E1 y R4 forman un generador real de tensión:

η=

Putil 20 ·100 = ·100 = 33,3% Ptotal 60

I=

V 30 = = 2A RT 15

La potencia útil se calcula con los valores de R2 y R3 en paralelo. 15. Calcula la potencia entregada por el generador E1 en el siguiente circuito:

Calcula: a) Intensidad total que circula por el circuito. b) Potencia consumida en el circuito. c) Rendimiento del generador.

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La potencia es: P =

V 2 36 = = 12W . R 3

Si realizamos la simulación del circuito obtenemos los siguientes valores: Voltímetro

16. Calcula la potencia disipada en R4 en este circuito:

Amperímetros

Las ecuaciones de las mallas y del nudo son: a) I1 = I2 + I3 b) 10 = 20 I1 + 2 I2 c) – 8 = - 2 I2 + 6 I3 Por R4 circula la intensidad de I1. Para calcular la potencia disipada en esta resistencia hay que hacer los siguientes cálculos: P = I12 · R4 Sumamos las ecuaciones b) y c): 2 = 20 I1 + 6 I3;

2 − 20 I1 10 − 20 I1 ; I2 = sustituimos en 6 2

I3 = la a) I1=

2 − 20 I1 10 − 20 I1 + ; 6 2

I1= 0,6 - 3,33 I1+ 5 - 10 I1 14,33 I1 = -9,4; I1 = - 0,65 A. El valor es negativo porque el sentido de I1 debe ser al contrario de cómo lo hemos dibujado.

18. Explica, sobre la imagen del polímetro, cómo configurarías el aparato para medir una intensidad en un circuito cuyo valor calculado es de 250 mA. Debes explicar: a) Escala que vas a utilizar y posición en la que debe estar colocado el selector. b) Dónde colocarías las puntas de prueba y por qué. c) Cómo tendría que conectarse en el punto del circuito donde vas a medir la intensidad. a) El cuadro rojo indica la escala de amperios en continua. Debemos colocarlo en el punto de 10 A, puesto que el anterior es para medir 200 mA y no sería suficiente. b) La punta negra debemos colocarla en el terminal “Com”. La roja la colocaremos en la posición de 10 A, puesto que la escala anterior mide sólo hasta 200 mA. c) Tendría que conectarse en serie.

La potencia es: P = I12 · R4; P = 0,4225 · 10 = 4,2 W. 17. Rellena los valores que deben marcar los aparatos de medida que están conectados en el circuito de la Figura 3.41 e indica de qué tipo es cada uno de ellos.

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R3: P = R · I2 = 4 · 0,312 = 0,38 W R4: P = R · I2 = 8 · 0,332 = 0,87 W Si sumamos todas las potencias absorbidas, incluida la del generador V2: 1,02 + 1,089 + 1,44 + 0,38 + 0,87 = 4,7 W; sale más debido al error de los aparatos. 20. Explica el proceso que debe seguirse para medir la tensión en una resistencia de un circuito si sabemos que su valor óhmico es de 1 k2 y circula por ella una intensidad de 10 mA. Poner el polímetro en modo voltímetro. Para medir la resistencia las puntas están en paralelo a la resistencia y hay que saber la escala. Para ello calculamos la tensión: V = I · R = 0,01 · 1 200 = 12 V Punta roja

Punta negra

19. En el circuito de la Figura 3.46, realiza un balance de potencia e indica si los generadores están entregando o absorbiendo potencia.

La medida es 12 V; por tanto, tenemos que poner la escala del voltímetro en el polímetro en DC en 20 V.

Test de repaso 1. a) 2. d) 3. c) 4. b) 5. c) 6. d)

Potencia en los generadores: V1: P = V · I = 12 · 0,33 = 3,96 W (entregada). V2: P = V · I = 6 · 0,17 = 1,02 W (absorbida, porque la intensidad va en sentido contrario).

7. a) 8. b) 9. c) 10. a) 11. b)

R1: P = R · I2 = 10 · 0,332 = 1,089 W R2: P = R · I2 = 15 · 0,312 = 1,44 W

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Comprueba tu aprendizaje Manejar las leyes fundamentales del análisis de circuitos. Calcular la potencia rendimiento eléctricos. Resolver circuitos continua.

en

y

el

corriente

1. Un circuito consta de un generador de tensión de 20 V y de una resistencia R1 de 10 Ω. ¿Cuál es el valor de la corriente en este circuito? ¿Qué resistencia R2 debe añadirse en serie con R1 para reducir la corriente a la mitad? Realiza los esquemas para este circuito. La corriente es: I =

V = 2 A. R

Debe añadirse otra resistencia de 10 V. Esquema 1:

RT = 4,8 Ω P = I2 · R, P1Ω = 6,25W La potencia es: P10Ω = 3,9 W. 3. Dibuja un esquema en el que se muestren dos resistencias, R1 y R2, conectadas en serie a una fuente de alimentación de 100 V. a) Si en la resistencia R1 se mide una tensión de 30 V, ¿cual es tensión en R2? b) Dibuja en el esquema la polaridad de las tensiones en R1 y R2.

R1 V1

1 1 1 1+ 4 5 = + = = = 0,2 Ω RT 24 6 24 24

10 Ω

20 V

Esquema 2: R1

R2

10 Ω

10 Ω

V1

c) Si la corriente que circula por R1 es de 1 A, ¿cuál es la corriente que circula por R2? ¿Cuál es la resistencia total a través de la fuente de voltaje? ¿Y cuál es el voltaje a través de R1 y de R2? d) ¿Qué potencia estará entregando el generador para que el circuito pueda funcionar correctamente?

20 V

2. El circuito de la Figura 3.52 se conecta a una fuente de alimentación de 30 V. Calcula la potencia que disipan las resistencias R4 y R1 (todos los valores vienen dados en ohmios).

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R1

V1 100 V

a) La tensión en R2 es 70 V. b)

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R2

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R1

comprueba, conectando en el mismo los aparatos de medida adecuados, que las intensidades que has calculado coinciden con los valores que marcan dichos aparatos.

R2

V1 100 V

El positivo de la tensión está en la punta de la flecha. c) La corriente que circula por R2 es 1 A. La resistencia total es la suma de las dos. Por R1 circula 30 V y por R2 circula 70 V. d) El generador estará potencia de 100 W.

entregando

la

4. Calcula en el siguiente circuito la potencia entregada o recibida por el generador E2 y la disipada en la resistencia R1.

Ia

6. ¿Cuánto valdrá el valor de la intensidad que circula por el circuito si todas las resistencias son iguales, de valor 2 Ω, y el valor de las pilas es E1 = 10 V y E2 = 16 V? ¿En qué sentido circulará?

Ib

Planteamos el sistema de ecuaciones: 2 Ia + 4 (Ia - Ib) - 2 = 0; Ib + 4(Ib - Ia) + 6= 0 Resolviendo obtenemos:

el

sistema

de

ecuaciones

Ia= -1 A Ib= -2 A Nos han salido en sentido contrario al que hemos supuesto. Según el esquema, Ia es lo mismo que I1 e Ib es igual que –I2. Por tanto, I1 va en el sentido contrario al que está marcado en el circuito (sale del nudo). I3 será igual a la resta de las dos intensidades calculadas y su valor será de 1 A. 5. Monta el circuito de la actividad anterior sobre un simulador y

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Circulando la intensidad en la malla en el sentido de las agujas del reloj tenemos: - 10 -16 = I(6); I = - 4,3 A Al salir negativo, el sentido es el contrario a las agujas del reloj. 7. La resistencia equivalente correspondiente a la asociación de tres resistencias iguales conectadas en serie es de 150 Ω, y la intensidad que circula por cada una de ellas es de 3 A. Calcula: a) Cuánto valdrá cada una de las resistencias. b) La caída de tensión que se produce en la resistencia equivalente

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cuando se conectan las tres en serie. c) La caída de tensión que se produce en cada una de las tres resistencias conectadas en serie. d) Dibuja correspondiente.

el

esquema

a) Cada una de las resistencias valdrá 50 Ω. b) La caída de tensión es: V = 3 ·150 = 450 V.

a) El circuito tiene tres ramas.

c) La caída de tensión es:

b) El circuito tiene dos nudos.

V = 50 · 3 = 150 V.

c) Son necesarias tres ecuaciones, si lo resolvemos por Kirchhoff: dos de las mallas y una del nudo.

d) Dibuja el esquema correspondiente. R1

R2

R3

V1 100 V

8. Contesta a las siguientes cuestiones sobre el circuito de la Figura 3.55: a) ¿Cuántas ramas tiene el circuito?

d) El aparato marcará la intensidad que circula por la rama donde está R4. e) La potencia que está poniendo en juego el generador V2 es de 41,6 W. f) Necesitamos calcular las intensidades que circulan por cada una de las mallas (y por las ramas del circuito). Planteando las ecuaciones de malla, nos quedará el siguiente sistema: 20 Ia + 15 (Ia - Ib) + 25 - 12 = 0

b) ¿Cuántos nudos?

40 Ib + 15 (Ib - Ia)+10 – 25 = 0

c) ¿Cuántas ecuaciones son necesarias para resolver el circuito? Justifica la respuesta.

Resolviendo el sistema nos quedará: Ia = -0,3 A (sale del nudo, va en sentido contrario al que hemos marcado);

d) ¿Qué valor marcará el aparato de medida de la figura? ¿Por qué?

Ib = 0,2 A

e) ¿Cuál es la potencia que está poniendo en juego el generador V2? f) ¿Qué potencia está consumiendo la resistencia R4? g) ¿Cuál es el valor de la intensidad que circula por la rama de V1? h) Comprueba que se cumple la primera ley de Kirchhoff en el nudo donde están conectadas R1, R3 y V2.

La intensidad en la rama de en medio será la suma de las dos: 0,3 + 0,2 = 0,5 A. La

potencia 2 b

en

R4

será:

2

P = I ·R4 = 0, 2 ·20 = 0,8W g) El valor de la intensidad que circula por la rama de V1 es 0,3 A. h) La intensidad en la rama de en medio será la suma de las dos: 0,3 + 0,2 = 0,5 A. 9. En el circuito de la Figura 3.56 se sabe que la resistencia R1 está consumiendo una potencia de 400

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W. El generador real, formado por Vg y Rg, trabaja con un rendimiento del 80 %. ¿Cuál será el valor de la tensión Vg, a la vista de los datos ofrecidos en el enunciado?

η=

Putil 400 , Ptotal = 500 W ·100 , 80 = Ptotal Ptotal

P = I2 · R; 500 = I2 · 210; I2 =2,38 A; I = 1,53 A La tension será: Vg= 1, 53 · 210 = 321 V.

Tomar medidas eléctricos.

en

circuitos

10. Explica, sobre la figura siguiente, cómo habría que preparar este polímetro para tomar la medida de una tensión de 15 V en un componente de un circuito electrónico (cómo se conectan las puntas de prueba, selección de la escala, etc.). Explica también cómo habrá que configurarlo si queremos medir la intensidad que pasa por el componente, sabiendo que el valor es de 30 mA.

Escala y punto de tensión.

Las puntas de prueba se conectan en paralelo con el componente a medir, en la escala de V en DC y en 20 V. Para medir la intensidad tenemos que poner la rueda en modo amperímetro en la A y en un valor mayor de 30 mA. 11. En el circuito de la Figura 3.58 queremos medir de alguna manera cuál es la potencia que está R1. consumiendo la resistencia Solamente disponemos de un polímetro, como el usado en el apartado anterior. Responde a las siguientes cuestiones: a) ¿Qué medidas tendrías que tomar si quieres saber cuál es la potencia en la resistencia? Justifica la respuesta. b) Dibuja, sobre el esquema, cómo harías las conexiones correspondientes para cada una de las medidas (si son varias) que tienes que realizar. c) Al conectar el polímetro en los extremos de R1 se ha quemado el fusible de protección. ¿Cómo estaba configurado para que haya sucedido tal cosa? ¿Por qué se ha podido producir la rotura del fusible?

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Explica cuál de los valores medidos anteriormente se corresponde con la intensidad en R1. Utilizando el simulador: XMM1

Tensión en R4

a) Tenemos que medir la tensión (V) y la intensidad (I), ya que la fórmula de la potencia es P = V · I. Una vez calculada la potencia, se multiplica. b) Aquí mostramos una captura de pantalla del simulador con los aparatos de medida colocados sobre el circuito, para medir la tensión y la intensidad.

R3

R4 XMM2

R2 R1

R5 XMM3

XMM4 R6

V1

R7

12 V

Intensidad en R6 Intensidad en R6

c) La rotura se ha podido producir porque a lo mejor hemos medido la intensidad en paralelo. 12. Sobre el esquema de la Figura 3.59, coloca el polímetro para medir: a) Tensión en R4. b) Intensidad por R5. c) Intensidad total del circuito. d) Intensidad en R6.

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Intensidad en R5

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Unidad 4. Electromagnetismo Actividades 1. Un imán tiene 0,2 Wb de flujo magnético y una sección de 10 cm2. Halla la inducción magnética. φ ; La inducción magnética será B = S sustituyendo los valores será: B=

0,2 = 2000 T ; B = 2 000 T. 10 .10 − 4

2. Calcula la sección de un imán cuya inducción magnética es de 3 T y el flujo magnético es de 6 mWb. De la ecuación de la inducción magnética φ despejamos la sección y obtenemos S = ; B sustituimos S=

6 . 10 3

−3

= 0 , 002 m 2 ; S = 0,002 m2.

5. Halla la permeabilidad absoluta y el flujo magnético de una sección que frente a un campo magnético de 12 000 Av/m y 6 cm2 de sección es sometida a una inducción magnética de 6 T. B ; La permeabilidad absoluta es µ = H sustituimos los valores y obtenemos µ = 6 = 0 , 0005 H/m. Para calcular el 12000 flujo magnético aplicamos la fórmula φ = S · B.

φ = 6.10 −4 ·6 = 36.10 −4 Wb . 6. Calcula la inducción magnética cuya intensidad de campo es de 10 000 Av/m y la permeabilidad absoluta es de 0,0016 H/m. Para calcular la inducción magnética aplicamos la fórmula B = µ · H; sustituyendo los valores obtenemos B = 0,0016 · 10 000 =16 T.

3. Halla el flujo magnético de un imán cuya sección es de 3 cm2 y la inducción magnética es de 2 T. Si despejamos la ecuación de la inducción magnética φ = S · B; sustituyendo obtenemos φ = 3 · 10-2 · 2 = 0,06 Wb. 4. Calcula la inducción magnética de un imán cuyo flujo magnético es de 8 mWb y tiene una sección de 11 cm2. φ La inducción magnética será B = ; S sustituimos los valores y obtenemos

8 . 10 − 3 = 7 , 27 T . B= 11 . 10 − 4

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7. Calcula la inducción magnética cuya intensidad de campo es de 5 000 Av/m y la permeabilidad absoluta es de 0,0012 H/m. B = µ · H; sustituyendo los valores obtenemos B = 0,0012· 5 000 = 6 T. 8. Para fabricar una bobina con núcleo de aire, si sabemos que tiene un coeficiente de autoinducción de 1 mH, su longitud debe ser de 3 cm y un diámetro de 3 cm, ¿cuántas espiras deberá tener la bobina?

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N

=

l·I

φ

;

sustituimos 1 . 10

los −3

valores

y

·I

, (1). La φ permeabilidad de una bobina con núcleo de aire es µ 0 = 4 π · 1027 H/m, donde la

obtenemos

N

=

superficie es S = 3·1,5 = 4,5cm2 y donde N ·I φ = S · B; φ = 4 , 5 . 10 − 4 · 4 π · 1027 · . L Esta formula la sustituimos en la formula (1) y nos da: 1 . 10

N = 56 , 52 . 10

−3

·I

N · I ; donde la I se 0 , 03 1 . 10 − 3 va y se queda: N = 56 , 52 . 10 − 11 · N ; 0 , 03

N= 8

− 11

·

1 . 10 − 3 ; N2 = 5,30 · 10-4 · 101884 . 10 − 11 · N

= 5,30 · 10-12; N = 2,31.

9. Calcula la intensidad de campo de una bobina que tiene 400 espiras, por la que circula una intensidad de 6 A, sabiendo que la longitud de la bobina es de 12 cm. N ·I H= ; sustituyendo obtenemos: L H=

400 ·6 = 20000 A V/m. 12 . 10 − 2

10. Calcula la inducción magnética de un electroimán cuya intensidad de campo es de 13 000 AV/m y la permeabilidad absoluta de su núcleo ferromagnético es de 0,0013 H/m. B = µ · H ; sustituimos los valores y obtenemos B = 0,0013 · 13 000 = 16,9 T. 11. Navega por las páginas Web señaladas en el recuadro al margen del epígrafe 2.4 e investiga la

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compatibilidad electromagnética, la inmunidad y emisividad en telecomunicaciones http://www.tuv.com La compatibilidad electromagnética (también conocida por sus siglas CEM o EMC) es la rama de telecomunicaciones que se ocupa de las interferencias entre equipos eléctricos y electrónicos. Consiste en la capacidad de cualquier aparato, equipo o sistema para funcionar de forma satisfactoria en su entorno electromagnético, sin provocar perturbaciones electromagnéticas sobre cualquier objeto de ese entorno. Es decir, ese aparato, equipo o sistema debe ser capaz de operar de manera adecuada en ese entorno, sin ser interferido por otro (inmunidad o susceptibilidad electromagnética) y además, no debe ser fuente de interferencias que afecten a otros equipos de ese entorno (emisiones electromagnéticas). 12. Una inductancia sin entrehierro se construye con un devanado de 200 espiras sobre un núcleo de reluctancia de 2 · 106 A/Wb. Calcula el valor de la inductancia. I

N = L · φ ; 200 = L · 2 · 106; despejando L = 0,0001 H. 13. Explica la ley de Faraday y busca en Internet ejemplos de esta ley. El experimento que realizó Faraday consistía en lo siguiente: con dos bobinas, compuestas por cierta cantidad de espiras colocadas cerca una de la otra, sin que lleguen a tocarse, a una de las bobinas se le conectó una batería y a la otra un galvanómetro. Cuando a la bobina que estaba conectada a la batería se le hacía pasar corriente de forma intermitente, la aguja del galvanómetro se movía, pero sólo en los

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instantes en los que se conectaba y desconectaba a la batería, pero no se observaba desviación en el galvanómetro cuando la bobina se encontraba indefinidamente conectada a la batería. 14. Calcula la inductancia de una bobina con una intensidad de 2 A, 120 espiras y un flujo de 0,002 Wb. L ·I N ·φ ; N = φ ; despejando la L = I sustituyendo los valores la L=

120 ·0 , 002 = 0 ,12 H . 2

φ = 0 , 2 . 10

−4

·4

301,59.10-11 ·

π ∙ 1027

120 · I = L

·

I . Sustituyendo en la L

formula N ·φ 120 ·301 , 59 . 10 L = ; L = I

− 11

I

I L = de

aquí despejamos la L. b) Igual que a), pero utilizando la formula de la permeabilidad absoluta. 17. Calcula el número de espiras de una bobina con los siguientes datos: • Fluye una intensidad de 4 mA.

15. Calcula el número de espiras de una bobina en la que fluye una intensidad de 3 A, un flujo magnético de 0,02 Wb y tiene una inductancia de 0,2 H. N

=

L ·I

φ

;

sustituimos

los

valores

y

• Un flujo magnético de 0,03 mWb (miliweber). • Y una inductancia de 0,02 mH (milihenrio). Después pasa las unidades a A, Wb y H. L ·I

0 , 2 ·3 obtenemos N = 0 , 02 = 30 v .

N = φ ; sustituimos los valores y obtenemos:

16. Calcula el coeficiente de autoinducción L de una bobina con las siguientes características: 120 espiras (N); 0,2 cm2 sección de la bobina (S); 2 cm de longitud (L), para:

N=

0 , 02 . 10 − 3 · 4 . 10 0 , 02 . 10 − 3

−3

= 4 . 10

−3

V .

18. Calcula el valor de la bobina con los colores marrón, rojo, amarillo y plata de la figura 4.16:

a) Una bobina con núcleo de aire. b) Una bobina con núcleo de hierro con una permeabilidad relativa ( µr) de 28. N ·φ . La permeabilidad de una I bobina con núcleo de aire es

a) L =

µ 0 = 4 π ∙ 1027 H/m, donde la superficie es S = 0,2 cm2 y φ = S · B; El valor de la bobina es 12 ± 10 % µH.

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c) 23 ± 10 % µH. 19. Identifica el siguientes bobinas:

valor

de

las

d) 100 ± 2 % µH. a) Naranja, amarillo, marrón, marrón. b) Amarillo, verde, rojo, oro. c) Rojo, naranja, negro, plata d) Marrón, negro, marrón, rojo. 22. Calcula el valor de la inductancia total para cuatro bobinas en serie de valor L1 = L2 = L3 = L4 = 3 mH, pasa la unidad a henrios (H). LT = L1 + L2 + L3 + L4 = 3+3+3+3 = 12 mH. En henrios sería LT = 12 · 10-3 H.

a) 4 700 ± 5 % µH. b) 67± 5 % µH. c) 220 ± 5 % µH. d) 56 µH. 20. Calcula el valor de las siguientes bobinas con el valor de tolerancia, analizando el código de colores: a) Marrón, verde, amarillo y plata. b) Negro, rojo, amarillo y plata

23. Calcula el valor de la inductancia total para las cuatro bobinas en paralelo del mismo valor que la actividad 22. 1 1 1 1 1 = LT L1 + L 2 + L 3 + L 4 ; sustituimos los valores y obtenemos 1 1 1 1 1 4 = LT 3 + 3 + 3 + 3 = 3 , donde LT = 0,75 mH. En henrios sería LT = 0,75 · 10-3 H.

c) Amarillo, violeta, rojo y oro. d) Verde, violeta, negro y marrón. e) Verde, negro, violeta y rojo. a) 15 ± 10% µH. b) 2 ± 10% µH.

24. Calcula el valor total de inductancia de los siguientes circuitos con valor de 4 µH cada una, pasar a henrios (H):

c) 4 700 ± 5% µH. d) 57 µH. e) 50 µH. 21. Indica qué colores tendrían las bobinas con los siguientes valores: a) 340 ± 1 % µH. b) 4 500 ± 5 % µH.

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9. a) 10. a) 11. a) 12. b)

Comprueba tu aprendizaje Distinguir las características de los imanes, así como los campos que originan

4 ·4 = 2 + 4 = 6 µH a) 4+4 6 ·8 = 3, 42 + 4 = 7 , 42 µ H 6+8

LT = 7,42 µH = 7,42 ∙ 10 H -6

b)

8·4 = 2 , 6 +4 = 6,6 µH 8+4

2 , 6 ·6 , 6 = 2 , 6 + 6 , 6 1,86 µH

LT = 1,86 µH = 1,86 · 10-6 H 1 1 1 1 c) L = L + L + L T 1 2 3 LT = 1,33 µH = 1,33 · 10 H -6

Test de repaso 1. c) 2. d) 3. d) 4. d) 5. a) 6. a) 7. c) 8. c)

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1. Explica las características de los imanes y pon ejemplos que conozcas. Un imán presenta dos polos magnéticos: polo norte y polo sur. Estos polos son indivisibles, es decir, si rompiésemos un imán, obtendríamos dos imanes más pequeños, pero cada uno con sus propios polos norte y sur. Una de las características fundamentales es que dos polos del mismo nombre o signo (positivo o negativo) se repelen, mientras que dos de distinto nombre o signo se atraen (positivo y negativo). Ejemplos de imanes: •

Imanes cerámicos o ferritas.

•

Imanes de alnico.

•

Imanes de tierras raras.

•

Imanes flexibles.

2. Detalla las diferencias que existen entre un material ferromagnético, diamagnético y paramagnético y pon ejemplos de cada tipo de material. Los materiales ferromagnéticos y paramagnéticos son atraídos a las zonas donde el campo magnético es más intenso. La fuerza es, en el caso de los paramagnéticos, del orden de 1 000 a 1 000 000 veces menor que en los ferromagnéticos. Es el caso de, por ejemplo, el aluminio (Al).

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En cambio, los materiales diamagnéticos se dirigen a los puntos del campo en los que su intensidad es menor. Es el caso, por ejemplo, del zinc (Zn).

6. Explica los tipos de bobinas que existen y las aplicaciones de cada una de ellas. a) Las bobinas fijas: •

Con núcleo de aire: En ellas, el conductor se arrolla sobre un soporte hueco que posteriormente se retira, quedando con un aspecto parecido al de un muelle. Estas bobinas pueden tener tomas intermedias, en cuyo caso se pueden considerar como dos o más bobinas arrolladas sobre un mismo soporte y conectadas en serie. Se utilizan para frecuencias elevadas.

•

Con núcleo sólido: Poseen valores de inductancia más altos que los anteriores, debido a su elevado nivel de permeabilidad magnética. El núcleo suele ser de un material ferromagnético. Los más empleados son la ferrita y el ferroxcube.

•

De nido de abeja: Con estas bobinas, gracias a la forma del bobinado, se consiguen altos valores inductivos en un volumen mínimo. Se utilizan en los circuitos sintonizadores de aparatos de radio, en las gamas de onda media y larga.

•

De ferrita: Arrolladas sobre núcleo de ferrita, normalmente cilíndricos y con aplicaciones en radio, resultan muy interesantes desde el punto de vista práctico, ya que permiten emplear el conjunto como antena colocándola directamente en el receptor.

•

De núcleo toroidal: Se caracterizan por el flujo generado que no se dispersa hacia el exterior, debido a su forma, se crea un flujo magnético cerrado, dotándolas de un gran rendimiento y precisión.

3. Define el concepto de líneas de fuerza y campo magnético. El flujo magnético consiste en la cantidad de líneas de fuerza que forman un campo magnético. Así, cuando aumenta el flujo magnético, aumentan las líneas de fuerza. La inducción magnética, también denominada densidad de flujo magnético, es la cantidad de flujo magnético por unidad de superficie. Se trata del número de líneas de fuerza que pasan perpendicularmente por una unidad de superficie.

Identificar los campos magnéticos creados por conductores recorridos por corrientes eléctricas 4. Halla la inducción magnética de un electroimán con una intensidad de campo es de 1 400 Av/m y tiene una permeabilidad absoluta de 0,0016 H/m. B = µ · H ; sustituimos los valores y obtenemos B = 0,0016 · 1 400 = 2,24 T. 5. Calcula la inductancia de una bobina con una intensidad de 2 A, un número de espiras de 1 000 vueltas y un flujo de 0,2 mWb. N ·φ L= , sustituimos los valores y I 1000 ·0 , 2 . 10 − 3 = 0 ,1 H . obtenemos L = 2

Estudiar bobinas

los

componentes:

Identificación de bobinas

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las

b) Las bobinas variables se caracterizan por la posibilidad de ajustar su valor de inductancia entre cero y un valor máximo.

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7. Identifica el valor de la siguiente bobina utilizando el código de colores:

El valor de la bobina sería: 25 ± 5% µH. 8. Identifica, en la Figura 4.34 de qué tipo son las bobinas.

Bobinas de núcleo de aire.

a) De nido de abeja. b) De ferrita. c) De núcleo de aire. d) De núcleo toroidal. e) De núcleo sólido. 9. Identifica las siguientes placas:

bobinas

en

las Bobinas de núcleo toroidal.

Bobinas de núcleo toroidal. Bobina con núcleo de hierro. Bobinas de núcleo toroidal. 10 ¿De qué tipo es la bobina de cada una de las placas del ejercicio 9? Calcula el valor de las bobinas del apartado c) del ejercicio 9, utilizando el código de colores. Bobinas de núcleo toroidal.

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La bobina es marrón-verde-negro-plata. El valor de las bobinas es: 15 ± 10% µH.

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Cálculo de inductancias 11. Calcula la inductancia total para tres bobinas conectadas en serie de un valor de 0,3 H cada una. LT = L1+ L2+ L3 = 0,3 + 0,3 + 0,3 = 0,9 H. 12. Calcula la inductancia total para tres bobinas conectadas en paralelo de un valor de 0,3 H cada una. 1 1 1 1 = LT L1 + L 2 + L 3 ; LT = 0,1 H. 13. Calcula la inductancia total para cuatro bobinas conectadas en paralelo de valor 0,4 µH cada una; pasa la unidad de la inductancia total a henrios (H). 1 1 1 1 1 = + + + LT L1 L 2 L3 L 4 ; LT = 0,1 µH, LT = 0,1 · 10-6 H. 14. Calcula la inductancia total para los siguientes circuitos donde L1 = L2 = L3 = L4 = L5 = 0,04 mH, pasa la unidad a henrios (H).

a)

L2 ·L4 0,04·0,04 = = 0,02 mH L2 + L4 0,04 + 0,04

LT = 0,02 + 0,02 + 0,04 = 0,08 mH. En henrios: 0,08 · 10-3 H.

b)

L 2 · L5 0,04·0,04 = = 0,02 mH L2 + L5 0,04 + 0,04

L1 · L3 0,04·0,06 = = 0,024 mH L1 + L3 0,04 + 0,06 LT = 0,024 + 0,04 = 0,028 mH. En henrios: 0,028 · 10-3 H. 0 , 08 ·0 , 08

c) 0 , 08 + 0 , 08 = 0 , 04 mH 0 , 04 · 0 , 04

LT = 0 , 04 + 0 , 04 = 0,02 mH. En henrios: 0,02 ·10-3 H.

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Unidad 5. Principios fundamentales de la corriente alterna Actividades 1. Calcula la impedancia que presentan una bobina de L = 3 H y una resistencia en serie de R = 20 Ω, si se conectan a un generador de corriente alterna cuya ecuación es: V (t) = 10 sen 20 t (v). Dibuja el diagrama de los vectores de las tres impedancias. La impedancia de la bobina:

X L = ϖ ·L = 20·3 = 60Ω El módulo de la impedancia total será:

Z total = R 2 + ( X L )2 = 202 + (60)2 = 63, 24 Ω El ángulo de la impedancia:

ϕ = arctg

XL 60 = arctg = arctg 3 = 71,54º R 20

El diagrama de vectores quedará:

XC =

1 ϖ ·C

Despejamos la frecuencia y obtenemos el siguiente resultado:

f =

1 1 = = 1,59 Hz 2π X c C 2π ·10·0, 01

3. Explica qué ocurre con la impedancia de un condensador a medida que vamos aumentando la frecuencia. A medida que la frecuencia se va haciendo más grande, la impedancia del condensador es cada vez más pequeña, ya que son inversamente proporcionales. 4. Señala para qué frecuencias equivale una bobina a un circuito abierto. Explica por qué. Una bobina equivale a un circuito abierto para las frecuencias altas porque su impedancia aumenta con la frecuencia. 5. Investiga qué frecuencias utilizan los teléfonos móviles en sus comunicaciones y qué frecuencias se usan en las emisoras de radio de FM.

2. Indica cuál es la frecuencia de un generador de corriente alterna si sabemos que un condensador de 10 mF, conectado a él, tiene una impedancia de 10 Ω. La impedancia del condensador se calcula a través de la siguiente fórmula:

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Para las emisoras de radio de FM se utiliza la banda entre 88 MHz y 108 MHz. En telefonía móvil se utiliza la banda de 1 800 MHz a los 2 200 MHz. 6. Indica cuál sería la impedancia total en un circuito en serie RLC, si los componentes tienen los siguientes valores: R = 10 Ω; L = 2 H y C = 3 F, teniendo en cuenta que se encuentran conectados a un

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generador cuya frecuencia es de 100 Hz. Tenemos que calcular las reactancias, tanto de la bobina como del condensador. Para ello, calculamos primero la velocidad angular: ω = 2 πf = 200 π = 628,31 Hz.

condensador. b) El valor de la intensidad que circula por el circuito. c) El valor de la corriente del circuito si se duplica el valor de la frecuencia del generador. a) La impedancia del condensador:

La impedancia de la bobina será:

XC =

X L = ϖ ·L = 628,31·2 = 1256, 63Ω

b) La intensidad que circula por el circuito:

La impedancia del condensador será:

XC =

1 1 = = 796,17Ω ϖ ·C 628·2·10−6

1 1 = = 5,35·10−4 Ω ϖ ·C 628, 31·3

I=

La podemos despreciar frente a la de la bobina, y por tanto, el módulo de la impedancia total será de:

Ztotal = R2 + ( X L )2 = 102 + (1256,63)2 = 1256,66 Ω

V 50 = = 0, 0625 Amax Z 796,17

c) Si duplicamos la frecuencia, el condensador presentará una impedancia cuyo valor será la mitad del calculado en el apartado anterior, y por tanto, la intensidad será el doble de la calculada: I = 0,125 Amax

7. Calcula el valor que debe tener un condensador que se conecta en serie con una bobina de L = 4 H, si queremos que la impedancia (en módulo) de los dos componentes sea igual. La frecuencia del generador es f = 50 Hz. Calculamos bobina:

la

impedancia

de

la

9. Calcula la intensidad que circula por un circuito en serie formado por una bobina de L = 3 H, y una resistencia de R = 6 Ω, conectadas a la red eléctrica (220 V eficaces y frecuencia de 50 Hz).

X L = ϖ ·L = 2·π ·50·4 = 1256Ω

a) ¿Cuál es el valor máximo de la intensidad calculada?

Si igualamos esto a la impedancia del condensador, obtenemos el siguiente resultado:

b) ¿Qué tensión podríamos medir en la resistencia si conectamos un voltímetro?

XC =

1 1 1 ⇒C = = = 2,53µ F ϖ ·C X Cϖ 1256·314

8. Conectamos un condensador de capacidad 2 µF a un generador de corriente alterna, con una frecuencia de 100 Hz, y cuyo valor máximo es de 50 V. Calcula:

c) ¿Cuál sería el valor máximo de la tensión que podríamos medir en la bobina? a) Primero tenemos que calcular el módulo de la impedancia total del circuito:

Z total = R 2 + ( X L ) 2 = 62 + (942) 2 = 942 Ω La intensidad será:

a) La impedancia que presenta el

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I=

V 220 = = 0, 23 Aef Z 942

Si lo convertimos a valores obtenemos el siguiente resultado:

máximos,

que la del condensador, el circuito es inductivo, y por tanto, la tensión estará 45º por encima de la intensidad: V

I = I ef · 2 = 0,32 b) La tensión en la resistencia sería el producto de la intensidad por la R: V = I · R = 0,23·6 = 1,38 V. c) El valor máximo de la tensión de la bobina será: V = 220 - 1,38 = 308,25 V. 10. En el circuito de la Figura 5.28, calcula la intensidad que circula por él y representa un diagrama en el que se vean los vectores de la tensión y de la intensidad. Indica si el circuito es inductivo o capacitivo, razonando la respuesta.

Calculamos la impedancia total del circuito:

X L = ϖ ·L = 50·240·10−3 = 12 Ω 1 1 XC = = =8 Ω ϖ ·C 50·0, 0025 Ztotal = R2 + ( XL − XC )2 = 42 + (12 − 8)2 = 5,65 Ω El ángulo de la impedancia será:

ϕ = arctg

X L − XC 4 = arctg = arctg1 = 45º R 4

La intensidad que circula por el circuito será:

I=

V 100 = = 17, 69 Amax Z 5, 65

Al ser la impedancia de la bobina mayor

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11. Investiga qué tipos de condensadores variables se están montando en los circuitos de sintonía de los equipos de radio actuales. Busca características de algún modelo comercial y apunta en tu cuaderno los datos más significativos de cada uno de ellos. Son condensadores variables electrónicamente (varactores). En frecuencias VHF y UHF, por ejemplo, en radio FM o sintonizadores de televisión, el rango dinámico está limitado por el ruido, en vez de por los grandes requisitos de manejo de señales, y los varactores se usan comúnmente en el recorrido de la señal. Los varactores se usan para modular la frecuencia en osciladores y para hacer osciladores de alta frecuencia controlados por voltaje (VCOs), el componente del núcleo en sintetizadores de frecuencia PLL que son omnipresentes en los equipamientos de comunicaciones modernos. 12. La resonancia eléctrica también se produce para circuitos RLC en paralelo. Busca alguna aplicación en la que se utilice un circuito de este tipo. ¿Se calcula igual la frecuencia de resonancia que en un circuito en serie? Los circuitos resonantes se utilizan para seleccionar unas bandas de frecuencias y

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para rechazar otras. Cuando se está en la frecuencia de resonancia, la corriente por el circuito es máxima. La frecuencia de resonancia se calcula igual que en un circuito en serie. 13. En la Figura 5.33, ¿cuál será la frecuencia fundamental si la onda azul es el 2.º armónico?

8.º la amplitud es ya muy pequeña y no podríamos percibirlo.

Test de repaso 1. a) 2. d) 3. c) 4. b) 5. a) 6. b) 7. c)

La frecuencia será la mitad de dicho valor, es decir, 500 Hz. 14. Si el oído humano es capaz de percibir sonidos cuyas frecuencias están por debajo de 18 kHz, ¿seríamos capaces de distinguir el séptimo armónico de una señal cuya frecuencia fundamental sea de 3 250 Hz? Justifica tu respuesta dando dos razones. En las condiciones que citamos en el enunciado, a) ¿Hasta qué armónico de la señal podríamos oír? b) ¿Y si tuviéramos una señal de 180 Hz? Argumenta la respuesta. No seríamos capaces de distinguirlo porque la frecuencia de este armónico estaría fuera de la banda audible, y además, su amplitud sería tan pequeña que sería imposible oírlo (3 250 · 7 = 22 750 Hz). a) Si consideramos solo la frecuencia: N = 18 000/3 250 = 5,5, podríamos oír hasta el 5.º armónico.

8. a) 9. a) 10. d) 11. b) 12. a)

Comprueba tu aprendizaje Conocer la corriente alterna Identificar los principales parámetros de una señal alterna 1. La imagen de la Figura 5.38 corresponde a la pantalla de un osciloscopio. Si sabemos que la base de tiempos está colocada en 0,5 ms/div y la escala de amplitud en 2 V/div: a) ¿Cuál es el Vpp de la señal? b) ¿Cuál es la frecuencia de la señal? c) Escribe la ecuación instantánea de la misma.

b) Aunque por frecuencia podríamos oír 100 armónicos, en la práctica a partir del 7.º u

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a) El cálculo del Vpp de la señal: 4 divisiones por 2 V/div = 8 V; multiplicando por 2, obtenemos el valor Vpp 16 V. b) El cálculo de la frecuencia de la señal: 2 div·0,5 ms/div = 1 ms. La frecuencia será la inversa de este valor: 1 000 Hz.

c) La ecuación instantánea: F = 1/T = 1 KHz; V(t) = 4 sen 2 000 πt. 2. Dadas las siguientes señales: Y (t) = 5 sen 1 000 t Z (t) = 10 sen 5 024 t Contesta a las siguientes preguntas: a) Indica el valor máximo de cada una de las señales. b) Di cuál es la frecuencia de cada una. c) Calcula el valor eficaz de la señal Z (t). d) Define el Vpp de la señal Y (t). a) El valor máximo de la señal Y(t) es 5, y el de la señal Z(t) es 10.

Si suponemos que la base de tiempos del aparato está calibrada en 10 ms/div, y que la amplitud está calibrada en 2 V/div, contesta a las siguientes preguntas: a) ¿De qué tipo de onda se trata? b) ¿Cuál es el período de la señal? c) ¿Cuánto vale su frecuencia? d) ¿Cuál es el Vp de esta señal? e) ¿Cuál es el Vpp de la misma? a) Se trata de una señal triangular. b) El período de la señal es de 420 ms. c) Su frecuencia vale 2,38 Hz. d) El Vp de la señal es de 4,4 V. e) El Vpp de la misma es de 8,8 V. 4. Dibuja sobre la pantalla del osciloscopio de la Figura 5.40 una señal cuadrada de 20 Vpp y una frecuencia de 1 250 Hz, sabiendo que la base de tiempos está calibrada en 200 ms/div, y el eje de amplitud en 5 V/div.

b) La frecuencia de las señales: 159,23 Hz y 800 Hz. c) El valor eficaz de la señal Z(t) es: Vef = 10/1,41 = 7,092. d) El Vpp de la señal Y(t): 10 V · 2 = 20 V. 3. El osciloscopio de la Figura 5.39 muestra una señal alterna:

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La señal queda de la siguiente manera:

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Calcula: a) La impedancia equivalente del circuito. b) La intensidad que circula por el circuito. c) Indica si se encuentra o no en resonancia. 5. Dos señales alternas, tensión e intensidad, vienen dadas por el siguiente diagrama vectorial (Fig. 5.41):

a) El calculo de la impedancia del circuito:

X L = ϖ ·L = 100·π ·0, 02 = 6, 28 Ω 1 1 XC = = = 0,15 Ω ϖ ·C 100·π ·0, 02 Ztotal = R2 +(XL − XC)2 = 5202 +(6,28−0,15)2 =520 Ω b) El módulo de la intensidad que circula por el circuito es:

El número dado entre paréntesis es el módulo del vector, y el ángulo formado por ambos vectores es de 60°. Nos piden que calculemos la ecuación instantánea de cada una de las señales si sabemos que la frecuencia de las mismas es de 100 Hz. Los módulos están dados en valores máximos. Considerando I como origen de fases (al estar sobre el eje X):

I =

V 220 = = 0, 43 A Z 520

c) No se encuentra en resonancia porque las impedancias de la bobina y el condensador son distintas. 7. En el circuito de la Figura 5.42, determina la frecuencia del generador de 30 V eficaces para que circule la máxima intensidad.

I(t) = 2 sen 200 πt (A) V(t) = 4 sen (200 πt + π/3)

Calcular alterna

circuitos

en

corriente

Aplicar la ley de Ohm en corriente alterna 6. Mediante la red eléctrica ordinaria de 220 V (eficaces) a 50 Hz, se alimenta un circuito RLC con una R = 520 Ω, L = 0,02 H y C = 20 mF.

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La frecuencia que tenemos que calcular es la de resonancia del circuito, a través de la fórmula:

f =

1 2π LC

=

1 2π 0, 2·4·10−8

= 1624,36 Hz

8. Un circuito en serie RLC está

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alimentado por una fuerza electromotriz (fem) máxima de Em = 150 V. Los valores de R, L y C son respectivamente 100 Ω , 20 mH y 1 mF. Calcula: a) La frecuencia de resonancia. b) La intensidad eficaz en resonancia. a) La frecuencia de resonancia es:

f =

1 2π LC

=

1 2π 0, 02·1·10−3

= 35, 58 Hz

b) En resonancia las impedancias de la bobina y el condensador se anulan, y por tanto, solo queda la resistencia para el cálculo de la intensidad. Teniendo esto en cuenta, calculamos:

I = I=

V 150 = = 1,5 A en valores eficaces: Z 100

anterior? c) Simula el circuito en el ordenador. Coloca un amperímetro y comprueba que el valor que marca coincide con el valor calculado en el apartado anterior. d) Calcula la tensión que tendrá el condensador del circuito. e) Coloca un osciloscopio en los extremos del condensador y comprueba la señal que obtienes. Compara las medidas de la misma con la tensión calculada en el apartado anterior para ver si coinciden. f) Dibuja un diagrama de vectores aproximado del circuito que estás comprobando. g) ¿Qué marcará el polímetro de la Figura 5.44?

1,5 = 1, 06 A 2

9. Fíjate en el circuito de la Figura 5.43:

a) Calculamos la impedancia:

X L = ϖ ·L = 1000·0, 001 = 1 Ω XC =

En función de los componentes que tienes en el esquema y con los datos del generador de señales contesta a las siguientes cuestiones: a) ¿Cuánto vale la intensidad que circula por el circuito? b) ¿Cuál es el valor eficaz de la intensidad calculada en el punto

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1 1 = = 1Ω ϖ ·C 1000·0, 001

El circuito está en resonancia, por lo cual la impedancia es solo la de la resistencia. Como el generador tiene un valor máximo de 5 V, la intensidad valdrá:

I =

V 10 = = 0, 01A Z 1000

b) El valor eficaz de la intensidad calculada en el punto anterior es:

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I=

En rojo - la tensión total, en azul - la intensidad y los otros dos vectores son las tensiones de la bobina y el condensador.

0, 01 = 0, 007 A 2

c) El esquema del circuito: XFG1 XMM1

R1 1kΩ

L1 1mH

g) La tensión en la resistencia en este caso será:

10 = 7, 09V 2

C1 1mF

El valor que marca el amperímetro es:

d) La tensión que tendrá el condensador del circuito: Vc = 0,01 · 1 = 0,01 V. e) La señal obtenida es:

10. Las notas musicales están formadas por una frecuencia fundamental (el tono) y una serie de armónicos. Investiga cuáles son estos armónicos para las notas re y sol (así como su frecuencia fundamental), y cómo evoluciona la escala musical en función de los armónicos. Busca también información sobre las distintas aplicaciones posibles de los armónicos en la música (afinación de instrumentos, etc.). Para realizar esta actividad existen dos artículos interesantes sobre armónicos en Wikipedia y en www.monografias.com, que los alumnos pueden consultar. 11. Busca otros aparatos de medida que se puedan usar para medir corrientes en alterna y explica brevemente su utilización. La pinza amperimétrica es un instrumento de medición muy útil que permite la medición de intensidades en conductores activos, sin la necesidad de interrumpir el circuito:

Las medidas coinciden con el valor de la tensión del apartado anterior. f) El circuito está en resonancia:

Una de las ventajas de este método es que podemos medir grandes intensidades sin la necesidad de desconectar el circuito que

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estamos midiendo. Las partes de una pinza amperimétrica son:

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Unidad 6. Circuitos monofásicos y trifásicos Actividades 1. Para la producción de corriente alterna trifásica se utilizan generadores distintos a los de la corriente alterna monofásica. Averigua qué diferencias existen entre ambos tipos de generadores, y qué particularidades pueden tener los generadores para corriente trifásica. En el siguiente enlace web tienes una información detallada de cómo es el funcionamiento de este tipo de alternadores: http://www.tuveras.com/alternador/alterna dor.htm 2. Como hemos visto en la unidad, en las instalaciones monofásicas existe un código de colores para identificar los cables. Investiga qué colores (normalizados) se utilizan para poder identificar cada una de las fases RST de la conexión trifásica y qué color se utiliza para el neutro.

Calculamos la impedancia del circuito: X L = ϖ ·L = 200·π ·1 = 1256,63Ω

XC =

despreciable frente a la de la bobina. El módulo de la impedancia equivalente será: Z = R 2 + X 2 = 100 2 + 1256, 632 = 1260, 6 Ω

Hay que sumar la resistencia interna de la bobina y la del circuito. El ángulo debido a esta impedancia será:

ϕ = arctg

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XL − XC 1256,63 = arctg = arctg12,56 = 85,44º R 100

La intensidad que circula por el circuito será: I=

V 220 = = 0,17 Amax Z 1260, 63

1 1 P = ·V ·I ·cos ϕ = 220·0,17·0,07 = 1, 48 W 2 2 1 Q = ·V ·I ·senϕ = 220·0,17·0,99 = 37, 28 Var 2

Los colores para las fases son negro, marrón y gris, y para el neutro el azul. 3. Un circuito en serie RLC está formado por una bobina de coeficiente de autoinducción L = 1 H y una resistencia óhmica interna de 10 Ω, un condensador de capacidad C = 5 mF, y una resistencia de 90 Ω. La frecuencia de la corriente es de 100 Hz. Si el circuito se conecta a un generador de corriente alterna de 220 V de tensión máxima, calcula cuáles serán las potencias P, Q y S del circuito.

1 1 = = 0,31Ω ϖ ·C 200·π ·5·10−3

1 S = ·V ·I = 220·0,17 = 37, 4 Va 2 4. En un circuito RLC de corriente alterna sabemos que se disipa una potencia de 100 W. Teniendo en cuenta que la tensión que alimenta el circuito es de 300 V eficaces y la intensidad que circula por él es de 1 A, calcula: a) La potencia reactiva del circuito. b) El factor de potencia. a) El ángulo que corresponde al factor de potencia del circuito es 72,54º. La potencia

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sistema al 95 %.

reactiva será:

Q = V ·I ·senϕ = 300·1·0,95 = 286,18 Var b) El factor de potencia es:

P = V ·I ·cos ϕ

⇒ cos ϕ =

a) Lámparas para el alumbrado público (lámparas de sodio). de

bajo

sen36,86º = 0, 6 Para calcular la potencia aparente necesitamos saber el valor de la intensidad:

P 100000 = = 520,83 A V ·cos ϕ 240·0,8 S = V ·I = 240·520,83 = 124999, 2VA I=

b) Los kVAr de entrada:

Q = V ·I ·senϕ = 240·580, 23·0, 6 = 74999, 2Var

consumo

c) Un motor eléctrico de grandes dimensiones. a) Lámparas para el alumbrado público (lámparas de sodio) suelen tener factores de potencia bajos, por lo que, en el balasto que necesitan para el arranque, llevan un condensador incorporado que corrige este factor hasta 0,95. b) Lámparas de bajo consumo domésticas tienen un factor de potencia inductiva, en torno a 0,5, bastante lejos del ideal que sería 1. c) Los motores también tienen factor de potencia inductivo, por lo que es necesario corregirlo mediante una batería de condensadores. 6. Un circuito consume una potencia activa de 100 kW a un factor de potencia de 0,8 de una fuente de 240 V, a 50 Hz. Dibuja el circuito y calcula: a) La potencia aparente de entrada. b) Los kVAr de entrada. c) La capacidad del condensador conectado en paralelo necesario para ajustar el factor de potencia del

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ϕ = arccos 0,8 = 36,86º

P 100 = = 0,3 V ·I 300·1

5. Dentro de las instalaciones eléctricas hay elementos que son más perjudiciales que otros respecto al factor de potencia. Investiga cuál es el factor de potencia para los siguientes elementos:

b) Lámparas domésticas.

a) El factor de potencia corresponde a un ángulo de:

c) El factor de potencia corregido es 0,95; esto quiere decir que: cos ϕ = 0,95 ⇒ ϕ =arccos0,95=18,19º tgϕ =tg18,19º=0,32

Para calcular la potencia reactiva del condensador nos fijamos en el triángulo de potencias que hemos visto anteriormente, y calculamos el nuevo ángulo que corresponde:

Q − Qc ; despejando QC = Q − tgϕ ·P P QC = 74999, 2 − 0,32·100000 = 42999, 2 Var tgϕ =

Q=

VC2 V2 2402 ; despejando XC = C = = 1,33 Ω XC Q 42999,2

XC =

1 1 1 ; despejando C = = = 6,36·10−5 F ωC ωXC 2π50·1,33 C=63,6 µF

7. En un sistema trifásico equilibrado, tenemos conectada una batería de focos entre dos fases cuya tensión de trabajo es de 500 V. Calcula la tensión de línea de dicho sistema e indica cuál sería la tensión de fase.

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VLINEA = 3·VFASE ⇒ VFASE =

VLINEA 3

=

500 = 289,01V 3

8. La tensión de fase de un sistema trifásico es de 300 V. Si medimos la tensión entre dos líneas, obtenemos un valor de 520 V. Señala de qué tipo de sistema se trata: equilibrado o no equilibrado, y justifica tu respuesta. Si el sistema es equilibrado, se tiene que cumplirlo siguiente:

VLINEA = 3·VFASE calculando 300· 3 = 519,61V Por tanto, se trata de un sistema equilibrado.

fabricante de un motor trifásico y de un rectificador trifásico y anota todos los valores que se proporcionan. Consulta las siguientes páginas web: Motor: http://www.siemens.com Rectificador: http://www.rodaronline.com Confecciona un esquema de la conexión de los dos elementos en un sistema trifásico e indica si debe ser un sistema de tres o cuatro hilos y cuáles son sus características. De la hoja de características del motor obtenemos:

9. Sobre el circuito de la Figura 6.14, dibuja las tensiones y corrientes (de línea y de fase) e indica de qué tipo de conexión se trata.

R Z1 S Z2 T

Z3

Conexión del receptor entre fase y neutro (alimentación monofásica)

El esquema de conexión del rectificador es el siguiente:

N

Es una conexión en estrella; las tensiones de fase las medimos entre cada una de ellas y el neutro. Podemos elegir una conexión en triángulo para ambos elementos. 10.

Busca

las

características

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del

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11. Busca en Internet modelos de vatímetros digitales y detalla en tu cuaderno las principales características que debemos tener en cuenta al utilizarlos. En los siguientes enlaces se puede encontrar la información completa de vatímetros: http://www.pce-iberica.es/medidor-detallestecnicos/instrumento-deelectricidad/vatimetro-pkt-2515.htm http://www.diotronic.com/chavati.html 12. En telecomunicaciones se utilizan transmisores de alta frecuencia. Averigua cómo se puede medir la potencia emitida por estos transmisores y qué aparatos se utilizan para ello. La información se puede encontrar en el siguiente enlace:

Comprueba tu aprendizaje Diferenciar los monofásicos y trifásicos

circuitos

1. La Figura 6.26 muestra la placa de características de un motor. Indica, en función de la información mostrada en ella: a) Potencia que consume. b) Tipos de conexiones en las que se puede colocar. c) Frecuencia de la red a la que puede trabajar. d) Factor de potencia. e) ¿Puede trabajar a dos frecuencias distintas? Explica por qué. f) ¿Que indica la leyenda IP 55?

http://www.frm.utn.edu.ar/medidase2/tp/t p9.pdf

Test de repaso 1. b) 2. a)

a) Su potencia es de 1,5 kW.

3. c)

b) Se puede utilizar en conexiones estrella y triángulo.

4. a)

c) Puede trabajar a la frecuencia de 50 Hz.

5. a) 6. d) 7. a) 8. b) 9. c) 10. c) 11. b)

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d) Su factor de potencia es 0,81. e) Puede trabajar a 50 Hz y 60 Hz, dependiendo del tipo de conexión que se realice. f) La leyenda IP 55 indica el grado de protección eléctrica, con un aislamiento de clase III. 2. En las Figuras 6.27 y 6.28 se representa la conexión de dos motores. Explica el tipo de conexión

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(monofásica o trifásica) de cada uno de ellos e indica cuáles son los conductores de fase, neutro, etc.

4. Un circuito serie RLC está alimentado por una fem máxima Em = 150 V. Los valores de R, L y C son respectivamente 100 Ω, 20 mH y 1 µF. Calcula: a) La frecuencia de resonancia. b) La intensidad eficaz en resonancia. a) La frecuencia de resonancia será:

f =

1 2π LC

=

2 2π 0, 02·1·10−6

= 1125,39 Hz

b) La tensión eficaz será: La figura 6.27 representa una conexión monofásica, con la fase nombrada por L1 y el neutro por N. En la figura 6.28 tenemos una conexión trifásica, con las fases nombradas como L1, L2 y L3.

Calcular la potencia y el factor de potencia en un circuito monofásico 3. Una fuente de 400 V, a 50 Hz, entrega 20 kVA a una carga cuyo factor de potencia es del 70 %. Dibuja el circuito y calcula: a) La potencia activa en kW. b) La potencia reactiva en kVAr.

=

5. El voltaje y la corriente de un motor de inducción son de 600 V y 20 A, respectivamente, y el ángulo de desfase entre la corriente y el voltaje es de 40°. Dibuja el diagrama fasorial aproximado y calcula: a) La potencia aparente. b) La potencia activa. c) La potencia reactiva. d) El factor de potencia. e) La impedancia equivalente de la carga.

V1 400 V 50 Hz 0Deg

Emax

150 = 106,38V 2 2 La intensidad eficaz será (por estar en resonancia) V 106,38 = 1, 06 Aef I = ef = R 100

Vef =

ZL

V

a) La potencia activa en kW es:

P = V ·I ·cos ϕ = 20000·0, 7 = 14kW b) La potencia reactiva en kVAr es:

ϕ = arccos 0, 7 = 45,57º Sen 45,57º = 0, 71

I

a) La potencia aparente será: S = V · I = 600 · 20 = 12 Va b) La potencia activa será:

cos ϕ = cos 40º = 0, 76 P = V ·I ·cos ϕ = 600·20·0, 76 = 9120W

Q = V ·I ·senϕ = 20000·0, 71 = 14, 2kVar

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c) La potencia reactiva será:

senϕ = sen 40º = 0, 64 Q = V ·I ·senϕ = 600·20·0, 64 = 7680Var

El condensador que sería necesario conectar en paralelo para que se produzca esta mejora del factor de potencia:

tgϕ = tg (arccos 0,97) = 0, 25

d) El factor de potencia:

Q − Qc ; despejando QC = Q − tgϕ ·P P QC = 3047 − 0, 25·4910,5 = 1919,32 Var

cos ϕ = cos 40º = 0, 76

tgϕ =

e) La impedancia equivalente de la carga:

Z =

V 600 = = 30Ω I 20

6. En la línea de entrada que alimenta un repetidor de telefonía móvil se ha medido una potencia reactiva de 3 047 VAr. Con un polímetro se ha medido la intensidad que circula por dicha línea, obteniéndose un valor de 25 A. La tensión de entrada es de 230 V. En función de estos datos, responde a las siguientes cuestiones: a) ¿Cuánto vale el factor de potencia de esta instalación?

Q=

VC2 V2 2302 ; despejando XC = C = = 27,56 Ω XC Q 1919,32

XC =

1 1 1 ; despejando C = = =1,15·10−4 F ωC ωXC 2π50·27,56 C=115 µF

7. En una instalación de una fábrica hay colocados tres motores monofásicos, tal y como se ve en la Figura 6.29. Los tres motores son iguales y se alimentan a 220 V y 50 Hz. Cada uno de los motores consume una potencia de 1 500 W, y tiene un rendimiento del 80 %. El fdp de la instalación es de 0,8.

b) ¿Cuál es la potencia activa que se está consumiendo? Se desea mejorar el factor de potencia de la instalación hasta un valor de 0,97. Calcula el condensador que sería necesario conectar en paralelo para que se produzca esta mejora del factor de potencia. a) A partir del dato de la potencia reactiva calculamos el valor del ángulo de desfase de la instalación:

Q = V ·I ·senϕ ⇒ senϕ =

Q 3047 = = 0,52 V ·I 230·25

ϕ = arcsen0,52 = 31,33º cosϕ = 0,854 b) La potencia consumiendo será:

activa

Calcula: a) El triángulo sistema.

se

del

c) El valor del condensador para compensar el factor de potencia a 0,95 (considera el circuito equivalente de los tres motores como la suma de todos ellos en cuanto a potencia).

está

S ϕ

P = V ·I ·cosϕ = 230·25·0,854 = 4910,5W

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potencias

b) La intensidad total del consumo.

a) que

de

P

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Q

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El consumo total del sistema, en cuanto a potencia activa se refiere, es la suma de los tres - nos da un valor de 4 500W. Como el rendimiento es del 80%, tenemos que calcular la potencia que tiene que entregar la línea para que funcionen correctamente. Este valor será de 5 625 W. Tenemos que calcular todas las potencias:

P = V ·I ·cosϕ ⇒ I =

P 5625 = = 31,96 A V ·cos ϕ 220·0,8

senϕ = sen36,86º = 0, 6 Q = V ·I ·senϕ = 220·31, 96·0, 6 = 4218, 72Var S = V ·I = 220·31,96 = 7031, 2Va b) La intensidad total del consumo:

P = V ·I ·cosϕ ⇒ I =

P 5625 = = 31,96 A V ·cos ϕ 220·0,8

c) El valor del condensador para compensar el factor de potencia a 0,95:

tgϕ = tg (arccos 0,95) = 0,32 Q − Qc ; despejando QC = Q − tgϕ ·P P QC = 4218, 72 − 0,32·5625 = 2418, 72 Var tgϕ =

Q= XC =

http://www.pce-iberica.es/medidor-detallestecnicos/instrumento-deelectricidad/vatimetro-pkt-2515.htm 9. En un circuito de corriente alterna hemos medido con un polímetro una intensidad de 30 A y una tensión de 230 V. Se sabe que el desfase entre ambas magnitudes es de 15º. a) ¿Qué valor mostraría un vatímetro conectado al circuito?

b) ¿Qué varímetro?

valor

mostraría

un

a) Un vatímetro conectado al circuito mostraría el valor de la potencia activa:

P = V ·I ·cos ϕ = 230·30·cos15º = 6664,88W b) Un varímetro mostraría el siguiente valor:

senϕ = sen15º = 0, 25 Q = V ·I ·senϕ = 230·30·0, 25 = 1725Var 10. Indica, sobre el circuito de la Figura 6.30, cómo se haría la conexión del vatímetro.

VC2 V2 2202 ; despejando XC = C = = 20 Ω XC Q 2418,72 1

ωC

; despejando C =

1

ω XC C=159 µF

=

1 = 1,59·10−4 F 2π 50·20

Medir la potencia en un circuito monofásico 8. El aparato cuya referencia es PKT 2515 es un vatímetro digital. Consulta en Internet su hoja de características y comenta brevemente los aspectos más destacados de este equipo. La información la podemos encontrar en el siguiente enlace:

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Calcula la potencia activa que se está consumiendo en el circuito y realiza la simulación en el ordenador para comprobar que el valor calculado se corresponde con el valor que marca el vatímetro. XC =

1

ωC

=

1 = 26525,82Ω 2·π ·60·0,1·10 −6

Z = R 2 + X 2 = 10002 + 26525,882 = 26544, 72 Ω

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I=

V 120 = = 0, 0045 A Z 26544, 72

26544, 72 = 87,84º 1000 cos ϕ = 0, 037

ϕ = arctg

P = V ·I ·cos ϕ = 220·0, 0045·0, 037 = 0, 03663W La simulación y la conexión del vatímetro se muestran a continuación. La diferencia de valores entre los teóricos y el de la simulación se debe al error cometido con los decimales y las tolerancias de los elementos.

Triángulo desequilibrado:

Identificar las formas de conexión en los circuitos trifásicos 11. Busca en Internet cuántas formas, además de las vistas en la teoría, existen para conectar los receptores y los generadores a un circuito trifásico. Realiza un esquema con cada una de ellas e indica qué conexión es la más adecuada para cada caso. Estrella desequilibrada:

12. Un motor trifásico se ha conectado a una línea de alimentación de la siguiente manera (Fig. 6.31):

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¿Es correcta la conexión? Justifica tu respuesta. La conexión no es correcta - se está conectando la línea L2 a la línea L3, por lo que alteraremos la secuencia de las fases. 13. Identifica qué tipo de conexión representa cada uno de los circuitos que tienes a continuación (Figs. 6.32 y 6.33) y explica brevemente para qué se usa cada uno de ellos.

La figura 6.32 corresponde a una conexión en estrella. Es la forma habitual de conectar los generadores. La figura 6.33 corresponde a una conexión en triángulo, y se utiliza generalmente para los receptores trifásicos.

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Unidad 7. Componentes electrónicos activos

Actividades

Diodos

1. ¿Es posible que se encienda la lámpara en el circuito de la siguiente figura? Justifica tu respuesta. Existen diodos como los de la actividad anterior, de tipo rectificador. No es posible que se encienda la lámpara porque D2 quedaría polarizado en inverso y no pasaría la corriente. 2. Identifica en los siguientes circuitos con placa BOARD los diodos e indica de qué tipo son: Diodos rectificador

4. Busca los parámetros fundamentales, consultando las hojas de características, de los diodos que aparecen en la actividad 2, identificados como D134 y D135, y que corresponden a los modelos 1N3892 y 1N4148. La hoja de características 1N3892 es la siguiente:

del

modelo

La hoja de 1N4148:

del

modelo

Diodo zener

características

Diodo Diodo

3. Identifica los diodos en la siguiente placa de un ordenador que no están identificados.

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Una de las diferencias más importantes es la corriente que aguantan los diodos en polarización directa. En el caso del primer diodo se trata de un componente de

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potencia, mientras que el segundo es un diodo para pequeña señal. 5. Un transistor bipolar del tipo NPN con β = 100, se conecta a una pila de 30 V de la siguiente manera: el colector se conecta al terminal positivo de la pila a través de una resistencia de 330 kohmios. La base también se conecta al mismo terminal positivo de la pila a través de una resistencia de 560 kohmios. El emisor se conecta directamente al terminal negativo de la pila. Calcula la tensión entre colector y emisor.

y la intensidad de colector IC. Si planteamos las ecuaciones de la malla de base y la malla de colector obtendremos: 310 I b + VBE = 5 despejando I B = 2·I C + VCE = 100 Suponiendo β =100 I C = β I b = 1,3mA VCE = 10 − 2·I C = 10 − 2, 6 = 7, 4V

7. Identifica los transistores en la siguiente placa de un ordenador:

Transistore s

Para calcular la tensión VCE necesitamos la IB y la intensidad de colector IC. Si planteamos las ecuaciones de la malla de base y de la malla de colector obtendremos: 560 I b + VBE = 30 despejando I B =

5 − 0, 7 = 0, 013mA 310

8. Identifica los tiristores 30 − 0, 7 = 0, 052mA siguiente esquema: 560

en

el

0,33·I C + VCE = 30 Suponiendo β =100 I C = β I b = 5, 2mA VCE = 30 − 0,33·I C = 30 − 1, 71 = 28, 29V

Transisto r

Tiristor

6. En la figura siguiente se muestra el circuito de polarización de un transistor bipolar. 9. Identifica los transistores en la siguiente placa BOARD:

Determina los valores de VCE, IC, e IB. Para calcular la tensión VCE necesitamos la IB

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Transistores

10. Identifica los transistores en los siguientes esquemas:

12. Lee la hoja de características del transistor 2N3055 y averigua la potencia máxima que puede disipar, el valor de y la temperatura máxima que puede alcanzar la unión. De la hoja de características obtenemos la siguiente tabla:

Potencia máxima: 115 W. Temperatura máxima de la unión: 200 ºC. Valor de dado por la siguiente tabla:

Los transistores están rodeados con círculos rojos. 11. Analiza la hoja de características del tiristor TIC106N5A y anota sus principales parámetros, tal como hemos visto en el caso de los transistores. Mostramos los valores funcionamiento del tiristor:

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máximos

de

13. Identifica, de los siguientes transistores, y según su encapsulado, cuáles son los terminales: base, colector y emisor, y recopila sus características buscando hojas de fabricantes (observa para ello de qué tipo se trata el transistor).

56-142

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010 los componentes activos

electrónicos

1. Explica la diferencia entre polarización directa e inversa de un diodo. Disposición de los terminales:

En la polarización directa, el polo positivo de la pila está conectado a la parte P del diodo, y en la polarización inversa, a la parte N. En este último caso el diodo no conduce. 2. ¿A que tensión de polarización directa comienzan a conducir los diodos de Si? ¿y los de Ge?

Las hojas de características se pueden obtener en el siguiente enlace web: http://www.datasheetcatalog.net/

Los diodos de germanio comienzan a conducir a una tensión de 0,2 V y los de silicio a 0,7 V. 3. Busca y explica las características de los diodos LED.

Test de repaso 1. d) 2. d) 3. a) 4. a) 5. b) 6. a) 7. b) 8. b) 9. b) 10. c) 11. b)

Comprueba tu aprendizaje Identificar los parámetros y características fundamentales de

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Los diodos LED trabajan con polarización directa. Necesitan una resistencia que limite la corriente que va a circular a través de ellos, para evitar que se estropeen. El color de la luz que emiten depende de las impurezas con las que han sido dopados, y así los podemos encontrar en verde, rojo, azul, etc. 4. ¿Cómo se comprueba el buen funcionamiento de los transistores? Para comprobar el estado de un transistor procedemos igual que con el diodo, teniendo en cuenta que el transistor tiene dos uniones PN. En primer lugar, conectamos el terminal positivo del óhmetro al ánodo y el terminal negativo al cátodo de la unión base-emisor. La resistencia que observemos debe ser muy baja, puesto que está polarizado directamente y conduce. En este caso, el transistor está bien. Si, al contrario, se invierte la posición, y tenemos polarizado el transistor

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inversamente, nos tiene que dar un valor de resistencia alta para que el transistor esté bien. 5. Investiga cuáles son las principales aplicaciones de los transistores para telecomunicaciones. Los transistores se utilizan mucho en los equipos amplificadores de señal (como pueden ser los amplificadores de los teléfonos) y en los equipos transmisores, en los que normalmente actúan como amplificadores de potencia.

Identificar los componentes activos, asociándolos con su símbolo 6. De los siguientes símbolos identifica de qué tipo son los diodos de las siguientes figuras:

Zener

8. Identifica sobre el esquema de la siguiente figura los componentes que has estudiado a lo largo de la Unidad. ¿Qué diferencias hay entre D1, D2 y D3? Tiristo r Diodo rectificado

Diodos LED

LED

Las diferencias se encuentran en su funcionamiento: los diodos LED emitirán luz, no siendo así en el caso del diodo rectificador.

Varicap

Montar y realizar las medidas fundamentales de los circuitos con componentes activos 9. Señala qué diodos lucen y cuáles no de las siguientes figuras:

Fotodiodo

7. Busca la hoja de características del transistor BC547 e identifica sus parámetros más importantes.

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Los diodos que se iluminan están rodeados con círculos rojos. 10. Calcula los parámetros fundamentales del transistor (transistor BC547) de la siguiente figura, aplicando fórmulas estudiadas en esta Unidad (los datos que faltan se incluyen en la hoja de características).

11. Realiza el montaje del circuito de la figura en un simulador. Mide la tensión VCE y la corriente de colector, IC, colocando un amperímetro y un voltímetro en la posición que sea la adecuada para realizar tales medidas. El montaje del circuito de la figura en un simulador: XMM1

3

XMM2

4

R2 90 Ω Q1 2

R1

5 1

V1 5V

108kΩ BC547BP V2 5V

VCE = VCB + VBE IB =

VE − VBE = 4,99 mA RB

12. Realiza los cálculos de los valores que has medido, aplicando las fórmulas que has visto en la Unidad, y comprueba que coinciden con las medidas tomadas. Si te faltan datos del transistor, localízalos en su hoja de características.

IC = β · IB = 100 · 4,99 = 499 mA

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0

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El valor de β del transistor es 100. Si hacemos los cálculos del punto de trabajo nos queda:

12 + 0, 7 + I B + (400 + 1) I B = 0 12 − 0, 7 = 0,1107mA 102 = 12 − 102·0,1107 = 0, 7V

IB = VCE

I C = 11, 07 mA

b) Consulta la hoja de características de un diodo LED rojo y comprueba el valor de la intensidad máxima que puede circular por él. Coloca un amperímetro en el montaje y comprueba el valor de la intensidad que circula por el circuito, para ver si estamos lejos o cerca de la Imax del diodo. c) Cambia la resistencia del circuito por una de 100 kΩ. ¿Funciona el diodo? ¿Por qué está ocurriendo esto?

El montaje y la lectura de los aparatos:

d) Calcula el valor máximo de resistencia que podrías colocar en el circuito para que el diodo funcione correctamente. Realiza el montaje con ese valor y comprueba su funcionamiento. a) Sí, el diodo luce. 13. Monta el circuito de la siguiente figura sobre una placa BOARD o en un simulador:

b) El LED tiene un voltaje de operación que va de 1,5 a 2,2 voltios (V), aproximadamente, y la gama de corrientes que debe circular por él está entre 10 y 20 miliamperios (mA), en los diodos de color rojo, y entre 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LEDs. El circuito con el amperímetro: XMM1

El montaje del circuito en el simulador es el siguiente:

LED1 R1

2

3

1kΩ

LED1 R1

2

1

V1 12 V

1

1kΩ V1 12 V

0

Contesta ahora preguntas:

a

las

0

El valor de la intensidad que marca es el siguiente:

siguientes

a) ¿Luce el diodo?

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cuál de los dos luce el diodo LED y explica razonadamente por qué en uno de ellos no funciona.

c) Al cambiar el valor de la resistencia, el circuito nos queda de la siguiente manera: XMM1

LED1 R1

2

3

100kΩ

1

El primer montaje nos queda: LED1

V1 12 V

D1

R1

1

2

4

220 Ω

1N4001GP

V1 12 V 0

El valor de la intensidad en este caso es:

0

El diodo LED funciona correctamente al estar ambos diodos en directo. El segundo montaje nos queda: LED1 D1 1

1N4001GP

R1

2

4

220 Ω V1 12 V

El diodo no se ilumina porque la intensidad que circula a través de él es demasiado pequeña. d) La resistencia tiene que estar entre los siguientes valores:

12 − 2, 2 = 980Ω 10 12 − 2, 2 = = 490Ω 20

Rmax = Rmin

Funcionará como el primer montaje que hemos realizado. 14. Efectúa los montajes de los dos circuitos que tienes a continuación sobre un simulador. Comprueba en

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0

En este caso el diodo LED no funciona porque el diodo 1N4001 está polarizado en inverso y no deja pasar la corriente. 15. Dibuja, respecto al transistor de la figura, cómo conectarías un polímetro para comprobar su funcionamiento, explicando en qué posición habría que colocar el aparato para tomar tales medidas.

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Los tiristores se usan fundamentalmente en equipos de potencia (transmisores, etc.).

¿De qué tipo es el transistor mostrado en la figura? ¿Cómo influye esto a la hora de comprobar su funcionamiento? Para comprobar la unión base – colector hay que configurar el polímetro como óhmetro. Si lo conectamos tal y como se indica en la figura, nos queda la unión polarizada en directo, y si funciona correctamente debería marcar una resistencia pequeña. Lo mismo haríamos para comprobar la unión base emisor. El transistor mostrado en la figura es NPN. Para hacer de forma correcta la comprobación, hay que tener en cuenta cómo polarizar las uniones.

Describir aplicaciones reales de los componentes activos 16. Busca varios ejemplos de las aplicaciones de los diodos, transistores y tiristores en telecomunicaciones. Los diodos se suelen usar en los rectificadores, en las fuentes de alimentación de los equipos, etc. Los diodos LED se utilizan como visualizadores, los diodos varicap en circuitos de sintonía, y los infrarrojos, junto a los fotodiodos, en mandos a distancia. Los transistores se utilizan en equipos de amplificación y en sistemas de control digitales, actuando en conmutación.

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Unidad 8. Rectificadores y filtros Actividades 1. Considerando el circuito que hemos visto en el Caso práctico 1, realiza las siguientes acciones: a) Dale la vuelta al diodo y visualiza en el osciloscopio la señal que obtienes. ¿Qué ha ocurrido con la onda? Explica por qué sucede esto. b) En lugar del transformador de entrada, conecta un generador de señales e introduce una señal de 10 Vpp y una frecuencia de 1 KHz. Dibuja en tu cuaderno la señal que obtienes.

c) Cambiando la frecuencia a 1 MHz la señal que se obtiene es la de la figura:

c) Repite la operación cambiando la frecuencia a 1 MHz ¿Funciona el circuito correctamente? ¿Por qué? a) Al cambiar de posición, el diodo deja pasar el semiciclo negativo de la señal, tal y como se ve en la imagen del osciloscopio:

El diodo no es capaz de funcionar a frecuencias tan altas, por lo que no rectifica la señal, y por tanto, no se podría usar en un circuito como este. En este caso el diodo está polarizado en directo cuando llega la parte negativa de la onda senoidal de la entrada al circuito rectificador. Cuando llega el semiciclo positivo, el diodo está polarizado en inverso y por tanto no conduce. b) La señal obtenida en este segundo caso es la siguiente:

2. En un circuito rectificador de doble onda como el que acabamos de estudiar se avería el diodo D2 y deja de funcionar. ¿Qué ocurre con la señal de salida? Comprueba de forma práctica cuál es la forma de onda que obtienes ahora en el rectificador. Si se avería el diodo D2, la señal deja de estar rectificada en onda completa, y la forma de onda que se obtiene es la siguiente:

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siguiente forma de pantalla (Fig. 8.14):

3. Elige los diodos adecuados, en un catálogo comercial, para un rectificador de doble onda que se va a conectar a un transformador con toma intermedia de 30 V de salida y con una resistencia de carga de 500 Ω. Calculamos la intensidad eficaz que va a circular por la carga:

I ef =

Vef R

=

30 = 0, 06 A 500

El valor de la intensidad que debe circular por ellos tiene que ser mayor para que no haya ningún problema. Consultamos un catálogo:

onda

en

la

Resuelve las siguientes cuestiones: a) ¿De qué tipo de rectificador se trata? b) ¿Qué tensión, en valor eficaz, está entregando el transformador a su salida? c) ¿Cuál es la frecuencia de la señal que está entrando en el transformador? d) Dibuja un posible esquema de un rectificador que cumpla estas características y elige componentes de un catálogo con los que pudieras realizar el montaje. a) Se trata de un rectificador de onda completa. b) Calculando la tensión máxima de la señal, en función de las escalas del osciloscopio, obtenemos: A max = 2 div ·10 V / div = 20 V

El valor eficaz de la señal se calcula aplicando la siguiente fórmula: Elegiríamos el 1N4002, que es capaz de aguantar un valor máximo de tensión eficaz de 70 V y una corriente máxima de 1 A; valores que se encuentran por encima de los que necesitamos en el circuito. 4. A la salida de un circuito rectificador se ha conectado un osciloscopio y se ha obtenido la

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Aef =

Amax 2

=

20 = 14 ,14V 2

c) El valor de la frecuencia obtenemos midiendo el periodo de la señal a la salida. En este caso, la base de tiempos del osciloscopio está colocada en 20 ms/div, y el número de divisiones es de 2. Multiplicamos ambos valores: T = 20 ms/div · 2= 40 ms.

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La frecuencia es la inversa a este valor:

f =

1 1 = = 25 Hz T 40·10 − 3

d) Un esquema de este rectificador podría ser el siguiente:

2

4

D1 1

3

1B4B42

C1 1nF

R1 1kΩ

reproductor multimedia. Ten en cuenta que la fuente está conectada a una red eléctrica de 230 V/50 Hz, que el filtro de la fuente consiste en un condensador electrolítico de 600 µF y que, en estas condiciones, se ha medido con un amperímetro, en la salida de la fuente hacia la carga, una intensidad de 100 mA. Aplicamos la misma fórmula que en la Actividad 5 y obtenemos: Vo =

I 100 ·10 − 3 = = 1, 66 V fC 100 ·600 ·10 − 6

El puente de diodos se podría comprar integrado o realizar con diodos 1N4001.

7. Calcula la frecuencia de corte para un filtro RC con los siguientes valores:

5. La fuente de alimentación de un reproductor de CD lleva un rectificador de media onda y un filtro paso bajo formado por un condensador en paralelo. El transformador de la fuente está conectado a una red eléctrica de 230 V/50 Hz.

a) Resistencia de condensador de 100 mF.

Determina la tensión de rizado de la señal que obtenemos a la salida del filtro si conectamos un condensador electrolítico de 700 µF y circula por la carga una intensidad de 100 mA.

a)

La tensión de rizado se calcula aplicando la fórmula:

b)

Vo =

I fC

Sustituyendo los valores obtenemos: Vo =

b) Resistencia de 200 condensador de 200 µF.

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Ωy Ω

y

c) Resistencia de 2 KΩ y condensador de 100 nF.

fc =

1 1 = = 62 ,83 Hz 2π RC 2π 100 ·100 ·10 − 3

fc =

1 1 = = 3,97 Hz 2π RC 2π 200 ·100 ·10 − 6

c)

fc =

I 100 ·10 − 3 = = 2 ,85 V fC 50 ·700 ·10 − 6

6. Determina la tensión de rizado para un rectificador de onda completa de puente de diodos que se encuentra integrado en la fuente de alimentación de un disco duro

100

1 1 = = 7 ,95 Hz 2π RC 2π 200 ·10 3 ·100 ·10 − 9

8. Realiza un esquema de un filtro paso alto en el que sea posible modificar la frecuencia de corte sin necesidad de cambiar los componentes del circuito: ¿qué

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componentes podríamos utilizar para tal fin?, ¿cuál crees que sería el más adecuado? Un posible esquema para el circuito que se nos pide es el siguiente: C2 V1

Key = A 50% 1uF

1V 1kHz 0Deg

R1 1.0kΩ

Al colocar un condensador variable tenemos un amplio rango de posibilidades para modificar la frecuencia de corte del filtro. La otra posibilidad sería colocar un condensador fijo y un resistor variable, pero no es la solución que se suele utilizar en la práctica. 9. La imagen de la figura muestra la placa de circuito impreso de un filtro paso banda integrado en un aparato de radio. Identifica los componentes que aparecen en el mismo.

a) Identifica cada uno de los filtros según los esquemas que hemos visto a lo largo de de la Unidad. b) Si los valores de los componentes son C1 = 100 µF, R1 = 2 K, R2 = 1 K y C2 = 1 µF, ¿cuál sería el intervalo de frecuencias que dejaría pasar el filtro? Explica cómo has llegado a ese resultado.

a)

Filtro paso alto

Fig. 8.26. Bobinas Condensadores

10. Los filtros paso banda se pueden hacer también uniendo un filtro paso bajo y un filtro paso alto, como el esquema mostrado a continuación:

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Filtro paso bajo

b) Tenemos que calcular las frecuencias de corte de ambos filtros. El paso alto nos dará la frecuencia de corte inferior. Y el paso bajo, la frecuencia de corte superior. De esta forma tendremos: Frecuencia de corte inferior

fc =

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1 1 = = 0, 79 Hz 3 2π RC 2π ·2·10 ·100·10−6

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mirando hojas de características e intentando buscar el más adecuado para que ante la señal de entrada que proponemos funcione correctamente.

Frecuencia de corte superior

fc =

1 1 = = 159,15 Hz 2π RC 2π 1·103 ·1·10−6

11. Queremos comprobar el funcionamiento de un rectificador como el que se muestra en la figura, ya que pensamos que hay alguna avería en el mismo. El esquema del circuito es el siguiente:

El generador de señales proporciona una onda senoidal de 100 KHz y 10 Vpp. Los componentes que forman el circuito son una resistencia de 100 Ω un condensador de 10 µF y un diodo 1N4001 (mira la hoja de características para este diodo).

¿Cuál crees que es el motivo por el que no funciona el circuito anterior (en caso de que así sea)? Comprueba conectando un polímetro en los extremos del condensador el valor de la tensión que mides. ¿Qué tipo de medida (valor máximo, eficaz, etc.) estarías haciendo? ¿Se parece a la señal que mides en el osciloscopio? ¿Qué relación existe entre ambas? a) Con los componentes que tenemos en el circuito pretendemos obtener una señal continua a la salida del mismo. La señal que obtenemos es la siguiente:

El proceso para comprobar la avería es el siguiente: 1. Observa los síntomas del mal funcionamiento del equipo. 2. Estudia producen.

las

causas

que

lo

3. Mediante pruebas y medidas con el polímetro y el osciloscopio, realiza medidas hasta encontrar la avería. 4. Repara y sustituye componentes necesarios.

los

La señal es bastante buena. Podemos intentar obtener una continua con menos rizado, aumentando la capacidad del condensador, sin necesidad de cambiar el diodo, puesto que este modelo responde bien hasta frecuencias de 1 MHz. b) Si colocamos un condensador cuya capacidad es de 15 000µF, la señal obtenida será:

Realiza el montaje del circuito en un simulador y contesta a las siguientes preguntas: a) ¿Qué sucede con el circuito? b) ¿Rectifica la señal de entrada? Si no es así, sustituye los componentes

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Es prácticamente como la tensión continua que proporciona una batería. El circuito funciona correctamente. Con el polímetro en continua estamos midiendo el valor en continua de la señal en el condensador cuyo valor, al no tener casi rizado, es aproximadamente Amax. La relación que existe con el valor de la señal visualizada en el osciloscopio es de

Aef =

Amax 2

Test de repaso 1. a) 2. d) 3. c) 4. a)

Identificar los parámetros y características fundamentales de los circuitos rectificadores y de los filtros analógicos. Verificar el funcionamiento y las medidas fundamentales de los circuitos de rectificación y filtrado. 1. Explica el funcionamiento de un rectificador de media onda y el de un rectificador de puente de diodo, y las diferencias existentes entre ellos. El rectificador de media onda es un circuito que elimina la mitad de la señal que recibe a la entrada, en función de cómo esté polarizado el diodo. Si está polarizado directamente, elimina la parte negativa de la señal y si está polarizado inversamente, elimina la parte positiva. El rectificador de puente de diodos está formado no por un solo diodo, como el de media onda, sino por cuatro diodos. Es un rectificador de onda completa y se obtiene la onda más rectificada a la salida que la del rectificador de media onda. El valor medio de la tensión rectificada es el doble en un rectificador de doble onda que en el de media onda. 2. Identifica en los siguientes circuitos qué tipo de rectificador son y los componentes utilizados.

5. b) 6. b) 7. c) 8. a) 9. a) 10. a) 11. a)

Comprueba tu aprendizaje

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Vcc = 230· 2 = 325, 26V Dividimos este resultado obtenemos: VCC = 162,8 V.

entre

dos

y

4. Identifica en los siguientes circuitos qué tipo de filtro son y los componentes utilizados.

a) Filtro paso bajo. b) Filtro paso alto. a) Rectificador de media onda. Los componentes utilizados son: transformador, diodo y resistencia.

5. El componente de la figura es un rectificador integrado. Corresponde al modelo 005S:

b) Rectificador de onda completa de puente de diodos. Los componentes son: transformador, cuatro diodos o puente de diodos y resistencia. c) Rectificador de onda completa con transformador. Los componentes son: transformador, dos diodos y un condensador electrolítico. 3. ¿Cuál será la tensión de corriente continua a la salida de un rectificador de media onda si a su entrada se aplica una corriente alterna de 230 V de valor eficaz?

Se quiere utilizar para realizar la rectificación en una fuente de alimentación, que tiene que proporcionar a la resistencia de carga una corriente de 2 A. La salida del transformador de la fuente proporciona una tensión de 48 V.

La tensión de corriente continua es la tensión eficaz multiplicada por:

Consulta la hoja de características y contesta a las siguientes preguntas:

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a) ¿Es adecuado este modelo para el circuito propuesto? Justifica la respuesta.

La señal que se obtiene en el osciloscopio es:

b) En caso de que no se pueda utilizar, elige otro componente acorde con las especificaciones del circuito. a) No es adecuado porque este rectificador da solo 1 A de salida y para este caso necesitamos 2 A. b) El componente que podemos utilizar, acorde con las especificaciones del circuito, es un FR205. Las especificaciones serian: El rectificador:

6. En el circuito de la siguiente figura, el transformador T1 está conectado a la red eléctrica y proporciona una tensión de salida de 24 V.

Dibuja sobre la pantalla del osciloscopio cómo es la forma de onda de la señal que podemos medir en el resistor R1. Explica cómo deben estar configurados los mandos del osciloscopio para que la medida se pueda realizar de forma correcta.

La configuración de los mandos del osciloscopio sería: mando de amplitud en 20 V/div y base de tiempos en 10 ms /div. 7. Dibuja sobre la pantalla del osciloscopio la señal de salida que se obtiene en el resistor del circuito de la figura:

Explica cómo configurar los mandos del osciloscopio para realizar la medida de forma correcta.

La señal obtenida es la siguiente:

Los mandos deben estar configurados igual que en la Actividad 6.

Montar

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o

simular

circuitos

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010 analógicos básicos: rectificadores y filtros. 8. Monta o simula el circuito b del ejercicio 4 de la página anterior y observa la forma de onda que obtenemos a la salida. Calcula la frecuencia de corte (fc). El circuito, una vez montado en el simulador, es el siguiente: XSC1

XFG1

Tektronix

C1

P G

1uF

1 2 3 4

T

R1 1kΩ

La señal es atenuada por el filtro, al estar por debajo de la frecuencia de corte. 9. Simula el circuito del apartado b del ejercicio 2, poniendo a la entrada del puente de diodos una tensión de 10 Vp. Coloca un condensador en paralelo de 1 nF y comprueba cómo es la señal de salida. Haz lo mismo con un condensador de 470 µF. Explica las diferencias que observas en las señales que se ven en el resistor al colocar un osciloscopio. El primer circuito a simular es el siguiente: XFG1

La frecuencia de corte del filtro paso alto que estamos analizando es la siguiente:

2

D1

3

1B4B42

4

1

XSC1

1 1 fc = = = 159,15 Hz 2π RC 2π 1000·1·10 −6 Todas las frecuencias que superen dicho valor pasarán por el filtro sin problema. Así, si introducimos una señal de 10 Vpp y una frecuencia de 1 KHz, la salida obtenida es:

Pasa, sin ningún problema, por el filtro. Si la señal tiene una frecuencia de 50 Hz, la salida es:

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C1 1nF

R1 1kΩ

Tektronix P G

1 2 3 4

La señal obtenida a la salida es la siguiente:

El condensador no es capaz de obtener la envolvente de la señal. Si cambiamos el condensador obtenemos una señal casi continua. Al aumentar la capacidad de condensador, estamos consiguiendo obtener la envolvente de la señal y por tanto se aproxima mucho a una tensión continua:

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T

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Utilizaremos un filtro paso banda.

Aplicar este tipo de circuitos a situaciones reales. 10. Un tweeter es un transductor diseñado para reproducir frecuencias altas desde 2 000 y 3 000 Hz hasta 20 000 Hz o más. ¿Qué filtro utilizaremos para limitar la señal que le llega?

Utilizaremos un filtro paso alto. 11. Un woofer es un transductor encargado de emitir las bajas frecuencias en un altavoz o caja acústica. ¿Qué tipo de filtro utilizaremos para limitar la señal que le llega?

Utilizaremos un filtro paso bajo. 12. Un squawker o midrange es el transductor de un altavoz encargado de reproducir frecuencias medias entre 300 y 5 000 Hz. ¿Qué filtro utilizaremos para que deje pasar sólo las frecuencias medias al altavoz?

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Unidad 9. Circuitos amplificadores Actividades 1. Calcula la ganancia de un amplificador en el que sabemos que al introducir a la entrada una señal de 20 mV, a la salida se obtiene una señal de 1 V. La ganancia del amplificador es: Av =

4. Simula el circuito de la Figura 9.8 en el ordenador, y comprueba la ganancia ante una señal de entrada de 2 mV de amplitud y 1 kHz de frecuencia. El montaje en el simulador queda como en la siguiente figura:

Vs 1 = = 50 . Ve 0,02

2. ¿Cuál es el valor de la ganancia obtenida en la actividad 1 expresada en decibelios? La ganancia obtenida en decibelios es: Gv (dB) = 20 log 50 = 33,8 dB

En la pantalla del osciloscopio vemos la señal amplificada:

3. Calcula el punto de trabajo del circuito de la Figura 9.8.

Para calcular el punto de trabajo tenemos que calcular la tensión VCE y la intensidad de colector IC. Si planteamos las ecuaciones de la malla de base y la malla de colector obtendremos:

240 I b + VBE = 10 despejando I B =

10 − 0, 7 = 0, 038mA 240

1·I C + VCE = 10 Suponiendo β =100 I C = β I b = 3,8mA VCE = 10 − 1·I C = 10 − 3,8 = 6, 2V

Según la escala, el valor de la señal es de 2 V pico a pico. Como la señal que introducimos a la entrada tiene un valor de 4 mV pico a pico, la ganancia la podemos calcular como:

Luego, el punto de trabajo será: IC = 3,8 mA y VCE = 6,2 V.

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G=

Vs 2 = = 500 Ve 4·10−3

La diferencia con el sumador es la colocación de las resistencias para las entradas:

en decibelios : G = 10 log 500 = 27 dB 5. Busca el esquema de un circuito restador de dos señales realizado con un amplificador operacional y efectúa su simulación en el ordenador. Compáralo con el circuito visto para el sumador y explica las diferencias que existen entre ellos. Un posible esquema de un circuito restador es el siguiente:

6. Analiza el funcionamiento del circuito de la Figura 9.24 mediante una simulación. ¿De qué circuito se trata?

La simulación del circuito en el ordenador: La simulación del circuito:

R4 1kΩ

XMM1 U1

R2 1kΩ

V1

V1 14 V

R1

XSC1

12 V

7

1kΩ

V2

OPAMP_5T_VIRTUAL

R3

6V 1kΩ

El voltímetro nos da la señal de salida, que en este caso es la diferencia V1-V2, y serán 6 V, tal y como se ve en la siguiente imagen:

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1

5

U1

3

Ext Tri g +

6

C1

1V 1kHz 0Deg

_ +

1uF

R1 1kΩ

B

A

2

V3

_

+

_

UA741CD

4

V2 12 V

El circuito es un derivador (hace la derivada de la señal de entrada). La señal que podemos ver en el osciloscopio es la siguiente:

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b) El valor de potencia que podemos obtener a su salida es 6,5 W. c) Los podemos encontrar en 9-lead SIL; plastic (SOT110B); SOT110-1. d) Sí, necesita refrigerador.

ser

conectado

a

un

e) La temperatura máxima que se puede alcanzar en los terminales durante el proceso de soldadura es de 150 ºC, durante 3 s. Si supera este tiempo se destruiría. f) La tensión máxima de alimentación para el circuito integrado es de 24 V. g) Sí, el amplificador funcionaría correctamente porque puede soportar las temperaturas hasta 150 ºC. 7. Consulta la hoja de características del amplificador integrado TDA 1011 y contesta a las siguientes preguntas sobre este circuito integrado:

Test de repaso

a) ¿Cuál es la utilización de este circuito?

1. a)

b) ¿Qué valores de potencia podemos obtener a su salida? c) ¿En qué tipo de encapsulado lo podemos encontrar? d) ¿Necesita ser conectado a un refrigerador? e) ¿Cuál es la temperatura máxima que se puede alcanzar en los terminales durante el proceso de soldadura? ¿Durante cuánto tiempo? ¿Qué ocurrirá si se supera este tiempo?

2. b) 3. c) 4. d) 5. c) 6. c) 7. d) 8. c) 9. c) 10. c)

f) ¿Cuál es la tensión máxima de alimentación para el circuito integrado? g) ¿Funcionaría correctamente el amplificador en el interior de un vehículo, aparcado al sol, que ha alcanzado una temperatura de 55 ºC? Justifica tu respuesta. a) Este circuito se utiliza en los equipos de sonido.

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Comprueba tu aprendizaje Identificar los principales parámetros de un amplificador

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1. El circuito de la Figura 9.38 representa un amplificador de un equipo de sonido.

GP = 10 · log 100 000 = 50 dB. GI = 20 · log 100 = 40 dB. e) Las impedancias de entrada y salida del amplificador: Ze =

Si sabemos que a la entrada se introduce una señal de 10 mV de amplitud, que en estas condiciones circula una intensidad de 5 mA, y que a la salida tenemos una tensión de 10 V y una intensidad de 500 mA, contesta a las siguientes preguntas:

Ve V = 2 Ω; Zs = s = 20 Ω. Ie Is

Describir el funcionamiento de los amplificadores con transistores 2. Calcula el punto de trabajo del circuito de la figura e indica en qué zona se encuentra trabajando el transistor.

a) ¿Cuánto vale la ganancia de tensión? b) ¿Cuál es el valor de la ganancia de intensidad? c) ¿Cuál es el valor de la ganancia de intensidad? ¿Cuánto vale la ganancia de tensión? d) Expresa todos los valores de las ganancias en decibelios. e) Calcula las impedancias de entrada y salida del amplificador. a) La ganancia de tensión es: Gv =

Vs 10 = = 1000 . Ve 0,01

b) La ganancia de intensidad es: Gi =

Datos: R1 = 22 kΩ, R2 = 3,3 kΩ, RL = 2 kΩ, Re = 1 kΩ, RL = 3 kΩ, Vcc = 12

= 100.

Trabajamos con el circuito equivalente del original: Vcc

Is 0,5 = = 100 . I e 0,005

12 V

R5 10 Ω

c) La potencia a la salida es:

Q2 R7

Ps = Is · Vs = 0,5 · 10 = 5 W.

VBB 2V

El valor de la ganancia de potencia es:

8kΩ BF517

R6 10 Ω

Pe = Ve · Ie = 0,01 · 0,005 = 0,00005 W. G=

Ps 5 = = 100000 . Pe 0,00005

d) Los valores de las ganancias en decibelios son: Gv = 20 · log 1 000 = 60 dB.

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En el circuito equivalente R7 es el paralelo de R1 y R2:

R7 =

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R1·R 2 22·3,3 = = 2,89 K Ω R1 + R 2 22 + 3, 3

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El valor de la pila de la base es:

VBB =

VCC 12 ·R 2 = ·3,3 = 1,56V R1 + R 2 22 + 3,3

b) Calcula la ganancia del amplificador con los datos obtenidos en el apartado anterior.

La corriente de base será:

IB =

de frecuencia 1 kHz y 10 mVp de amplitud. Visualiza la señal que hay en la carga con el osciloscopio y anota sus valores.

VBB − VBE = 2,15.10 − 4 A R7 + R6 ( β + 1)

La intensidad de colector, al estar en zona activa, es el producto de la IB por la β del transistor. Como β = 100, IC = 0,21 A. Esta es la intensidad del punto de trabajo. El cálculo de la tensión de colector (tensión del punto de trabajo) es:

c) Mide con un multímetro el punto de trabajo del transistor (VCE e IC). d) Mide la intensidad que pasa por la base del transistor. ¿En qué zona está trabajando el transistor? Justifica la respuesta. a) El circuito es el siguiente: V1

XFG1 10kΩ

_

R5

R1

10kΩ

1uF

el

Elige un transistor NPN como, por ejemplo, un BC547 o similar. Los condensadores pueden ser de cualquier valor (sólo están para filtrar la corriente continua). Realiza las siguientes operaciones: a) Introduce una señal (Vbb) senoidal

+

_

+

_

1kΩ

1uF

BC547BP

R2

= 12 - 1 000 · 0,21 - 2 000 · 0,21 = 0,198 mV. ordenador

Q1

C1

B

A

C3

Despejando obtenemos: VCE = VCC - REIC - RCIC =

Electrónica aplicada - GM

Ext T rig +

R3

RC I C + RE I c + VCE − VCC = 0

3. Simula en el siguiente circuito:

XSC1

30 V

10kΩ

R4 10kΩ

C2 1uF

La señal que se obtiene en el osciloscopio es:

b) La señal de salida tiene una amplitud de 110 mV pico a pico. La ganancia del amplificador será:

77-142

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

G = 110/10 =11.

= 12 V).

c) La tensión colector emisor es:

Cambia los valores de R1 y R2 por el doble del valor actual y observa qué ocurre en la salida. El circuito simulado es el siguiente: La intensidad de colector será:

XSC1 V1 30 V

Tektronix

XFG1

P G

R2

1 2 3 4

3kΩ

R1 94kΩ

R5

C2

50kΩ

220nF

Q1

C3

R6

220nF

500kΩ

BC547BP

R3 50kΩ

R4 2.2kΩ

d) La intensidad de base tiene el siguiente valor:

C1 10uF

El transistor con los valores de resistencias que nos dan no funciona en zona activa, por lo que no amplifica correctamente la señal.

Describir el funcionamiento de los amplificadores operacionales 5. Analiza los circuitos de la Figura 9.42:

El transistor está trabajando en zona activa, por los valores obtenidos en las medidas anteriores. 4. Repite los apartados del ejercicio anterior con el siguiente circuito: (Vcc

Electrónica aplicada - GM

a) Explica de qué tipo de circuitos se trata y justifica la repuesta. b) Calcula la ganancia de cada uno de ellos. c) Si queremos obtener en el circuito

78-142

T

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

anterior una ganancia de 10, ¿cómo habría que modificar el mismo para conseguirlo? Justifica la respuesta.

partir de qué parámetro realizar los cálculos?

a) Se trata del circuito inversor: en el circuito integrado operacional el positivo va a masa, el negativo va a una tensión y la ganancia es negativa.

b) Ac sería: CRMM = 20 log Ad/Ac; si la Ad = 100 000 y queremos calcular Acmax emplearemos el CRMMminimo. Si queremos la típica el dato será el CRMMtípico, y el Acmínimo sería el ideal “0”. Para el típico 90 = 20 log 100 000/Ac; despejando calculamos Ac.

b) La ganancia de cada uno de ellos es:

V0 R = − 2 = - 0,10. Vi R1 c) Las resistencias serían con valores diferentes; la resistencia 1 tendría un valor igual a la 2 y viceversa, porque si calculamos la ganancia con estos valores obtenemos una ganancia de 10. 6. A continuación fragmento de la características del operacional.

podrías

a) La tensión de alimentación es ±15 V.

Los cálculos se pueden realizar a partir de la tensión. 7. El siguiente circuito corresponde a una aplicación no lineal de los amplificadores operacionales:

tienes un hoja de amplificador

Realiza la simulación del circuito en el ordenador utilizando un operacional 741. Conecta un osciloscopio a la salida (Vo) y responde a las siguientes preguntas: a) ¿De qué tipo de circuito se trata? b) Dibuja la señal que obtienes e indica sus principales parámetros. a) El circuito simulado es el siguiente: V1

Contesta a las siguientes cuestiones: a) ¿Cuál es la tensión de alimentación para la que se han obtenido los parámetros del amplificador?

12 V

R3 R2 7

Electrónica aplicada - GM

1

5

U1

3 6 2

C1

XSC2 4

22nF

741 R1

Tektronix

22kΩ

b) ¿Cuál es el consumo de potencia máximo que tiene el amplificador durante su funcionamiento? c) ¿Cómo podrías calcular la ganancia mínima que tiene el amplificador en modo común? ¿A

1kΩ

1kΩ

P G

1 2 3 4

V2 12 V

Se trata de un oscilador. b) La pantalla de la señal obtenida es la siguiente:

79-142

T

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XFG1

V1

XSC1

12 V 7

1

5

Ext T rig +

U1

_ B

A

3 +

_

+

_

6 2

4

741

D1 BY228

R1 1kΩ

V2 12 V

Nos da una señal de 22,2 V pico a pico y con una frecuencia de 877 Hz. 8. Simula el siguiente circuito analiza su funcionamiento:

Es un rectificador de media onda que elimina la parte positiva de la señal de entrada, tal como se ve en la captura del osciloscopio:

y

a) Introduce a la entrada una señal senoidal de 5 Vpp y una frecuencia de 1 kHz. Comprueba la señal de salida que obtienes. ¿De qué tipo de circuito se trata? b) Cambia la frecuencia de la señal y comprueba los resultados que obtienes en la salida para los valores de:

b) y c) S observan diferencias ante las diferentes entradas. Se deben a que el diodo, a medida que aumentamos la frecuencia, deja de funcionar correctamente. d) Funciona como con la señal senoidal, tal como se ve en la captura del osciloscopio:

F1 = 10 kHz; F2 = 100 kHz; F3 = 1 MHz; F4 = 10 MHz. c) ¿Se observa alguna diferencia ante las diferentes entradas? Si es así, ¿a qué puede deberse? d) Introduce una señal cuadrada de amplitud 4 Vpp y frecuencia 2 kHz y observa la señal de salida. Anota los resultados obtenidos. a) El circuito simulado es el siguiente:

Electrónica aplicada - GM

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Unidad 10. Osciladores y circuitos temporizadores Actividades 1. Identifica, en el circuito que muestra la imagen, el oscilador de desplazamiento de fase y destaca cuáles son los componentes de la red de realimentación y cuáles forman el amplificador. Cristal de cuarzo

3. Monta el esquema de la figura anterior con un cristal de cuarzo e indica la frecuencia de salida. El esquema de la figura anterior: V1 R1

XSC1

9V

22kΩ

X1

Q1

Ext T rig + _ B

A +

HC-49/U_1.5MHz

Amplificador transistores

2. En el siguiente esquema eléctrico de radiocontrol, identifica el cristal de cuarzo.

+

_

2N2222A

C1

con

Red de realimentación con condensadores y resistencias

_

470pF

C2 R2

C3

1kΩ

150pF

0.1uF

La frecuencia la fijará el cristal, en este caso será de 1,5 MHz. 4. Identifica en la siguiente placa de ordenador el cristal de cuarzo:

Cristal de cuarzo

5. Busca en la hoja del fabricante las

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

características de este oscilador de cuarzo de un micro:

condensadores C1 y C2 en el circuito. d) ¿En qué patilla del c. i. 555 van conectados los elementos del apartado c)? a) Se trata de un oscilador astable.

En la siguiente hoja se pueden ver las características del oscilador:

b) Captura de la pantalla de la señal:

c) Esos elementos sirven para fijar la frecuencia del oscilador. d) Los elementos del apartado c) van conectados en las siguientes patillas: C1 - 6, C2 - 5, Diodos - 7, R2 - 7 y R1 - 6.

Test de repaso 6. El circuito que muestra la Figura 10.32 corresponde a un montaje con un circuito integrado 555. Simúlalo en el ordenador, conecta a su salida un osciloscopio y responde a las siguientes preguntas:

1. b) 2. c) 3. c) 4. d) 5. d) 6. a) 7. b) 8. c) 9. b) 10. a)

a) A la vista de la señal obtenida, ¿de qué tipo de circuito se trata?

11. b) 12. d)

b) Captura la pantalla de la señal en el osciloscopio y detalla los valores de las medidas que obtienes en dicha señal de salida.

Comprueba tu aprendizaje

c) Explica la función del transistor R1, R2, C1, de los diodos 1N4148 y de los

Describir

Electrónica aplicada - GM

82-142

los

parámetros

y

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010 características fundamentales de los circuitos osciladores y temporizadores

Amplificador

Identificar los componentes, asociándolos con su símbolo, de los circuitos osciladores y temporizadores 1. Explica el funcionamiento de un oscilador Hartley y un oscilador de cristal de cuarzo. El oscilador Hartley tiene una red de realimentación formada por un condensador y dos bobinas. Los osciladores de cristal de cuarzo se utilizan para la generación de altas frecuencias, ya que presentan mayor estabilidad de la frecuencia que tienen a su salida. El cristal (Xtal) actúa como una bobina grande en serie con un pequeño condensador. Por ello, la frecuencia de resonancia casi no se ve afectada por el amplificador y las capacidades parásitas. El causante de la vibración de un cristal de cuarzo es el efecto piezoeléctrico, por el cual, al aplicar una tensión al cristal, éste vibra a la frecuencia de la tensión aplicada. Y, de forma inversa, si se los obliga a vibrar, generan una tensión alterna de la misma frecuencia. 2. Identifica, en los siguientes circuitos, de qué tipo de oscilador se trata

Oscilador de desplazamie nto de fase Amplifica dor Oscilador 555

3. Identifica, de los circuitos anteriores, cuál es la realimentación y cuál es el amplificador. La solución está en la respuesta anterior. 4. Identifica el tipo de circuito oscilador en la siguiente placa, dibuja el esquema e indica la fórmula de la frecuencia de resonancia.

Amplificador

Se trata de un oscilador de desplazamiento de fase. Su esquema es: Oscilador de Colpitts

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

La fórmula de la frecuencia de 1 resonancia es: f = siendo n=3 2π RC 2n 5. identifica, en la siguiente placa, el chip 555:

El ciclo de trabajo lo fijan R1 y R2. 6. El circuito de la Figura 10.45 es un temporizador:

Chip 555

Dibuja un posible esquema para el circuito que tienes en la placa de la Figura 10.44, según los componentes que puedes ver, indicando:

•

El tipo de funcionamiento del circuito.

•

Suponiendo que es un astable, explica qué resistores podrían ser los que fijan los tiempos del ciclo de trabajo.

Un posible esquema del circuito: V1

Calcula el tiempo que dura el estado no estable del circuito. Según los componentes que tiene conectados, ¿para qué nos puede servir el diodo LED que aparece en la patilla 3 del c. i. 555? El tiempo que dura el estado no estable del circuito: T = 1, 1RC = 1,1 · 10 · 0,01 = 0,11ms. El diodo LED sirve para comprobar el tiempo que está activado el temporizador.

12 V

V1

R1

10kΩ

XSC1

U1

C2

_ _

+

R2

0.01uF

Ext Trig +

10kΩ

555_Timer

B

A +

5V

_

U1 R2

10kΩ

555_Timer

R3

10kΩ

C1 0.01uF

C1

0.1uF

C2

U2

0.01uF

La señal obtenida es:

S1

V2 5V

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R1 1kΩ

Key = Space

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010 Montar o simular circuitos analógicos osciladores y temporizadores Verificar y realizar medidas de los circuitos osciladores y temporizadores 7. Monta o simula los circuitos b) y c) del ejercicio 2 y averigua la forma de onda obtenida a la salida calculando la frecuencia de resonancia en la práctica y aplicando la fórmula teórica (consulta para ello la hoja de características de los componentes). El circuito b) es un desplazamiento de fase. La frecuencia de resonancia es:

1 f = siendo n=3 , se obtiene una 2π RC 2n forma de onda senoidal. El circuito c) es un oscilador con el integrado 555 y la forma de onda es cuadrada.

La diferencia es que la frecuencia del ejercicio 8 es mayor porque es mayor la inductancia. 11. Monta o simula el siguiente circuito y comprueba su funcionamiento:

El montaje es como el de la figura; es un multivibrador monoestable. 12. Monta o simula el siguiente circuito y explica su funcionamiento:

8. Calcula del ejercicio 2 a) la frecuencia de resonancia con valor de C1 = 0,01 mF y valor de L1 = 0,1 mH. La frecuencia de resonancia es: F=

1 c ·C 2π L( 1 2 ) C1 + C 2

=

318 KHz.

Hemos colocado el osciloscopio en la salida del oscilador. La señal que obtenemos es la que se muestra en la figura:

9. Del ejercicio 2 a), halla la frecuencia de resonancia con un valor de C1 = 2 µF y un valor de L1 = 33 mH. La frecuencia de resonancia es. F=

1 c ·C 2π L( 1 2 ) C1 + C 2

= 482 222Hz.

10. ¿Qué diferencias observas entre los ejercicios 8 y 9? ¿Qué valor de la frecuencia de resonancia es mayor? ¿Por qué?

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Es un multivibrador astable. 13. Busca en Internet aplicaciones para telecomunicaciones de los circuitos temporizadores con el c. i. 555.

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

Los circuitos temporizadores con el c. i. 555 se utilizan como moduladores de frecuencia, divisores de frecuencia, etc. 14. Busca en Internet aplicaciones para telecomunicaciones del c. i. 555 utilizado como oscilador. El c. i. 555, utilizado como oscilador se puede usar, por ejemplo, como un reloj digital. 15. Enumera varias aplicaciones del oscilador de cristal de cuarzo. Las aplicaciones del oscilador de cristal cuarzo son: generadores de frecuencias radio y de televisión, osciladores locales los receptores, generadores de barrido los tubos de rayos catódicos, etc.

de de en en

16. Busca en Internet aplicaciones para telecomunicaciones de los circuitos osciladores RC y anótalas en tu cuaderno. Las aplicaciones para telecomunicaciones de los circuitos osciladores RC: transmisor radioeléctrico, receptor radioeléctrico, duplexor, etc. 17. Busca aplicaciones para telecomunicaciones de los circuitos osciladores LC y anótalas en tu cuaderno. Los circuitos osciladores LC se usan en aplicaciones dentro de las bandas de HF (high frecuency o alta frecuencia) y VHF (very high frecuency o muy alta frecuencia), por lo que pueden encontrarse en equipos como transmisores y receptores de radio en AM y FM, centrales telefónicas, etc. Su funcionamiento se basa en la obtención de la frecuencia de resonancia de la red de realimentación, siendo ésta, frecuencia la que se obtiene en la señal de salida del circuito.

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Unidad 11. Fuentes de alimentación Actividades 1. Identifica los componentes de una fuente de alimentación estudiados hasta ahora en la Figura 11.1 y explica la misión de cada uno de ellos. • Transformador: tiene como misión, por un lado, adaptar la tensión de red a un nivel próximo a la tensión de salida de la fuente y, por otro, proporcionar aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida. • Rectificador: transforma la corriente alterna en otra de carácter pulsatorio. Este tipo de circuitos, tal como estudiamos en la Unidad 8, están compuestos por diodos semiconductores.

La fuente de alimentación del esquema 11.2. tiene los siguientes componentes: transformador, puente de diodos que actúa como rectificador de onda completa y condensador electrolítico para filtros. 3. Identifica los componentes estudiados hasta ahora en la fuente de alimentación de la Figura 11.3:

• Filtro paso bajo: se ocupa de convertir la tensión pulsante obtenida del rectificador en una tensión lo más continua posible. Normalmente, este tipo de filtro - incluido dentro de una fuente de alimentación - está constituido por un condensador con una capacidad determinada, en función de las características de la fuente de alimentación, o por un conjunto de condensadores o inductancias (bobinas). • Estabilizador o regulador: la tarea de este circuito opcional dentro de la fuente de alimentación será la de mantener lo más estable posible la tensión a la salida, cuando sea necesario. De este modo, tendremos una fuente de alimentación regulada y estabilizada. 2. Identifica los componentes estudiados hasta ahora en la fuente de alimentación del siguiente esquema:

Electrónica aplicada - GM

Condensado r electrolítico

Transformad Condensador es cerámicos

4. La siguiente figura es una fuente de alimentación para un ordenador. Está estabilizada con un diodo zener. Sabiendo que su tensión de salida debe ser de 6 V, elige el diodo adecuado. Para realizarlo analiza los datos de la hoja de características del Caso práctico 1.

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El diodo que debemos utilizar es 1N5995B.

la fuente de alimentación que muestra la Figura 11.15. Se trata de una fuente con una salida en el condensador de filtro es de 12 V. Se ha utilizado un regulador 7808. Analiza su hoja de características e indica si este regulador es válido para el ordenador portátil argumentando tu respuesta.

5. Elige el diodo para una fuente de alimentación estabilizada como la de la Figura 11.11, que logre una tensión de 12 V a la salida de la fuente. Haz uso, para ello, de la hoja de características, y explica todos los parámetros que tiene este diodo.

El regulador es válido porque su máxima tensión es de 25 V, y por tanto, soporta esta tensión.

Elegiríamos el diodo 1N6002B; sus características son: la tensión mínima, tensión máxima, la intensidad del zener en mA. 6. Dibuja el esquema de una fuente de alimentación con los siguientes elementos: a) Rectificador de doble onda con toma intermedia. b) Un condensador electrolítico de 1 µF. c) Un diodo zener del tipo 1N6008B. d) Una carga. Analiza la hoja de características de este diodo y señala qué tensión nominal, tensión máxima, tensión mínima e intensidad posee.

8. Realiza las siguientes tareas: a) Identifica cada uno de elementos de la Figura 11.15.

los

b) Cambia el regulador 7808 por un regulador 7818 y analiza su hoja de características. c) Haz lo mismo regulador 7809.

utilizando

un

d) Señala qué diferencias observas entre estos tres reguladores en cuanto a características eléctricas. Para ello, analiza la hoja de características del fabricante. a) Regulador 7808

D1 T1 1N4001GP

D3

C1 1uF

D2 1N6008B

R1 1kΩ

TS_PQ4_12 1N4001GP

La tensión máxima es de 23,1 V, la tensión mínima es de 20,9 V, la tensión típica es de 22 V y la intensidad del zener es de 5 mA.

Puente de diodos

Resistenci a de carga

b) La hoja de características del regulador 7818 es:

7. En un ordenador portátil tenemos

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Condensado r electrolítico

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•

Rectificador: transforma la corriente alterna en otra de carácter pulsatorio. Este tipo de circuitos, tal como estudiamos en la Unidad 8, están compuestos por diodos semiconductores. Estos elementos son el puente de diodos.

•

Filtro paso bajo: se ocupa de convertir la tensión pulsante obtenida del rectificador en una tensión lo más continua posible. Normalmente, este tipo de filtro - incluido dentro de una fuente de alimentación - está constituido por un condensador con una capacidad determinada, en función de las características de la fuente de alimentación, o por un conjunto de condensadores o inductancias (bobinas). En este caso es el condensador electrolítico.

•

Estabilizador o regulador: la tarea de este circuito opcional dentro de la fuente de alimentación será mantener lo más estable posible la tensión a la salida, cuando sea necesario. De este modo, tendremos una fuente de alimentación regulada y estabilizada. En este caso es el regulador 7808.

c) La hoja de características del regulador 7809 es:

10. Explica, respecto al circuito de la Figura 11.21: d) Las diferencias entre estos tres reguladores son las tensiones de salidas, la corriente de reposo, etc. 9. Indica cuál es la misión de cada elemento del esquema de la fuente de alimentación de la Figura 11.15.

•

a) La función de cada uno de los componentes de la fuente de alimentación. b) La tensión transformador.

salida

del

c) La tensión de salida de la fuente con este regulador.

Transformador: tiene como misión, por un lado, adaptar la tensión de red a un nivel próximo a la tensión de salida de la fuente y, por otro, proporcionar aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida.

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de

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a) Transformador reduce la tensión de red de 220 V a 18 V, puente de diodo actúa como rectificador de corriente, condensador electrolítico actúa como filtro paso bajo, regulador LM317 estabiliza la tensión aún más para que sea casi continua a la salida de 100 µF, dos condensadores electrolíticos como salida y potenciómetro tiene una resistencia variable de 5K.

Test de repaso 1. a) 2. c) 3. a) 4. d)

b) La tensión de salida del transformador es de 18 V.

5. b)

c) La tensión de salida de la fuente con este regulador es de 16 V.

7. d)

6. a) 8. c)

11. En el taller, coge una televisión para arreglar y comprueba la fuente de alimentación conmutada.

9. a)

Tenemos que ir comprobando con un polímetro componente por componente de la fuente estudiada en la unidad.

11. b)

12. Enumera los elementos de la fuente de alimentación de la actividad 11. Los elementos de la fuente de alimentación de la actividad 11. son: un interruptor general (aunque no siempre), fusibles, un condensador electrolítico de gran tamaño, puentes de diodos, etc. 13. Haz lo mismo que se indica en las actividades 11 y 12 pero respecto a un monitor de un ordenador de tu taller.

10. a)

Comprueba tu aprendizaje Reconocer los diferentes componentes de la fuente de alimentación relacionándolos con su símbolo De los esquemas 1. Dados los esquemas de las siguientes fuentes de alimentación, indica cuál es cada componente y explica la misión de cada uno de ellos.

Tenemos que ir comprobando con un polímetro componente por componente de la fuente estudiada en la unidad.

Puente de diodos

Los elementos de la fuente de alimentación son: un interruptor general (aunque no siempre), fusibles, un condensador electrolítico de gran tamaño, puentes de diodos, etc.

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Salida

Condensado r electrolítico

3. Identifica en las siguientes fuentes de alimentación, cada uno de los componentes:

Transistor

Diodo

Regulad or

Condensado r electrolítico

Puente diodos

Diodo Led, salida Condensadores fuente

De los circuitos 2. Dada la siguiente fuente de alimentación, identifica cada uno de los componentes y realiza el esquema a partir de ella:

de

electrolíticos

Fusible de

otra

Condensador electrolítico de una fuente

Describir el funcionamiento de los siguientes bloques

Condensado r electrolítico

4. Dados los bloques siguientes de una fuente de alimentación, describe su funcionamiento e indica de qué circuito se trata en cada caso.

Condensado r cerámico

Resistencia

Regulador

El esquema de esta fuente de alimentación: U2

T1

LM7805CT LINE VOLTAGE

VREG

50%

COMMON

TS_MISC_VIRTUAL

C1

C2

220uF

47pF

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C3 10uF

R2 1kΩ

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6. Indica las principales diferencias que hay entre una fuente lineal y una fuente conmutada. La fuente lineal está formada por: •

Transformador: tiene como misión, por un lado, adaptar la tensión de red a un nivel próximo a la tensión de salida de la fuente y, por otro, proporcionar aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida.

•

Rectificador: transforma la corriente alterna en otra de carácter pulsatorio. Este tipo de circuitos, tal como estudiamos en la Unidad 8, están compuestos por diodos semiconductores.

•

Filtro paso bajo: se ocupa de convertir la tensión pulsante, obtenida del rectificadr en una tensión lo más continua posible. Normalmente, este tipo de filtro incluido dentro de una fuente de alimentación - está constituido por un condensador con una capacidad determinada, en función de las características de la fuente de alimentación, o por un conjunto de condensadores o inductancias (bobinas).

•

Estabilizador o regulador: la tarea de este circuito opcional dentro de la fuente de alimentación será la de mantener lo más estable posible la tensión a la salida, cuando sea necesario. De este modo, tendremos una fuente de alimentación regulada y estabilizada.

a) Rectificador de media onda: rectifica la corriente para que sea más continua a la salida; rectificador de media onda con filtro por condensador. b) Un estabilizador 7805: la corriente es aún más continua al pasar por el estabilizador; la tensión de salida es estabilizada. c) Fuente de alimentación con un rectificador de doble onda con toma intermedia y filtro por condensador. d) Estabilizador con diodo zener. 5. El circuito del apartado b) del ejercicio 4 tiene un regulador del tipo LM7805. Explica cuál es su función y busca en la hoja del fabricante las características eléctricas que posee. Su función es estabilizar la corriente a más continua.

Las fuentes conmutadas convierten la corriente continua-corriente continua, por lo que la red debe ser previamente rectificada y filtrada con una amplitud de rizado aceptable.

Describir las diferencias entre fuentes lineales y conmutadas

Electrónica aplicada - GM

La mayoría de las fuentes utilizan un circuito para operar desde 90 a 132 Vac (tensión de

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

corriente alterna) o de 180 a 260 Vac, según sea la posición del conmutador. La fuente conmutada está formada por:

•

En el primer bloque rectificamos y filtramos la tensión alterna de entrada, convirtiéndola en una continua pulsante (corriente continua).

•

El segundo bloque se encarga de convertir esa continua en una onda cuadrada de alta frecuencia (10 a 200 kHz.) que se aplica a una bobina o al primario de un transformador.

•

El tercer bloque rectifica y filtra la salida de alta frecuencia del bloque anterior, entregando así una corriente continua pura.

•

El cuarto bloque se encarga de dirigir la oscilación del segundo bloque. Este bloque consiste de un oscilador de frecuencia fija, una tensión de referencia, un comparador de tensión y un modulador de ancho de pulso (PWM). El modulador recibe el pulso del oscilador y modifica su ciclo de trabajo según la señal del comparador que coteja la tensión continua de salida del tercer bloque con la tensión de referencia.

7. De los siguientes circuitos, señala cuál corresponde a una fuente lineal y cuál a una fuente conmutada y explica el porqué analizando los bloques:

a) Fuente de alimentación lineal b) Fuente de alimentación conmutada. El análisis de las fuentes se ha hecho en la actividad anterior.

Describir las aplicaciones reales de cada tipo de fuente de alimentación 8. Busca en Internet aplicaciones reales para telecomunicaciones de fuentes de alimentación lineales y de fuentes conmutadas y enuméralas. Las fuentes de alimentación lineales conmutadas: un ordenador personal.

y

Las fuentes de alimentación conmutadas: los televisores.

Realizar las medidas fundamentales de las fuentes de alimentación 9. Monta el circuito del ejercicio 7.a) y comprueba, mediante un osciloscopio, a la salida del filtrado, la señal de onda y calcula su factor de rizado. XSC1 Tektronix P G

1 2 3 4

T

C4

10nF

U2 LM7805CT

T1

LINE VOLTAGE

C5

VREG

R1

COMMON

10nF TS_PQ4_10

180 Ω

C1

220uF

C2

47pF

C3

10uF

D2

La figura muestra cómo deberían conectarse los diferentes elementos. Es una simulación, por lo que deberíamos visualizar la señal en

Electrónica aplicada - GM

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

el montaje real con los componentes físicos, y sobre esa señal medir el rizado.

diodos, etc.

La señal que se ve en el osciloscopio del simulador presenta el siguiente aspecto:

12. Comprueba la fuente de alimentación de un ordenador en el taller. Tenemos que ir comprobando, con un polímetro, componente por componente de la fuente estudiada en la unidad. Veremos un interruptor general (no siempre), fusibles, un condensador electrolítico de gran tamaño, puentes de diodos, etc.

Como podemos observar, está estabilizada en 5 voltios, y no presenta rizado, debido al regulador. 10 Pon un polímetro a la salida del regulador y en los bornes del diodo LED (carga del circuito) del ejercicio anterior y calcula la tensión de salida de la fuente de alimentación. Podemos observar los valores de ambos niveles de tensión en la captura de pantalla del simulador.

La salida de la fuente: 5 voltios. 11. Coge del taller una televisión averiada y comprueba su fuente de alimentación. Tenemos que ir comprobando, con un polímetro, componente por componente de la fuente estudiada en la unidad. Veremos un interruptor general (aunque no siempre), fusibles, un condensador electrolítico de gran tamaño, puentes de

Electrónica aplicada - GM

94-142

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

Unidad 12. Introducción a los sistemas digitales hexadecimales a binarios: a) 23C. b) 456E. c) d) 445. e) 78D.

Actividades

234.

a) 1000111100. b) 100010101101110. c) 001000110100. d) 010001000101.

1. Pasa los siguientes decimales a binarios: a) 678.

b) 12. c) 18. d) 19. e) 15.

a) 1010100110. c) 10010. d) 10011.

números

b) 1100.

e) 1111.

2. Pasa los siguientes binarios a decimales:

números

a) 1000111. b) 1001. c) 10000. d) 10101. a) 71. b) 9. c) 16. d) 21.

e) 11110001101. 7. Pasa los siguientes números hexadecimales a decimales pasando por binarios: a) 546.

c) 78D.

b) 666.

d) 66BC.

e) 123B

a) 10101000110 = 1350. b) 11001100110 = 1638. c) 11110001101 = 1933. d) 110011010111100 = 26300. e) 1001000111011 = 4667.

3. Pasa los siguientes números decimales a hexadecimales: a) 456.

b) 89. c) 90. d) 100.

a) 1C8.

b) 59. c) 5 A. d) 64.

4. Pasa los siguientes números hexadecimales a decimales: a) 23A. d) EF.

b) 234D.

c) 56FF.

a) 570. 239.

b) 9037.

c) 22271. d)

8. Simplifica estas funciones aplicando los postulados, las propiedades de Boole y las leyes de De Morgan: a) F = a · b + a · (b + 0) · (b · 0) b) F = a·a + b c) F = ( a + b ) · (a + b) d) F = ( a + b ) · (a + b) e) F = ( a + b)(c + d ) f) F = a·b·(a + c)

5. Pasa los siguientes binarios a hexadecimales:

números

g) F = a·b·c h) F = c · b · a + c·b·a + c · b · a

a) 1001111.

c) 1110101.

i) F = d · c · b · a + d · c · ( b + a )

b) 11110000.

d) 110101.

j) F = c·b·a · (c + b + a)

a) 4F.

c) 75.

a) F = a · b

b) F0.

d) 35.

b) F = a + b c) F = a ⊕ b

6.

Pasa

los

siguientes

Electrónica aplicada - GM

números

d) F = a ⊕ b

95-142

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

e) F = a·b + c·d

0

1

1

1

f) F = a · b+ a·c

1

0

0

1

g) F = a + b + c

1

0

1

1

h) F= b · a+ c·b·a

1

1

0

1

i) F = d · ( c · b · a + c · b·a )

1

1

1

1

c) Tiene 4 entradas y 16 combinaciones:

j) F= (c + b + a) · (c + b + a )

a

b

c

d

F

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

a) F = a · b · c

0

0

1

1

1

b) F = a + b + c

0

1

0

0

0

c) F = a · (b · c) + d

0

1

0

1

1

d) F = ( a + b ) · (a + b)

0

1

1

0

0

e) F = ( a + b ) · (a + b)

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

f) F = a·b·c

1

0

0

1

1

g) F = c · b · a + c·b·a + c · b · a

1

0

1

0

0

1

0

1

1

1

1

1

0

0

0

9. Dibuja la tabla de verdad para las siguientes funciones, indicando el número de variables y las combinaciones posibles:

a) Tiene 3 entradas y 8 combinaciones: a

b

c

F

1

1

0

1

1

0

0

0

0

1

1

1

0

1

0

0

1

0

1

1

1

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

a

b

F

1

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

1

1

0

d) Tiene 2 entradas y 4 combinaciones posibles:

b) Tiene 3 entradas y 8 combinaciones: a

b

c

F

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

Electrónica aplicada - GM

e) Tiene 2 entradas y 4 combinaciones posibles:

96-142

a

b

F

0

0

0

0

1

1

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

f) Tiene 3 entradas y 8 combinaciones posibles: a

b

c

F

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

a

b

F=a·b

1

1

1

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

11. Termina la siguiente tabla de verdad de la función F = a · b:

g) Tiene 3 entradas y 8 combinaciones posibles: a

b

c

F

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

10. Dada la siguiente tabla de verdad incompleta, rellena las variables que tiene y sus combinaciones:

a

b

c

0

0

0

0

0

1

0

1

0

Electrónica aplicada - GM

F

12. Consulta la hoja de características de los siguientes circuitos integrados: a) 74LS02 b) 74HC02 c) 74LS86 d) 74HC86 Y responde preguntas:

a

las

siguientes

•

¿Cuánto entrada lógico?

vale la tensión de cuando hay un 0

•

¿Cuánto entrada lógico?

vale la tensión de cuando hay un 1

•

¿Cuál es la tensión de alimentación para cada circuito integrado?

•

¿Cuánto vale la corriente de entrada a nivel bajo?

•

¿Cuál es el tiempo de propagación de los circuitos integrados?

•

¿Cuál

97-142

es

el

valor

de

la

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

corriente de cortocircuito de los circuitos integrados?

•

a) y c) 0,8 V; b) y d) 1,5 V.

•

a) y c) 2 V; b) y d) 3,5 V.

•

a) y c) 5 V; b) y d) entre 2 y 6 V.

•

a) y c) 0,4 mA; b) y d) 20 mA.

•

a) y c) 10 ns; b) y d) 8 ns.

•

a) y c) 1,6 m; b) y d) 1,6 mA.

13. Busca en Internet la hoja de características de los siguientes integrados y explica los parámetros principales de: a) 74HC02 b) 74HC32 c) 74LS00 Señala, además, a qué tecnología lógica pertenecen. Los parámetros más importantes para el apartado c) son:

•

Tensión comprendida entre 4,5 y 5,5 V.

•

Temperatura entre 0 y 70 ºC.

•

VIH

mín.

= 2,0 V.

•

VIL

máx.

= 0,8 V.

•

VOH mín. = 2,7 V.

•

VOL

• •

•

Los tiempos de propagación = 8 ns.

•

La potencia disipada por puerta es de 10 nW.

14. Coge del taller un inyector lógico y detecta las señales lógicas de los chips 74LS00 y 74HC00 una vez montados en el entrenador lógico. Esta actividad la tienen que hacer los alumnos en el aula. 15. Explica qué significan las letras de los chips de la Actividad 12 e indica qué puertas lógicas son. Una vez hecho esto, realiza la tabla de verdad. Los chips de la actividad 12 son: a) 74LS02 b) 74HC02 c) 74LS86 d) 74HC86. Las letras LS significan LS (74LSxx): Low power Schottky. Las letras HC significan las series 74HC (alta velocidad) de la familia CMOS. La tabla de verdad para c) y d) es: A

B

F=A ⊕ B

0

0

0

Tiempo de propagación medio = 10 ns.

0

1

1

1

0

1

Disipación de potencia = 2 mW, por función.

1

1

0

máx.

= 0,4 V.

Este chip pertenece a la tecnología TTL.

La tabla de verdad para a) y b) es:

Los apartados a) y b) pertenecen a la tecnología CMOS y sus parámetros son:

•

La tensión de alimentación varía entre 2 y 6 V.

•

El rango de temperaturas oscila entre 240 y 85 ºC.

•

Los niveles de tensión son: VIL mín. = 3,5 V; VIL máx. = 1,5 V; VOH mín. = 4,95 V.

•

VOL

máx.

= 0,05 V.

Electrónica aplicada - GM

F=

A

B

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

A+ B

16. Detalla las diferencias que observas entre los circuitos integrados de las familias lógicas TTL y las familias lógicas CMOS.

98-142

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

Las siglas TTL significan “Lógica TransistorTransistor” (del inglés: Transistor-Transistor Logic). En este caso, las puertas están constituidas por resistencias, diodos y transistores. Esta familia comprende varias series, una de las cuales es la 74 Standard y cuyas características son:

•

Tensión comprendida entre 4,5 y 5,5 V.

•

Temperatura entre 0 y 70 ºC.

•

VIH

mín

•

VIL

máx.

•

VOH mín. = 2,4 V.

•

VOL

•

Tiempo de propagación medio es de 10 ns.

•

Disipación de potencia = 10 mW, por función.

y comprueba la tabla de verdad.

La tabla de verdad es:

. = 2,0 V. = 0,8 V.

máx.

= 0,4 V.

Los circuitos integrados CMOS son una mezcla entre la NMOS, constituida por transistores de canal N, y la PMOS, cuyo elemento fundamental es el transistor MOS de canal P. La familia CMOS básica que aparece en los catálogos de los fabricantes es la serie 4 000. Sus características más importantes son:

•

Los niveles de tensión son: VIL mín. = 3,5 V; VIL máx. = 1,5 V; VOH mín. = 4,95 V; VOL máx. = 0,05 V.

9. d)

17. Dado el siguiente montaje de un circuito integrado 74LS86, conecta una sonda lógica a la salida del chip

Electrónica aplicada - GM

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

4. c)

7. b)

La potencia disipada por puerta es de 10 nW.

0

3. c)

El rango de temperaturas oscila entre 240 y 85 ºC.

•

0

2. d)

•

Los tiempos de propagación varían inversamente con la tensión de alimentación, siendo de 60 ns para 5 V y de 30 ns para 10 V.

F =A ⊕ B

1. c)

5. b)

•

B

Test de repaso

La tensión de alimentación varía entre 3 y 18 V.

•

A

6. d) 8. a) 10. c) 11. b) 12. a)

Comprueba tu aprendizaje Manejar los diferentes sistemas de numeración y los postulados

99-142

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010 de Boole 1. Pasa los siguientes decimales a binarios:

números

4. Pasa los siguientes hexadecimales a binarios:

a) 789.

a) 87D.

b) 657.

b) 8B.

c) 312.

c) 34A.

d) 24.

d) 55CB.

e) 16.

a) 100001111101.

a) 1100010101.

b) 10001011.

b) 1010010001.

c) 1101001010.

c) 100111000.

d) 101010111001011.

números

d) 11000. 5. Pasa los siguientes números decimales a hexadecimales:

e) 10000. 2. Pasa los siguientes binarios a decimales:

números

a) 675. b) 45.

a) 100101.

c) 9.

b) 11100.

d) 89.

c) 1110.

e) 16.

d) 0011.

f) 14.

e) 0101.

a) 2A3.

a) 37.

b) 2D.

b) 28.

c) 9.

c) 14.

d) 59.

d) 3.

e) 10.

e) 5.

f) E.

3. Pasa los siguientes binarios a hexadecimales:

números

6. Pasa los siguientes números hexadecimales a decimales:

a) 1000111.

a) 78B.

b) 111000.

b) 678.

c) 110101

c) 10.

d) 11010101.

d) 07.

e) 111111.

e) 9B.

a) 47.

a) 1931.

b) 38.

b) 1656.

c) 35.

c) 16.

d) D5.

d) 7.

e) 3F.

e) 155.

Electrónica aplicada - GM

100-142

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

7. Aplica los postulados de Boole en las siguientes funciones: a) F = a + b · (a + b) b) F = a · (a · a ) + b · ( a + b ) · a + b c) F = a · 0 + b · b + 0 · a e) F = a·b·(a ⊕ b)·c ⊕

b)

a) F = a + b b) F = b

0

0

1

1

1

b) La función es F = A ⊕ B ; la tabla de verdad:

d) F = a + b · (a + b) f) F = a + b + c · (a + b) · (a

1

A

B

F = A⊕B

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

c) La función es F = A ⊕ B ; la tabla de verdad:

c) F = b d) F = 0 e) F = a + b + ( a ⊕ b) + c

A

B

F = A⊕ B

f) F = 0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

Identificar las funciones lógicas básicas 8. Obtén la función lógica y la tabla de verdad de las siguientes puertas lógicas:

9. Indica a qué puertas pertenecen las siguientes funciones lógicas y pon el símbolo lógico de cada una de ellas. a) F = a · b d) F = a ⊕ b b) F = a·b

e) F = a + b

c) F = a

f) F = a ⊕ b

a) Puerta AND:

a) La función es F = A · B; la tabla de verdad: A

B

F = A·B

0

0

0

0

1

0

Electrónica aplicada - GM

b) Puerta NAND:

c) Puerta NOT:

101-142

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

d)

d) Puerta X-OR: 11. Obtén, del ejercicio anterior, las tablas de verdad. a) e) Puerta NOR:

f) Puerta X-NOR:

B

F=A+B

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

a

b

F=a·b

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

b)

10. Obtén el símbolo lógico de las siguientes funciones: a) F = a + b. c) F = a .

A

c)

b) F = a · b. d) F = ( a ⊕ b ). a)

A

F

0

1

1

0

d) b)

c)

A

B

F = A⊕ B

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

1

12. Dados los siguientes chips, identifica de qué puerta se trata, móntalas en un entrenador y construye su tabla de verdad:

Electrónica aplicada - GM

102-142

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

A

B

F=A·B

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

c) Puerta NOR:

a) Puerta OR:

B

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

Su tabla de verdad: A

B

F =A + B

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

d) Puerta X-OR:

b) Puerta AND:

Su tabla de verdad:

Electrónica aplicada - GM

103-142

F=

A

A+ B

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

A

B

F = A⊕B

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

salida a nivel alto.

13. Dadas las siguientes placas de ordenador, identifica los circuitos integrados que tienen: Chip s

Chip s

Analizar los parámetros de las principales familias lógicas 14. Busca en Internet las características del fabricante de los integrados vistos hasta ahora y explica los parámetros fundamentales de cada uno de ellos. Las características de los TTL Standard:

•

Tensión comprendida entre 4,5 y 5,5 V.

•

Temperatura entre 0 y 70 ºC.

•

VIH mín. = 2,0 V; tensión mínima de entrada a nivel alto.

•

VIL máx. = 0,8 V; tensión máxima de entrada a nivel bajo.

•

VOH

mín.

= 2,4 V., tensión mínima de

Electrónica aplicada - GM

•

VOL máx. = 0,4 V; tensión máxima de salida a nivel bajo.

•

Tiempo de propagación medio es de 10 ns.

•

Disipación de potencia = 10 mW, por función.

Las características más importantes de los CMOS serie 4 000:

•

La tensión de alimentación varía entre 3 y 18 V.

•

El rango de temperaturas oscila entre 240 y 85 ºC.

•

Los niveles de tensión son: VIL mín. = 3,5 V; VIL máx. = 1,5 V; VOH mín. = 4,95 V; VOL máx. = 0,05 V. Los tiempos de propagación varían inversamente con la tensión de alimentación, siendo de 60 ns para 5 V y de 30 ns para 10 V.

•

La potencia disipada por puerta es de 10 nW.

15. Explica las características ideales de los circuitos integrados. Las características ideales de los circuitos integrados son:

•

Alta velocidad de propagación.

•

Mínimo consumo.

•

Bajo coste.

•

Máxima inmunidad al ruido y a las variaciones de temperaturas.

16. Analiza la hoja de características de un circuito integrado 74LS00 y de un integrado 74HC00, y detalla las diferencias que encuentras en los parámetros característicos. Circuito integrado 74LS00:

•

Tensión de alimentación 5 V.

•

Tiempo de propagación de 10 ns.

104-142

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

•

VIH

mín.

= 2,0 V.

•

VIL

máx.

= 0,8 V.

•

VOH mín. = 2,7 V.

•

VOL

máx.

= 0,4 V.

Circuito integrado 74HC00:

•

Tensión de alimentación de 2 a 6 V.

•

Tiempo de propagación de 8 ns.

•

VIL mín. = 3,5 V; VIL mín. = 4,95 V;

•

VOL

Realizar digitales

máx.

máx.

= 1,5 V; VOH

= 0,05 V.

medidas

en

circuitos

17. Comprueba el funcionamiento del siguiente circuito con ayuda de una sonda lógica:

Este ejercicio lo tienen que realizar los alumnos en el aula.

Electrónica aplicada - GM

105-142

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

Unidad 13. Análisis de circuitos combinacionales Actividades 1. Contesta preguntas:

a

las

a) ¿Qué entendemos lógica?

siguientes por función

resultado de la función lógica para cada uno de los posibles valores de entrada recibe el nombre de tabla de verdad del circuito. 2. Obtén la tabla de verdad y la expresión algebraica de la función:

b) ¿Qué es el término canónico de una función? c) ¿Cómo podemos definir minterm?

La tabla de verdad es:

d) ¿Para qué sirve la tabla de verdad de un circuito lógico? a) Todo circuito lógico viene caracterizado por una expresión, función de las variables de entrada, que nos indica las operaciones que hay que efectuar para obtener la salida del circuito. Esta salida se obtiene para cada una de las posibles combinaciones que podemos obtener con las variables de entrada. Teniendo en cuenta que estamos trabajando con parámetros binarios, la cantidad de valores que puede tomar la salida será igual a 2 (número de variables de entrada). La ecuación que caracteriza el comportamiento del circuito recibe el nombre de función lógica. b) En una función lógica, el término canónico es aquel en el que aparecen todas las variables de entrada. Cuando en una función figuran en todos sus términos todas las variables de entrada, se dice que está dada en forma canónica. c) Minterm son aquellos términos para los cuales la salida de la función vale 1. Se expresan como producto de las variables de entrada, que serán en forma directa cuando valgan 1, y complementadas cuando valgan 0.

b

a

S

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

La expresión algebraica es: S = cb a + cba + cba + cba

3. Simplifica las siguientes funciones lógicas utilizando los mapas de Karnaugh:

Función S:

La expresión canónica de la función vendrá dada como suma de productos.

s = d a + d cb + dcb + dcb + cba

d) La representación en forma de tabla del

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c

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

ba ba 00

c

10

11

1 0 00

1

ba 10

1

00

10

1

1

1

1

1

1

1

01

1

1

Función

V:

v = cb + ba + cba 1

01 1

1

1

01

1

1

1

1

1

ba

01

11

1

1

Función Z: z = a

11

1

10

11

1

0

10

00

11

c

00

00

10

1

dc

01

dc

11

01

1

Función Y: y = a

4. Busca en Internet alguna de las herramientas informáticas que se han creado para resolver mapas de Karnaugh y comenta sus principales características. Cita al menos tres ejemplos e indica las diferencias que observes con arreglo a la explicación teórica de la unidad. Karnaugh Map Minimizer es un programa gratuito, con propósitos educativos, que nos permitirá resolver mapas de Karnaugh de hasta 8 variables, y nos presentará resultados en producto de sumas o suma de productos, junto a su correspondiente tabla de verdad. Karnaugh Map es una utilidad matemática, más concretamente algebraica, cuya misión es esencial para poder reducir a la mínima expresión toda clase de funciones algebraicas booleanas. De esta manera, gracias a Karnaugh Map, ya no hace falta resolver los diferentes diagramas con papel y bolígrafo, pues con solo indicar los valores que componen cada diagrama, mostrará la correspondiente función minimizada. Karnaugh Map es un programa gratuito. WinLogiLab permite simplificar mapas de Karnaugh. La diferencia se encuentra en la colocación

Electrónica aplicada - GM

107-142

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

de las variables para la simplificación. 5. Termina de completar la tabla de verdad del Caso práctico 7 con los datos que se aportan en él. La función lógica es: F = (

7. Consulta la hoja de características de un decodificador 7448 y compárala con el 7447. ¿Cuáles son las diferencias fundamentales? La tabla del 7447:

c·b)(c + a )

c

b

a

S

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

6. Dibuja el esquema eléctrico correspondiente a las siguientes funciones lógicas:

Los parámetros más importantes del 7447 son:

S = [( c + b + a ) + ( c b)] (b + a ) Y = ( b + a)(c + a ) Circuito de la función S:

Circuito de la función Y:

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

un 74145. Analiza su tabla de verdad y explica brevemente cómo funciona dicho circuito. Es un decodificador BCD a decimal; tiene cuatro entradas y diez salidas. En sus entradas recibe un número binario codificado en BCD y en la salida activa la línea del número decimal correspondiente a esa combinación. Su tabla de verdad es:

Los parámetros fundamentales del 7448 son:

9. Analiza el funcionamiento codificador 74148.

del

a) Busca la tabla de verdad del circuito integrado en Internet.

Las diferencias están en VIL e IoL, entre otras.

b) Analiza su funcionamiento con la tabla de verdad en el simulador comentado al principio de la unidad. Cada entrada del chip conduce a un interruptor y cada salida a un diodo LED, para comprobar cuándo están a 0 (diodo apagado) o a 1 (diodo encendido). a) La tabla de verdad es:

8. Busca la hoja de características de

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

Es la misma tabla de verdad y funcionan igual. b) Se pueden utilizar para display de ánodo común o para display de cátodo común. c) Las diferencias están en VOH, es decir, en los parámetros.

b) El montaje del circuito a comprobar es el siguiente:

11. Analiza la hoja de características del circuito integrado 5485. Compara la tabla de verdad con la del 7485. ¿Son iguales?, ¿en que se diferencian ambos circuitos? Las tablas de verdad son iguales; las diferencias están en la serie. La serie 54 presenta las mismas características que la serie 74, con la diferencia de que la temperatura de trabajo está comprendida entre 255 ºC y 125 ºC. Esta serie se utiliza en aplicaciones espaciales. La tabla de verdad es:

10. Busca en Internet la hoja de características de un decodificador 74xx48, para la familia lógica TTL y para la familia lógica CMOS. a) ¿Tienen la misma tabla verdad? ¿Funcionan igual?

de

b) ¿Para qué tipo de display se puede utilizar cada uno de ellos? c) ¿Qué diferencias encuentras entre los integrados de las dos familias? a) La tabla de 74LS48 (TTL) y de 74HC48es: 12. Analiza el funcionamiento del c. i. 74138 a partir de su hoja de características y haz un breve resumen con los datos obtenidos. Su tabla de verdad es:

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

Comprueba tu aprendizaje Obtener la función lógica de un circuito digital 1. Obtener la función lógica y la tabla de verdad de los siguientes circuitos (Figs. 13.30, 13.31 y 13.32):

Es un decodificador con tres entradas y ocho salidas; también puede actuar como demultiplexor.

Test de repaso 1. a)

Fig. 13.30: F = (C + D) · (AB) = ABC + ABD

2. d) 3. a) 4. b) 5. d) 6. b)

A

B

C

D

F

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

1

1

0

7. d)

0

1

0

0

0

8. c)

0

1

0

1

0

9. a)

0

1

1

0

0

10. a)

0

1

1

1

0

11. d)

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

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1

0

1

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

2. Obtener el esquema lógico de cada una de las siguientes funciones:

F = A · (B + C) Fig. 13.31: F = CB + BA = ( CB )( B + A) = CB A A

B

C

F

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0

F = AB + CD

F = AB + C

Fig. 13.32: F = ( C + CB ) + B A = C (C + B) + B A = = C B + BA

A

B

C

F

0

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

0

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F = A + B + C D + CD

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010 Simplificar expresiones lógicas mediante diferentes métodos

L= A BC + ABC + ABC + A BC + A BC + ABC

3. Un motor es controlado mediante tres pulsadores: A, B y C. Las condiciones de funcionamiento del motor son las siguientes:

La función simplificada:

•

Si se pulsan los tres pulsadores el motor se activa.

•

Si se pulsan dos pulsadores cualesquiera, el motor se activa pero se enciende una lámpara adicional como señal de emergencia.

•

Si solo se pulsa un pulsador, el motor no se activa pero se enciende la lámpara de emergencia.

•

Si no se pulsa ningún interruptor, ni el motor ni la lámpara se activan.

Se pide:

•

Tabla de verdad de funcionamiento del circuito.

•

Función lógica del circuito simplificada por Karnaugh.

•

Esquema eléctrico del circuito.

M = ABC + ABC + ABC + ABC

L = A ⊕ B + ABC + ABC M = C ( A ⊕ B ) + AB

4. Dibujar los esquemas del punto 1 utilizando la simbología según norma ANSI / IEEE 91-1984. Circuito 1: C D B A

La tabla de verdad es: A

B

C

L

M

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

1

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

Circuito 2: C B

A

Circuito 3:

C

La función lógica es: B

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A 113-142

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

1

5. Realizar un circuito digital con 4 líneas de entrada codificadas en BCD, y dos líneas de salida que funcione de la siguiente manera:

•

S1 = 1, si en la entrada hay un número múltiplo de 2.

•

S2 = 1, si en la entrada hay un número que no corresponda al código BCD.

•

En cualquier otra situación las salidas serán 0.

Se pide:

•

Tabla de verdad del circuito.

•

Función lógica simplificada por Karnaugh.

•

Esquema eléctrico del circuito.

•

Lista de los integrados necesarios para realizar el montaje del mismo.

1

1

1

0

1

La función lógica: S1= ABC D + ABC D + ABC D + ABC D + ABC D S2= ABCD+ ABCD+ ABCD+ ABCD+ ABCD+ ABCD La función simplificada:

S1 = BC D + AB D + ABC D S2 = A BC + AB Necesitamos los siguientes 7400, 7432 y 7404.

integrados:

El esquema del circuito es el siguiente:

La tabla de verdad: A

B

C

D

S1

S2

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

0

0

1

0

1

0

0

1

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

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6. Realiza el montaje en el simulador digital de la última función del ejercicio 2. Para ello: a) Haz una lista de los integrados necesarios para su realización. b) Comprueba su tabla de verdad realizando la simulación del circuito. a) El montaje del circuito y los números de los integrados se pueden ver en la figura. b) La comprobación se hace ejecutando la simulación y poniendo todas las posibles combinaciones de las variables de entrada con los interruptores.

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

g) Forma canónica. a) Circuito combinacional: Los circuitos combinacionales son aquellos que se realizan mediante la combinación de las puertas lógicas y se caracterizan por los valores de sus salidas que dependen exclusivamente de las variables de entrada, es decir, son independientes de lo que haya ocurrido previamente en el circuito. b) Álgebra de Boole: 7. Investiga cómo funciona el método de simplificación de Quine-McCluskey comentado en el tema y haz un breve resumen en el que aparezcan: a) Características especiales. b) Cuándo es apropiado utilizarlo. c) Ventajas método.

e

inconvenientes

del

a) Permite la simplificación de funciones lógicas de cualquier número de variables. b) Se utiliza para diseñar aplicaciones informáticas en las que se necesiten obtener funciones simplificadas. c) Óptima de funciones simultáneas booleanas que comparten el mismo conjunto de variables de entrada. Se muestra como la minimización global, en comparación con las implementaciones clásicas, obtiene una solución de menor costo a la obtenida mediante la combinación de la minimización óptima individual de cada función. Se puede obtener más información del método en la página Web: http://www.utp.edu.co 8. Define los siguientes términos: a) Circuito combinacional. b) Álgebra de Boole. c) Multiplexor. d) Decodificador. e) Función lógica. f) Minterm.

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Es un método de simplificación de funciones por el álgebra de Boole. Su inconveniente es que no es algo sistemático, sino que se basa en el perfecto conocimiento de los teoremas y postulados y en la experiencia previa. Esto hace que sea un método poco aplicado, aunque útil en algunas ocasiones concretas. c) Multiplexor: Son circuitos capaces de seleccionar, y dejar pasar a su única salida, la información de aquella entrada que esté seleccionada a través de unas líneas de control. Son circuitos selectores de datos. d) Decodificador: Los decodificadores son circuitos que interpretan los códigos que reciben en sus entradas y proporcionan la salida según hayan sido diseñados. e) Función lógica: La ecuación que caracteriza el comportamiento del circuito recibe el nombre de función lógica. f) Minterm: Son aquellos términos para los cuales la salida de la función vale 1. Se expresan como producto de las variables de entrada que serán en forma directa cuando valgan 1 y complementadas cuando valgan 0. La expresión canónica de la función vendrá dada como suma de productos. g) Forma canónica: En una función lógica, el término canónico es aquél en el que aparecen todas las

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

variables de entrada. Cuando en una función figuran en todos sus términos todas las variables de entrada, se dice que está dada en forma canónica.

a las siguientes preguntas:

Reconocer el comportamiento de los circuitos combinacionales y manejar circuitos integrados

c) ¿Qué tipo de lógica utilizan?

9. Busca en Internet ejemplos de integrados de los principales bloques combinacionales que hemos visto en la unidad. Recopila en una carpeta en tu ordenador las hojas de características para poder utilizarlas cuando necesites hacer algún montaje.

a) ¿De qué tipo de circuito se trata en cada caso? b) ¿Qué tipo de prioridad tienen en función de su tabla de verdad? d) ¿Cuál es alimentación?

su

¿Pertenecen a la lógica?, ¿cuál es?

tensión misma

de

familia

a) Es un codificador 8 entradas y tres salidas. b) Según esta tabla de verdad tienen prioridad a la entrada de mayor peso.

Este ejercicio lo tienen que realizar los alumnos en el aula. La página Web que pueden consultar es: www.datasheetcatalog.org 10. Realiza el esquema de la Figura 13.33, correspondiente al chip 7485 en un simulador, y comprueba su funcionamiento.

c) Utilizan la lógica negativa. d) Su tensión de alimentación es de 5 voltios. Pertenecen a la misma familia lógica - la familia TTL.

El montaje en el simulador digital queda de la siguiente manera:

12. En la Figura 13.34 tienes el circuito integrado 74151. Completa su tabla de verdad a partir de los datos obtenidos en la hoja de características del mismo.

11. Busca la hoja de características de los c. i. 74147 y 74148. Responde

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

a) Explica la misión que tiene cada una de las patillas (entradas y salidas). b) Dibuja el esquema del circuito. c) Monta en el simulador el c. i. y comprueba el funcionamiento de su tabla de verdad. Para ello simula las líneas de entrada con los interruptores. El símbolo lógico es: c) El montaje del c. i.:

La tabla de verdad es:

13. Busca la hoja de características del c. i. 7448. Realiza el esquema de un display sobre la placa BOARD. Para ello: a) Elige el display adecuado. Justifica la respuesta. b) ¿De qué valor habría que poner los resistores?

a) Se trata de un multiplexor con ocho entradas de datos. Las patilla de entrada van desde D0 a D7 (I0 a I7) son los datos de entrada; A, B, C (S0, S1, S2) son las entradas de control o de selección; las salidas son Y (Z) y la negada de Y que es W (Z) b) El esquema del circuito:

c) Comprueba el funcionamiento del circuito cuando a la entrada introduzcas las combinaciones 1001 y 0101. ¿Qué número se obtiene? a) Se ha elegido el display de cátodo común. Hay que conectarlo a GND (se puede utilizar también el de ánodo común, que se conecta a Vcc, pero en la simulación hemos utilizado este porque el resultado es el mismo). b) El valor de los resistores debería ser de 330 Ω. c) Se obtienen respectivamente.

el

nueve

y

el

El esquema sobre una placa BOARD:

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cinco

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códigos distintos del binario y proporcionar una determinada salida. d) Pertenece a la familia TTL. Su tensión de alimentación es de 5 V.

14. Obtén la hoja de características del circuito integrado 74154 y contesta a las siguientes cuestiones: a) ¿Qué hace este circuito? b) ¿Qué tipo de lógica utiliza según los valores de las entradas y salidas que ves en la tabla de verdad? c) Cita dos ejemplos de posibles aplicaciones que podrías realizar con este integrado.

Los parámetros más importantes son:

d) ¿A qué familia lógica pertenece según los datos obtenidos de su hoja de características? ¿Cuál es su tensión de alimentación? a) Se trata de un decodificador 4 entradas y 16 salidas que también puede actuar como demultiplexor, como vemos en la hoja de características. b) Utiliza la lógica negativa de salida y positiva de entrada. La tabla de verdad:

c) Decodificadores binarios son aquellos circuitos que trabajan con números codificados en binario en su entrada. Decodificadores decodificadores

especiales son aquellos capaces de descifrar

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

Unidad 14. Análisis de circuitos secuenciales Actividades 1. Obtén la señal de salida del cronograma que tienes en la figura de al lado y responde a las siguientes cuestiones: a) ¿Cuál es la tabla de verdad de este biestable? b) Dibuja el símbolo del mismo e indica con qué tipo de flanco conmuta.

La señal obtenida en la salida Q está marcada en rojo. El biestable conmuta en los flancos de subida. 2. En la Figura 14.18 tienes el cronograma de un biestable D. Obtén el valor de la salida Q, suponiendo que el biestable partía con Q = 0.

a) La tabla de verdad es: El valor de la salida Q es:

b) El símbolo es:

3. Busca en Internet los esquemas de los diferentes tipos de biestables que hemos estudiado, y cómo se pueden realizar con puertas lógicas. Investiga también cómo se puede convertir un biestable RS en un biestable JK. Además del RS que hemos visto en la unidad, podemos obtener: •

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JK con puertas:

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

•

•

•

•

D con puertas:

RS síncrono por nivel:

D síncrono por nivel:

D sincronizado por flanco de subida:

4. Consulta la hoja de características del circuito integrado y haz una lista con los principales parámetros del circuito, teniendo en cuenta lo explicado en el Caso práctico 4. A la hora de trabajar con un circuito integrado de biestables debemos considerar: •

Tensión de entrada a nivel bajo y a nivel alto.

•

Tensión de salida a nivel alto y nivel bajo.

•

Corrientes de entrada y salida a nivel alto y bajo.

Es importante también fijarse en la tensión de alimentación, que va a depender de la familia lógica con la que estemos trabajando. 5. Obtén los valores de las corrientes y tensiones de entrada, a nivel bajo y a nivel alto, de un circuito integrado 74279 a partir de su hoja de características. Los parámetros pedidos los podemos ver en la siguiente tabla:

La conversión de un biestable RS en un JK:

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

Las señales vistas en el analizador lógico son las siguientes: 6. Realiza un contador asíncrono ascendente cuya secuencia de cuenta sea de 0 a 15. Dibuja el esquema correspondiente e incorpora un pulsador para resetear el contador cuando se desee (fíjate para ello en el Caso práctico 5). El esquema del circuito es:

7. ¿Cuántos biestables necesitarías para hacer un circuito que divida la frecuencia de la señal de entrada por 16? Para hacer un circuito que divida la frecuencia de la señal de entrada por 16 se necesitan cuatro biestables. 7. Realiza la simulación del circuito anterior en NI MULTISIM y conecta un analizador lógico para visualizar las formas de onda que se producen en cada una de las salidas Q del contador.

8. Dibuja el esquema del circuito que realiza esta división. El esquema del circuito es el siguiente: U5 XFG1

El esquema del circuito en NI MULTISIM es:

2.5 V

U1 SET J

J

K

5V

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U4

SET

SET

Q

J

Q

J

CLK

CLK

~Q RESET

K

~Q RESET

K

CLK

JK_FF

VCC

U3

SET Q

~Q RESET

CLK K

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U2

JK_FF

JK_FF

Q

~Q RESET JK_FF

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

9. Analiza la hoja de características de un contador 74193, y contesta a las siguientes cuestiones: a) ¿Lleva carga del valor inicial de cuenta? b) ¿Con qué valores son activas las entradas asíncronas? c) Dibuja el diagrama del patillaje del integrado y explica, en función de su tabla de verdad, su funcionamiento básico. a) Sí, lleva carga a través de la entrada LOAD. b) La entrada CLEAR es activa con valor 1, y la entrada LOAD es activa con valor 0. c) Se trata de un contador síncrono UP/DOWN. Su funcionamiento lo podemos comprobar en el siguiente cronograma:

Test de repaso 1. b) 2. a) 3. a) 4. c) 5. a) 10. Monta en el simulador un contador 7492 y a continuación comprueba su funcionamiento como contador ascendente. Añade las puertas lógicas necesarias para detener la cuenta en 5, y comprueba que funciona correctamente (después de que llegue dicho número, el contador debe volver a 0). El esquema del montaje es el siguiente:

6. b) 7. b) 8. a) 9. b) 10. a) 11. a)

Comprueba tu aprendizaje Representar secuenciales

Electrónica aplicada - GM

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los circuitos mediante la

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010 simbología adecuada 1. Pon la tabla de verdad de cada uno de los biestables que ves representado por su símbolo e indica de qué tipo de biestables se trata.

a) Biestable RS asíncrono:

La tabla de verdad es la siguiente:

3. Dada la siguiente tabla de verdad, justifica a qué biestable de los estudiados a lo largo de la unidad pertenece.

b) Biestable RS síncrono por los flancos de bajada:

c) Biestable D síncrono:

2. Dibuja el símbolo y coloca la tabla de verdad de un biestable JK síncrono, activo con los flancos de bajada de la señal de reloj, y con entradas de PRESET y CLEAR.

Electrónica aplicada - GM

La tabla corresponde a un biestable JK síncrono que cambia de valor en los flancos de subida. Cuando tienen un nivel fijo (0 ó 1) no conmuta, según vemos en la parte de abajo de la tabla de verdad, mientras que se producen los cambios cuando llegamos al nivel lógico 1 (flanco de subida).

Relacionar las entradas y salidas en los circuitos secuenciales 4. Completa cronogramas. a)

123-142

los

siguientes

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

Verificar el funcionamiento de los circuitos secuenciales 5. Completa el diagrama de tiempos del circuito de la Figura 14.48 y explica de qué tipo de circuito se trata, en función de su esquema eléctrico

El circuito es un contador.

1

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2

3

4

Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

6. Dibuja el esquema correspondiente a un divisor de frecuencia de tres bits y completa su diagrama de tiempos.

La imagen del analizador:

El esquema del divisor es: VCC 5V

XFG1

U1

U2

SET J

U3

SET Q

J

CLK K

~Q RESET

SET Q

J

CLK

CLK

K

~Q RESET

K

JK_FF

JK_FF

Q

~Q RESET JK_FF

Su diagrama de tiempos es:

Montar o simular digitales secuenciales

circuitos

7. Realiza la simulación en el ordenador del circuito del ejercicio 5. Conecta a su salida un analizador lógico y comprueba que el diagrama de tiempos que te da coincide con el que has obtenido teóricamente.

8. Realiza el montaje en una placa BOARD del circuito propuesto en el ejercicio 6 y comprueba, conectando un osciloscopio en la salida del mismo, cuál es el valor de la señal que se obtiene. Introduce como señal de reloj una onda cuadrada (proporcionada por el generador de señales o por la señal de reloj del entrenador digital) que tenga una frecuencia de 800 Hz. El montaje del circuito sería:

El esquema del circuito es:

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010

9. Simula el siguiente circuito en el ordenador:

a) Conecta cada salida de los biestables en un analizador lógico y comprueba su diagrama de tiempos. Introduce una señal de reloj de 10 Hz (utiliza en el simulador un generador de señales para poder ponerla). b) Conecta las salidas a un display de siete segmentos y observa los resultados que se visualizan. Comenta los resultados que se obtienen, justificando tus respuestas.

El número de biestables del circuito marca el valor por el que se divide la frecuencia de la señal de reloj: el número por el que se divide la frecuencia es 2n.o de biestables. En este caso tenemos cuatro biestables. 10. Simula los circuitos de las Figuras 14.41 y 14.44. Conecta a la salida un analizador lógico y comprueba que el cronograma que obtienes es igual al que has calculado teóricamente. El circuito de la Figura 14.41:

a) La simulación del circuito es la siguiente:

b) En el display podemos ver la secuencia de cuenta del circuito.

El circuito de la Figura 14.44: no podemos simular adecuadamente las señales J y K en el ordenador. Sería más conveniente montarlo físicamente en una placa BOARD.

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11. Monta en el simulador el circuito de la Figura 14.42. Conecta un analizador lógico y comprueba su cronograma. ¿Qué hace la puerta AND conectada a la entrada? La puerta AND multiplica la señal de reloj con la salida del biestable, y lo introduce como entrada del circuito.

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Unidad 15. Conversión analógica-digital Actividades

nui/Jen2002/Cac171_176.pdf

1. Indica la frecuencia a la que hay que muestrear una señal cuya frecuencia máxima es de 30 kHz.

4. En el siguiente enlace puedes obtener la hoja de características del ADC 0804 fabricado por la empresa Intersil:

Según el teorema de Nyquist será el doble de esta frecuencia máxima - 60 kHz. 2. ¿Cuántos escalones tendrá un cuantificador que codifica sus señales de salida con 5 bits? El cuantificador tendrá 32 escalones: 25 = 32. 3. En el siguiente link puedes consultar la hoja de características del conversor DAC0800: http://www.datasheetcatalog.net/es /datasheets_pdf/D/A/C/0/DAC0800. shtml a) Busca en ella los parámetros que hemos comentado en el apartado 2 de la unidad. b) Busca en Internet alguna aplicación que utilice un conversor del modelo citado.

http://www.datasheetcatalog.com/d atasheets_pdf/ A/D/C/0/ADC0804.shtml Consulta los datos que nos proporciona el integrado y contesta a las siguientes preguntas: a) ¿Con qué microprocesadores es compatible? b) ¿Con qué familia lógica compatible su salida digital?

es

c) Explica el tipo de reloj que utiliza el conversor. d) ¿Cuál es el tiempo de conversión? e) ¿Cuánto conversión?

vale

el

error

de

f) ¿Qué tipo de encapsulado utiliza? g) ¿Cuál es conversor?

la

resolución

del

a) Los parámetros son:

a) Es compatible con los microprocesadores de 8 bit, derivados del microprocesador 8080. b) Es compatible con CMOS y TTL. b) Este integrado se utiliza mucho en sistemas de adquisición de datos. Un ejemplo se puede ver en el siguiente link: http://bioinfo.uib.es/~joemiro/aenui/procJe

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c) El conversor lleva un generador de reloj interno en el chip. d) El tiempo de conversión es de 100 µs. e) El error de conversión es:

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± 1/4 LSB, ± 1/2 LSB y ± 1 LSB.

1. a)

f) El encapsulado que utiliza es:

2. a) 3. b) 4. a) 5. b) 6. a) 7. a) 8. b)

g) La resolución del conversor es de 8 bit.

9. d)

5. Consulta la hoja de características del conversor DAC101C085 y realiza un resumen de sus principales características tales como: a) Resolución del conversor. b) Compatibilidad con las familias lógicas a la hora de utilizarlo. c) Valores de alimentación, etc.

la

tensión

de

10. b) 11. d)

Comprueba tu aprendizaje Digitalizar una señal analógica 1. En un sistema de telefonía móvil, se quiere convertir la señal analógica recibida, que llega con una frecuencia de 1 MHz, a una señal digital. Contesta a las siguientes preguntas: a) ¿A qué valor de frecuencia, según el teorema de Nyquist, habría que muestrear la señal? b) Si queremos dejar un margen de seguridad en el muestreo del 10%, ¿cuál sería el valor de la nueva frecuencia de muestreo?

a) La resolución del conversor es de 10 bits. b) Es compatible con TTL y CMOS. c) La tensión de alimentación es: de 2,7 a 5,5 V.

Test de repaso

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c) ¿Cuál sería el periodo de muestreo del primer apartado?

a) Hay que muestrear la señal a 2 MHz. b) El valor de la nueva frecuencia sería de 2,2 MHz. c) El periodo de muestreo del primer apartado sería de 5 µs. 2. Realizando medidas sobre una señal analógica observamos que se

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han tomado 30 000 muestras en un intervalo de 10 minutos, ¿a qué frecuencia se ha muestreado esta señal? Si suponemos que la señal se ha muestreado a la frecuencia de Nyquist, ¿cuál es el valor de la máxima frecuencia que tiene dicha señal?

DAC. 5. Explica a qué corresponde el siguiente diagrama de bloques. Pon el nombre a cada uno de ellos y comenta brevemente para qué sirven.

10 minutos equivalen a 600 segundos. Si se han tomado 30 000 muestras en el intervalo, el número de muestras por segundo será 30 000/600 = 50 muestras por segundo, y por tanto, la frecuencia será 50 Hz. La frecuencia máxima de la dicha señal es de 25 Hz.

Reconocer los parámetros de la analógica-digital

principales conversión

3. Explica a qué corresponde la siguiente gráfica:

El diagrama corresponde a la digitalización de una señal de sonido captada con un micrófono. El primer bloque es un preamplificador, el segundo bloque es un filtro y el último bloque es la etapa de conversión analógica-digital. 6. Realiza un diagrama de bloques correspondiente a un reproductor de CD de sonido. Para ello, ten en cuenta que la señal almacenada en el CD está en formato digital, y que debemos oír la música por los altavoces.

Es la gráfica de un cuantificador. A cada rango de valores analógicos de la señal le asigna un código binario.

El diagrama de bloques de un reproductor de CD de sonido:

4. Explica a qué corresponde la siguiente gráfica:

Es la asignación de valores analógicos de señal ante una entrada digital. Representa la función de transferencia de un conversor

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7. ¿Cuál es la resolución de un conversor si sabemos que el fondo

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de escala lo tiene fijado en 5 V y que la tensión que le corresponde al bit menos significativo es de 4,88 mV? Aplicando la siguiente fórmula obtenemos el resultado: FS FS 5 1LSB = ⇒N = = = 10bits N 1LSB 0,488 8. ¿A qué tipo de circuito de los utilizados en el proceso de conversión analógica-digital corresponde la siguiente gráfica? Contesta las siguientes cuestiones: a) ¿Cuál es el error máximo que se comete si no se hace ningún ajuste?

a) ¿Sabrías indicar qué particularidad tiene este circuito con respecto al que hemos estudiado en la unidad? b) ¿Para qué tipo de señales se usa? Investiga en Internet por qué se usan estos circuitos y cuándo es necesaria su utilización. La gráfica corresponde a un cuantificador. a) La particularidad de este circuito consiste en que no es uniforme; el tamaño de los escalones no es igual en todos ellos. b) Normalmente, este tipo de cuantificación se usa con técnicas de compresión de señales (como puede ser el formato MP3, etc.).

Comprobar el funcionamiento de los circuitos de conversión 9. A continuación tienes un fragmento de la hoja de características del conversor ADC 0803.

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b) ¿Qué valor puede tener el voltaje de cualquier entrada para que el conversor funcione sin problemas? c) En un equipo de transmisión de radio que va a estar ubicado en lo alto de una montaña, cuya temperatura mínima en invierno es de -10 ºC hay que utilizar un ADC, ¿sería adecuado el del ejemplo? Justifica la respuesta. d) ¿Cuál es el valor máximo de alimentación que puede tener el conversor? ¿Sería compatible con un circuito TTL en dicho caso? Justifica la respuesta. a) El error máximo sería ± ½ LSB.

b) El valor del voltaje sería de entre -0,3 hasta 5,3 V. c) No podría utilizarse el equipo del ejemplo, puesto que las temperaturas de funcionamiento recomendadas están entre 0 y 70 ºC. d) El valor máximo de alimentación es de 6,5 V. Sí, sería compatible con un circuito TTL, ya que no es el valor típico con el que funciona el integrado (este es el valor de V+, que son 5 voltios).

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Electrónica aplicada – Grado medio. McGraw-Hill © 2010 Montar o conversores

simular

10. Monta en siguiente circuito:

el

circuitos

simulador

el

Los LED sirven para visualizar la combinación binaria que se obtiene a la salida del conversor. Conecta a la salida del conversor un voltímetro. Haz una tabla con los valores de tensión que se obtienen para todas las combinaciones binarias de la señal de entrada que sean múltiplos de 20. Empieza en el valor 0 y termina en el último valor de la tabla en el 256.

Haz una tabla en la que se reflejen los valores digitales que vas obteniendo en los LED, cambiando el valor de la fuente de alimentación desde 0,25 V a 1,25 V, en intervalos de 20 mV.

El circuito a montar es el siguiente:

Es conveniente realizar el montaje físicamente sobre una placa BOARD, puesto que el simulador cuenta con un componente genérico y no con el integrado que queremos comprobar. Colocaremos una fuente de alimentación variable, y para los intervalos señalados anotaremos la combinación binaria que nos indican los LED del circuito.

VCC 5V

VDD 10V

Iref+

R2

D7

D6

R3

R4

10kΩ

10kΩ

XMM1

Iout+ IDAC8

5kΩ

V1

D5

D4

D3

D2

D1

R1

D0

S1

Iref-

Iout-

A2

10 V

Comenta brevemente los resultados obtenidos.

5kΩ

Es conveniente realizar el montaje físicamente sobre una placa BOARD, puesto que el simulador cuenta con un componente genérico y no con el integrado que queremos comprobar. Las entradas las simularemos con los interruptores del entrenador digital, y daremos valores a las combinaciones binarias, midiendo la salida con un polímetro, tal y como vemos en el esquema. 11. Realiza en el simulador de tu ordenador el siguiente montaje:

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Unidad 16. Sistemas microprogramables Actividades 1. Codifica los siguientes números binarios en hexadecimal: a) 100001110101010101

esquema de bloques. Esta estructura constituye el hardware de un sistema con microprocesador y los elementos que lo forman son: •

Una serie de bloques interconectados por cables, denominados buses, que permiten la comunicación entre los bloques del sistema.

•

Unidad central de proceso o CPU: es el chip integrado que forma el microprocesador.

b) 111000111 c) 1010100001111 a) 21D55 b) 1C7 c) 150F 2. Codifica los siguientes números hexadecimales en binario: a) 2FFF

Su estructura interna está compuesta por la unidad aritmético-lógica - la unidad de control y los registros. •

La unidad aritmético-lógica (también llamada ALU) es el microprocesador que realiza las operaciones elementales: el producto lógico, la suma o la resta aritmética, etc. En concreto, las operaciones lógicas que efectúa son: las operaciones AND, OR, OR exclusiva y las operaciones aritméticas suma, resta, incrementación y decrementación.

•

La unidad de control es el bloque más importante del microprocesador. En este bloque se van a realizar todas las señales de control para el gobierno del microprocesador. En él se desarrollan la lectura, la interpretación y la ejecución de una instrucción que empieza con la lectura en la memoria del código de operación que, a través del bus de datos y del registro de datos, pasa al registro de instrucción. Una vez realizado este proceso, la unidad de control toma el código de operación y lo decodifica. Después de haber decodificado el código de operación la unidad de control la ejecuta.

•

Periféricos externos: los periféricos permiten la comunicación del usuario

b) 2F2 c) FF33 a) 0010111111111111 b) 001011110010 c) 1111111100110011 3. Explica las diferencias existentes entre la arquitectura Von Neumann y Harvard en un sistema con microprocesador.. Hablamos de la arquitectura Von Neumann cuando en un microprocesador hay un único bus de direcciones y de datos, y tanto los datos como las direcciones están en una misma memoria. Arquitectura Harvard: en esta arquitectura hay dos buses - de direcciones y de datos, cada uno conectado a memorias distintas, una para los datos y otra para las direcciones, respectivamente. 4. Señala la misión que desempeña cada uno de los bloques que forman la estructura de un sistema microprogramable y dibuja el

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con el sistema. Hay diferentes tipos de periféricos; el teclado es un periférico de entrada de datos, mientras que la impresora es un periférico de salida de datos. Otros tipos son: el monitor, que sirve para ver la información introducida a través del teclado y los CD-ROM o los DVD que almacenan información. •

•

•

Reloj: la frecuencia del reloj determina la velocidad de operación y el funcionamiento del microprocesador. Registros: uno de los registros más importantes del microprocesador es el acumulador que registra los datos y el resultado de las operaciones aritmético-lógicas (ALU). También existen unos registros auxiliares que se utilizan para almacenar datos y resultados dentro de la CPU. Memoria: es la encargada de almacenar los programas y la información que permiten el funcionamiento del sistema. Existen dos tipos de memorias: a) Memoria RAM: significa memoria de acceso aleatorio o memoria de lectura/escritura. Contiene los programas y los datos que el usuario puede modificar a su voluntad. b) Memorias ROM (o memoria de solo lectura): permite solo leer la información almacenada. Comprende todos los programas de arranque que necesita el sistema microprogramable para activarse, además de los datos.

•

Unidad de entrada/salida: todo sistema microprogramable tiene que comunicarse con el exterior para poder enviar o recibir la información. Este elemento es la interfaz entre los circuitos internos y el exterior.

5. Investiga en varios ordenadores del aula qué modelo de microprocesadores tienen. Los modelos de microprocesadores que tienes son: Pentium III y Pentium V. 6. De los ordenadores investigados para realizar la actividad anterior, localiza dónde tienen situadas las memorias e identifica qué periféricos tienen conectados. Tienen conectados como periféricos externos: impresoras, ratones y teclados. 7. Busca en Internet los últimos microprocesadores de la marca Intel, que se están utilizando hoy en día, y explica brevemente sus principales características. Intel prevé lanzar microprocesadores de 32 núcleos para 2009 ó 2010. Todavía no se conocen datos técnicos, pero se esperan unas velocidades de hasta 20 GHz, cada CPU. Funcionaría más o menos como si fuesen varios microprocesadores, cada uno con sus (cuatro) núcleos. 8. Identifica en las siguientes placas de ordenador los componentes del diagrama de bloques del sistema:

El esquema de bloques:

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Microprocesa Bancos

de Pila de reloj

Microprocesa Memorias Buses

9. Estudia las hojas de características de los siguientes PIC: a) PIC16F871. PIC16F873A.

b)

PIC16F872.

c)

Los alumnos tienen que ver el numero de patilla que tiene el chip, los valores de las tensiones de alimentación y el tipo de encapsulado.

10. Explica cada uno de los elementos que componen la estructura de un sistema con microcontrolador e indica cuál es la función de cada uno de ellos. •

La CPU o unidad central de proceso realiza la misma función que para los microprocesadores.

•

Memorias: los microcontroladores incluyen en su interior las unidades de memorias. Tienen un banco de memoria RAM volátil para los datos y otro de memoria no volátil para el programa (la memoria ROM), igual que los microprocesadores.

•

Buses: funcionan igual que en el hardware para los microprocesadores.

•

Periféricos externos: los microcontroladores pueden tener como periféricos externos diodos LED, motores, displays, etc.

•

Periféricos internos: periféricos serie, por ejemplo, USART.

a) PIC16F871:

b) PIC16F872:

Además de tener los mismos elementos que los microprocesadores, aunque en un único chip, los microcontroladores cuentan con las siguientes características:

c) PIC16F873:

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•

Tienen un contador de programa (PC). Se emplea sólo para buscar el código localizado en su memoria ROM.

•

Llevan en su interior los llamados registros SFR. Estos registros se

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•

Puntero de datos: se utiliza como contador de programa en la búsqueda del dato que se encuentra en la memoria RAM.

los módulos de memoria que tienes (SIMM y DIMM). Averigua también qué tipo de memoria RAM es, indica el número de contactos de los módulos y la capacidad de almacenamiento.

•

Contienen unidades de entrada/salida integradas: temporizadores de 16 bits, puertos serie, controlador de interrupciones, puertos paralelos

Esta actividad la tienen que realizar los alumnos en el aula. Se recomienda que se tenga a mano, el día que se haga la actividad, el libro de la placa base para localizar los componentes.

encuentran en direcciones de la memoria RAM.

11. Indica varias aplicaciones de los microcontroladores PIC en telecomunicaciones. Las aplicaciones de los microcontroladores son diversas, pero entre ellas destacan las en telecomunicaciones: interfaces de control de robots, lectores RFID (identificación de radio frecuencia) y las que contienen antenas para recibir y transmitir a periféricos por radiofrecuencia desde un emisor-receptor. 12. Observa la hoja de características del chip 27C512A10ISO y resuelve las siguientes cuestiones:

Test de repaso 1. a) 2. b) 3. c) 4. b) 5. d) 6. c) 7. c) 8. c)

a) Capacidad de almacenamiento.

9. b)

b) Longitud almacena.

10. a)

de

la

palabra

que

c) Número de bits que es capaz de almacenar.

Comprueba tu aprendizaje

a) Como podemos observar en la hoja de características, tenemos 16 líneas que forman el bus de direcciones desde A0 a A15, luego tenemos 216 = 65 536 direcciones, es decir, tiene una capacidad de almacenamiento de 65 536 palabras.

Identificar la estructura microprocesador y microcontrolador

b) Los datos de salida son de 00 a 07. Posee una longitud de palabra de 8 bits. c) Es capaz de almacenar: 65 536 palabras · 8 bits = 5 524 288 bits. 13. Analiza tu ordenador e identifica

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de

un un

1. Explica las diferencias que hay entre la estructura de un microprocesador y la de un microcontrolador. Una de las diferencias es que en un microcontrolador todos los bloques están integrados en un solo circuito integrado, mientras que el microprocesador puede estar

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en varios integrados.

5. Puerto E/S. 6. Pines del CI.

2. De los siguientes esquemas, identifica cuál corresponde a un microprocesador y cuál a un microcontrolador. Rellena también los recuadros y explica cuál es la misión de cada elemento.

7. Periféricos y dispositivos externos. 3. Explica las diferencias que hay entre una arquitectura de tipo Von Neumann y otra de tipo Harvard. Arquitectura Von Neumann: cuando en un microprocesador hay un único bus de direcciones y de datos, y tanto los datos como las direcciones están en una misma memoria. Arquitectura Harvard: en esta arquitectura hay dos buses - de direcciones y de datos, cada uno conectado a memorias distintas, una para los datos y otra para las direcciones, respectivamente. 4. De las siguientes placas base de ordenador, identifica los componentes basándote en la estructura de bloques.

Puertos de E/S

a) Se trata de un microprocesador. Sus componentes son:

Microprocesa

1. Exterior (periféricos). 2. Unidad de entradas y salidas. 3. Unidad de memoria RAM.

Bancos memoria

de

Zócalo micro

de

4. Unidad de memoria ROM. 5. Unidad central de proceso. 6. Unidad de control. 7. Bus de direcciones. 8. Registros.

Bancos

9. Bus de control. 10. Bus de datos. b) Se trata de un microcontrolador. Sus componentes son: 1. Memoria. 2. Buses. 3. CPU. 4. Periféricos internos.

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5. De las siguientes imágenes, determina cuáles corresponden a un microcontrolador y cuáles a un microprocesador:

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de

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Según la forma de grabar los datos que tengan, las memorias ROM se clasifican en: •

Memorias ROM: los datos se graban durante su proceso de fabricación y éstos nunca se podrán borrar o cambiar.

•

Memorias PROM: son memorias ROM programables que pueden ser grabadas o programadas por el usuario una sola vez. Los datos se graban mediante un programador PROM.

•

Memorias EPROM: son memorias borrables y programables. Los datos se graban mediante un programador EPROM y se borran mediante la acción de rayos ultravioletas.

•

Memorias EEPROM: son memorias borrables eléctricamente.

a) y b) son microprocesadores; c) y d) son microcontroladores.

Describir la lógica asociada a los elementos programables (memorias, puertos, entre otros) 6. Explica las diferencias existentes entre las memorias RAM y las memorias ROM. Memorias de lectura y escritura son las memorias RAM. Memorias de solo lectura son las memorias ROM.

8. Analiza la hoja de características del chip 27C512A- 10ISO y contesta a las siguientes preguntas:

7. Describe los tipos de memorias RAM y los tipos de memorias ROM que podemos encontrar.

a) Capacidad de almacenamiento.

Las memorias RAM se clasifican en función de la celda de almacenamiento que tengan:

c) Número de bits que es capaz de almacenar.

Memorias SRAM: las celdas de almacenamiento de 1 bit están formadas por flip-flop estudiados en la Unidad 14. Éstos permanecen en su estado de set (1) y reset (0) mientras que no se elimine la alimentación.

a) Como podemos observar, tenemos 16 líneas que forman el bus de direcciones desde A0 a A15, luego tenemos 216 = 65 536 direcciones, es decir, tiene una capacidad de almacenamiento de 65 536 palabras.

Memorias DRAM: las celdas de almacenamiento son pequeños condensadores que se dedican a almacenar la información. Cuando los condensadores se van descargando la información se pierde. Para evitarlo, estas memorias se someten a un proceso de reescritura periódico.

c) Es capaz de almacenar:

•

•

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b) Longitud almacena.

de

la

palabra

que

b) Los datos de salida son de 00 a 07. Posee una longitud de palabra de 8 bits. 65 536 palabras · 8 bits = 5 524 288 bits. 9. Realiza una búsqueda en Internet y enumera diversos tipos de dispositivos del ordenador que se conecten al puerto paralelo y otros que se conecten al puerto serie.

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El dispositivo que se conecta al puerto paralelo es, por ejemplo, impresora. Los que se conectan al puerto serie son: ratón, teclado, etc. 10. Explica las diferencias que existen entre un tipo de memoria DRAM y un tipo de memoria SRAM. •

Memorias SRAM: en ellas, las celdas de almacenamiento de 1 bit están formadas por flip-flop estudiados en la Unidad 14. Éstos permanecen en su estado de set (1) y reset (0) mientras que no se elimine la alimentación.

•

Memorias DRAM: las celdas de almacenamiento son pequeños condensadores que se dedican a almacenar la información. Cuando los condensadores se van descargando la información se pierde. Para evitarlo, estas memorias se someten a un proceso de reescritura periódico denominado tiempo de refresco, que suele ser de 2 ms. (2 milisegundos).

de almacenamiento. Esta actividad la tienen que realizar los alumnos en el aula. Se recomienda que se tenga a mano, el día que se haga la actividad, el libro de la placa base para localizar los componentes. 13. Indica de cuántos contactos constan los módulos de memoria de las siguientes imágenes:

a) 72 contactos. b) 168 contactos.

11. Detalla las diferencias que hay entre una memoria EPROM y una memoria EEPROM. •

•

Memorias EPROM son memorias borrables y programables. Los datos se graban mediante un programador EPROM y se borran mediante la acción de rayos ultravioletas. Memorias EEPROM son memorias borrables eléctricamente.

12. Identifica, en un ordenador de tu aula, los módulos de memoria que tiene (SIMM y DIMM) y averigua qué tipo de memoria RAM es. Señala también el número de contactos de los módulos, así como la capacidad

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c) 168 contactos. 14. Explica las diferencias que hay entre puerto serie y puerto paralelo. Los puertos de salida/entrada son elementos que permiten que el sistema se comunique con los elementos exteriores, permiten el intercambio de datos - de aquí el nombre interfaz de entrada/salida. El término serie se refiere a los datos enviados mediante un solo hilo: los bits se envían uno detrás del otro. La transmisión de datos en paralelo consiste en enviar datos en forma simultánea por varios hilos. Los puertos paralelos en los PC pueden utilizarse para enviar 8 bits (un octeto) simultáneamente por 8 hilos.

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Describir aplicaciones básicas con elementos programables 15. Busca en Internet aplicaciones reales de los sistemas microprogramables con microprocesador y con microcontroladores. Las aplicaciones para las que se usan los microcontroladores son diversas, pero entre ellas destacan las en telecomunicaciones: interfaces de control de robots, lectores RFID (identificación de radio frecuencia) y las que contienen antenas para recibir y transmitir periféricos por radiofrecuencia desde un emisor-receptor. Los microprocesadores se utilizan en aquellas aplicaciones que requieren grandes cantidades de memoria, como por ejemplo, los ordenadores. 16. Detalla una lista de aplicaciones de las memorias SDRAM con ayuda de Internet. Memoria síncrona, con tiempos de acceso de entre 25 y 10 ns que se presentan en módulos DIMM de 168 contactos. Fue utilizada en los Pentium II y en los Pentium III.

Cargar programas de aplicación en entrenadores didácticos o similares 17. Busca en Internet el programa Proteus para simular programas de los PIC e investiga, pidiendo ayuda a tu profesor, cómo funciona. En la siguiente página de Internet se explica el programa Proteus: www.ieeproteus.com 18. Una vez localizado el Proteus, cárgalo en tu ordenador y simula programas con el PIC 16F84 con ayuda de tu profesor.

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Este ejercicio, con ayuda de la página Web del ejercicio anterior y con ayuda del profesor, lo tienen que realizar los alumnos en el aula.

Verificar y realizar modificaciones de parámetros y funcionamiento 19 Consulta las características de la placa base de un ordenador de tu aula y realiza la ampliación de la memoria RAM al doble de la capacidad que tenga instalada. Para ello, asegúrate de que el nuevo modulo que vas a colocar es igual que el que tiene instalado el ordenador. Esta actividad la tienen que realizar los alumnos en el aula. Se recomienda que se tenga a mano, el día que se haga la actividad, el libro de la placa base para localizar los componentes. 20. Cambia la secuencia de arranque de tu ordenador de tal forma que el primer dispositivo que se lea sea el puerto USB. Para ello, accede a la BIOS cuando esté arrancando el ordenador y accede al menú correspondiente de los dispositivos de arranque. Para realizar este ejercicio, antes de arrancar el ordenador, se accede a la BIOS, luego al menú y al final se cambia la secuencia de arranque. 21. Comprueba desde la BIOS los dispositivos de almacenamiento que es capaz de detectar. Haz una lista indicando el tipo de dispositivos y la interfaz de conexión con la placa base. Este ejercicio lo realizan los alumnos en el aula. Se recomienda que se tenga a mano, el día que se haga la actividad, el libro de la placa base para localizar los componentes.

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22. Investiga, valiéndote de Internet, los nuevos tipos de microprocesadores que existen en la actualidad en el mercado e indica cuáles son sus características.

adquisición de datos. Busca un ejemplo en Internet y detalla los componentes que incorpora indicando, especialmente: a) El tipo de microprocesador microcontrolador que utiliza.

o

La información se puede conseguir en la siguiente página de Internet:

b) Qué periféricos de entrada salida emplea.

o

http://www.duiops.net/hardware/micros/micros actuales.htm

c) Si lleva conversores analógicodigitales o digitales-analógicos.

23. Busca, también en Internet, diferentes tipos de microcontroladores y señala cuáles son los más indicados para ser empleados en telecomunicaciones. La información se puede conseguir en la siguiente página de Internet: http://laimbio08.escet.urjc.es/assets/files/tema1 .pdf

24. Una vez realizada la actividad anterior, analiza las características de los microcontroladores que has detallado y resúmelas, prestando especial atención, además, al patillaje de estos microcontroladores. Las características de, por ejemplo, Motorola 6805 ó Motorola 6811: 28 patillas, 21 patillas de E/S, Mem. De programa 8K, EEPROM 128, RAM de datos 192. 25. ¿Qué ocurriría si se modificara algún parámetro de los microcontroladores que has encontrado en las actividades previas? Cambiaría la capacidad de almacenamiento, la longitud de la palabra etc. 26. En los sistemas de control se utilizan con mucha frecuencia unos circuitos denominados sistemas de

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Si miramos en la página Web http://www.univalle.edu/publicaciones/jour nal/journal7/pag4.htm: a) Utiliza un microcontrolador ATMEL compatible con el set de instrucciones y registros propios de la Familia Intel 8051. b) Emplea periféricos basados en una interfaz de tipo RS-232. c) El sistema de adquisición es parte de un sistema de control, y por tanto, la información recibida se procesa para obtener una serie de señales de control. Llevan conversores analógico-digitales del tipo ADC0804. 27. En muchos aparatos, como los audífonos, se utiliza un tipo especial de microprocesadores denominados DSP. Busca en Internet un ejemplo de procesador de este tipo y comenta cuáles son sus principales características. Los DSP, igual que los microprocesadores, son sistemas programables que permiten implementar muchos tipos de aplicaciones, en función de las posibilidades del sistema y, por supuesto, de las habilidades del programador. Desde el punto de vista de la arquitectura interna, se puede decir que un DSP es un microprocesador (o un microcontrolador, como ya veremos) optimizado internamente para realizar los cálculos necesarios para implementar algoritmos de proceso de señal. Esta

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optimización se consigue mediante algunos aspectos principales: •

implementación de operaciones por hardware

•

instrucciones poco comunes que ejecutan varias operaciones en un solo ciclo

•

modos de especiales

•

memoria de programa ancha, con más de 8 bits

direccionamiento

La página Web a consultar: http://www.redeya.com/electronica/tutoriales/d sp1/dsp1.htm

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