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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
Electrónica Ciclos formativos de grado medio
Solucionario del libro del alumno
Autores: Tomás Díaz Corcobado Guadalupe Carmona Rubio
Electrónica - GM
1-95
Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
Notas previas: • El presente Solucionario recoge las respuestas a todas las actividades planteadas en el libro del alumno de Electrónica, 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.
Electrónica - GM
2-95
Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
Unidad 1. Introducción a los sistemas digitales Actividades 1. Busca en el BOE todo el listado de competencias profesionales que se adquieren gracias a la realización del ciclo. Añade a la lista anterior alguna más que no haya sido mencionada anteriormente. Las competencias profesionales del título que no hayan sido mencionadas son: •
•
•
Elaborar el presupuesto de montaje o mantenimiento de la instalación o equipo. Acopiar los recursos y medios para acometer la ejecución del montaje o mantenimiento. Replantear la instalación de acuerdo con la documentación técnica, resolviendo los problemas de su competencia e informando de otras contingencias para asegurar la viabilidad del montaje.
de sus elementos, restituyendo su funcionamiento en condiciones de calidad, seguridad y respeto al medio ambiente. 2. Realiza una lista con las posibles funciones que puede desempeñar un instalador que haya cursado este ciclo formativo. Algunas de las tareas que puede desempeñar el instalador que haya cursado este ciclo formativo son: •
Instalación y mantenimiento instalaciones domóticas.
•
Instalador de antenas de TV.
•
Mantenimiento fotovoltaicas.
•
Instalador de ICT.
•
Mantenimiento eléctricas.
de
de
de
instalaciones
máquinas
3. Busca en Internet ejemplos de instalaciones en las que podría intervenir un técnico que haya realizado el ciclo formativo de Técnico en Instalaciones eléctricas y automáticas. Organiza una lista de las mismas con ayuda de tus compañeros. Añade, además, cuáles podrían ser las actuaciones que realizaría este técnico. Básate para ello en la descripción que encontrarás en el BOE citado en esta misma página.
•
Montar los elementos componentes de redes de distribución de baja tensión y elementos auxiliares en condiciones de calidad, seguridad y respeto al medio ambiente.
•
Montar los equipos y canalizaciones asociados a las instalaciones eléctricas y automatizadas, solares fotovoltaicas e infraestructuras de telecomunicaciones en edificios en condiciones de calidad, seguridad y respeto al medio ambiente.
•
Instalar y mantener máquinas eléctricas rotativas y estáticas en condiciones de calidad y seguridad.
Los ejemplos de posibles instalaciones en este campo los podemos encontrar en:
•
Mantener y reparar instalaciones y equipos realizando las operaciones de comprobación, ajuste y sustitución
http://tausolar.solarstromag.net/index.php? pageID=49
Electrónica - GM
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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
Hay varios ejemplos de instalaciones fotovoltaicas. Las tareas a realizar pueden ser montaje de los paneles solares, montaje y mantenimiento de los componentes de la instalación, etc.
números
c) 18. d) 19. e) 15.
a) 1010100110. b) 1100. c) 10010. d) 10011. e) 1111. números
a) 1000111. b) 1001. c) 10000. d) 10101. a) 71. b) 9. c) 16. d) 21. 6. Pasa los siguientes números decimales a hexadecimales: a) 1C8.
a) 23C.
b) 456E.
d) 445.
e) 78D.
números
c) 234.
e) 11110001101. 10. 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.
5. Pasa los siguientes binarios a decimales:
a) 456. b) 89.
9. Pasa los siguientes hexadecimales a binarios:
c) 001000110100. d) 010001000101.
Hay ejemplos de instalaciones de ICT. Aquí el técnico realizará labores de instalación y mantenimiento de todos los componentes de la instalación.
a) 678. b) 12.
d) 35.
a) 1000111100. b) 100010101101110.
http://www.matelsat.net/ict.html
4. Pasa los siguientes decimales a binarios:
b) F0.
c) 90. d) 100.
b) 59. c) 5 A. d) 64.
e) 1001000111011 = 4667. 11. 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 )
7. Pasa los siguientes números hexadecimales a decimales:
f) F = a·b·(a + c)
a) 23A. b) 234D. c) 56FF. d) EF.
g) F = a·b·c
a) 570. b) 9037. c) 22271. d) 239.
h) F = c · b · a + c·b·a + c · b · a
8. Pasa los siguientes binarios a hexadecimales:
números
a) 1001111. c) 1110101. b) 11110000. a) 4F.
c) 75.
Electrónica - GM
d) 110101.
i) F = d · c · b · a + d · c · ( b + a ) j) F = c·b·a · (c + b + a) a) F = a · b b) F = a + b c) F = a ⊕ b d) F = a ⊕ b
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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
e) F = a·b + c·d
1
0
1
1
f) F = a · b+ a·c
1
1
0
1
g) F = a + b + c
1
1
1
1
h) F= b · a+ c·b·a
c) Tiene 4 entradas y 16 combinaciones:
i) F = d · ( c · b · a + c · b·a )
a
b
c
d
F
j) F= (c + b + a) · (c + b + a )
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
a) F = a · b · c
0
1
0
1
1
b) F = a + b + c
0
1
1
0
0
c) F = a · (b · c) + d
0
1
1
1
1
d) F = ( a + b ) · (a + b)
1
0
0
0
0
e) F = ( a + b ) · (a + b)
1
0
0
1
1
f) F = a·b·c
1
0
1
0
0
g) F = c · b · a + c·b·a + c · b · a
1
0
1
1
1
a) Tiene 3 entradas y 8 combinaciones:
1
1
0
0
0
12. Dibuja la tabla de verdad para las siguientes funciones, indicando el número de variables y las combinaciones posibles:
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
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
b) Tiene 3 entradas y 8 combinaciones: a
b
c
F
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
1
Electrónica - GM
d) Tiene 2 entradas y 4 combinaciones posibles: a
b
F
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
e) Tiene 2 entradas y 4 combinaciones posibles:
5-95
a
b
F
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
f) Tiene 3 entradas y 8 combinaciones posibles:
1
0
1
1
1
0
1
1
1
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
14. 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
13. 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
0
1
1
1
0
0
Electrónica - GM
15. 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 es el valor de la corriente de cortocircuito de los circuitos integrados?
F
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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
•
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.
16. Busca en Internet la hoja de características de los siguientes integrados y explica los parámetros principales de:
17. 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.
a) 74HC02 b) 74HC32 c) 74LS00
18. Explica qué significan las letras de los chips de la Actividad 15 e indica qué puertas lógicas son. Una vez hecho esto, realiza la tabla de verdad.
Señala, además, a qué tecnología lógica pertenecen.
Los chips de la actividad 15 son: a) 74LS02 b) 74HC02 c) 74LS86 d) 74HC86.
Los parámetros más importantes para el apartado c) son:
Las letras LS significan LS (74LSxx): Low power Schottky.
•
Tensión comprendida entre 4,5 y 5,5 V.
Las letras HC significan las series 74HC (alta velocidad) de la familia CMOS.
•
Temperatura entre 0 y 70 ºC.
La tabla de verdad para c) y d) es:
•
VIH
mín.
= 2,0 V.
•
VIL
máx.
= 0,8 V.
•
VOH
mín.
= 2,7 V.
•
VOL
máx.
= 0,4 V.
•
Tiempo de propagación medio = 10 ns.
•
Disipación de potencia = 2 mW, por función.
A
B
F=A ⊕ B
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
La tabla de verdad para a) y b) es: F=
Este chip pertenece a la tecnología TTL.
A
B
Los apartados a) y b) pertenecen a la tecnología CMOS y sus parámetros son:
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
•
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
•
Los tiempos de propagación = 8 ns.
•
La potencia disipada por puerta es de 10 nW.
máx.
= 0,05 V.
Electrónica - GM
A+ B
19. Detalla las diferencias que observas entre los circuitos integrados de las familias lógicas TTL y las familias lógicas CMOS. Las siglas TTL significan “Lógica TransistorTransistor” (del inglés: Transistor-Transistor Logic). En este caso, las puertas están constituidas por resistencias, diodos y
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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
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
•
VIL
•
VOH
mín.
= 2,4 V.
•
VOL
máx.
= 0,4 V.
•
Tiempo de propagación medio es de 10 ns.
•
Disipación de potencia = 10 mW, por función.
mín
. = 2,0 V.
máx.
= 0,8 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: •
La tensión de alimentación varía entre 3 y 18 V.
La tabla de verdad es:
0
1
1
1
0
1
1
1
0
4. c)
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.
7. b)
20. Dado el siguiente montaje de un circuito integrado 74LS86, conecta una sonda lógica a la salida del chip y comprueba la tabla de verdad.
0
3. c)
•
La potencia disipada por puerta es de 10 nW.
0
2. d)
5. b)
•
0
1. c)
El rango de temperaturas oscila entre 240 y 85 ºC.
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.
⊕ B
B
Test de repaso
•
•
F =A
A
6. d) 8. a) 9. d) 10. c) 11. b) 12. a)
Comprueba tu aprendizaje Manejar los diferentes sistemas de numeración y los postulados de Boole
Electrónica - GM
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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
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) 678.
b) 111000.
c) 10.
d) 07.
c) 110101
a) 1931.
b) 1656.
d) 11010101.
c) 16.
d) 7.
e) 9B. e) 155.
e) 111111. a) 47. b) 38.
7. Aplica los postulados de Boole en las siguientes funciones:
c) 35.
a) F = a + b · (a + b)
d) D5.
b) F = a · (a · a ) + b · ( a + b ) · a + b
e) 3F.
c) F = a · 0 + b · b + 0 · a d) F = a + b · (a + b)
Electrónica - GM
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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
e) F = a·b·( a ⊕ b)·c
0
0
0
0
1
1
a) F = a + b
1
0
1
b) F = b
1
1
0
f) F = a + b + c · (a + b) · (a
⊕
b)
c) F = b d) F = 0
c) La función es F = A ⊕ B ; la tabla de verdad:
e) F = a + b + ( a ⊕ b) + c f) F = 0
Identificar las funciones lógicas básicas 8. Obtén la función lógica y la tabla de verdad de las siguientes puertas lógicas:
A
B
F= A⊕ B
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
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
1
0
0
1
1
1
b) Puerta NAND:
c) Puerta NOT:
b) La función es F = A ⊕ B ; la tabla de verdad: A
B
F = A⊕B
d) Puerta X-OR:
Electrónica - GM
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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
d) F = a ⊕ b
e) Puerta NOR:
f) Puerta X-NOR:
a
b
F
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
a
b
F
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
a
b
F
e) F = a + b
10. Obtén, del Ejercicio 9, las tablas de verdad.
f) F = a ⊕ b a) F = a · b a
b
F
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
b) F = a·b a
b
F
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
11. Dados los siguientes chips, identifica de qué puerta se trata, móntalas en un entrenador y construye su tabla de verdad:
c) F = a a
F
0
1
1
0
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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
1
1
1
b) Puerta AND y su tabla de verdad:
A
B
F=A·B
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
c) Puerta NOR y su tabla de verdad:
a) Puerta OR:
Su tabla de verdad: A
B
F =A + B
0
0
0
0
1
1
1
0
1
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B
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
d) Puerta X-OR:
12-95
F=
A
A+ B
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V.
Su tabla de verdad: A
B
F = A⊕B
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
•
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 salida a nivel alto.
•
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:
12. Dadas las siguientes placas de ordenador, identifica los circuitos integrados que tienen: Chip s
Chip s
•
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.
14. Explica las características ideales de los circuitos integrados.
Analizar los parámetros de las principales familias lógicas 13. 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 ideales de los circuitos integrados son: •
Alta velocidad de propagación.
•
Mínimo consumo.
•
Bajo coste.
•
Máxima inmunidad al ruido y a las variaciones de temperaturas.
Las características de los TTL Standard: •
Tensión comprendida entre 4,5 y 5,5
Electrónica - GM
15. Analiza la hoja de características
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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
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.
•
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
16. Comprueba el funcionamiento del siguiente circuito con ayuda de una sonda lógica:
Este ejercicio lo tienen que realizar los alumnos en el aula.
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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
Unidad 2. Análisis de circuitos combinacionales Actividades
La expresión canónica de la función vendrá dada como suma de productos.
función
d) La representación en forma de tabla del resultado de la función lógica para cada uno de los posibles valores de entrada recibe el nombre de tabla de verdad del circuito.
b) ¿Qué es el término canónico de una función?
2. Obtén la tabla de verdad y la expresión algebraica de la función:
1. Contesta preguntas:
a
las
siguientes
a) ¿Qué entendemos por lógica?
c) ¿Cómo podemos definir minterm? 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.
La tabla de verdad es:
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.
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c
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:
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ba
s = d a + d cb + dcb + dcb + cba
dc
00
00
1
10
11
01
1
1 1
11
1
1 00 1
ba
1
Función Y: y = a
11
01
00
10
1
1
1
1
1
1
1
1
11
01
Función V: v = cb + ba + cba
1
01
1 1
z=a
1
1
1
Z:
1
ba
10
Función
11
1
0
11
0
01
1 10
c
10
1
1
01
00
00
c
10
dc
ba
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 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.
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La función lógica es: F = (
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
Los parámetros más importantes del 7447 son:
6. Dibuja el esquema eléctrico correspondiente a las siguientes funciones lógicas: S = [( c + b + a ) + ( c b)] (b + a ) Y = ( b + a )(c + a ) Circuito de la función S:
Circuito de la función Y:
7. Consulta la hoja de características de un decodificador 7448 y compárala con el 7447. ¿Cuáles son las diferencias fundamentales?
Los parámetros fundamentales del 7448 son:
La tabla del 7447:
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9. Analiza el funcionamiento codificador 74148. Las diferencias están en VIL e IoL, entre otras. 8. Busca la hoja de características de 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.
del
a) Busca la tabla de verdad del circuito integrado en Internet. 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:
Su tabla de verdad es:
b) El montaje del circuito a comprobar es el
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ambos circuitos?
siguiente:
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:
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. 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
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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. 2.30, 2.31 y 2.32):
Es un decodificador con tres entradas y ocho salidas; también puede actuar como demultiplexor.
Test de repaso
Fig. 2.30: F = (C + D) · (AB) = ABC + ABD
1. a)
A
B
C
D
F
2. d)
0
0
0
0
0
3. a)
0
0
0
1
0
4. b)
0
0
1
0
0
5. d)
0
0
1
1
0
6. b)
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
7. d) 8. c) 9. a) 10. a) 11. d)
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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
Fig. 2.31:
F = A · (B + C)
F = AB + CD
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 + C
Fig. 2.32: F = ( C + CB ) + B A = C (C + B ) + B A =
F = A + B + C D + CD
= 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
2. Obtener el esquema lógico de cada una de las siguientes funciones:
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Simplificar expresiones lógicas mediante diferentes métodos 3. Un motor es controlado mediante tres pulsadores: A, B y C. Las condiciones de funcionamiento del motor son las siguientes: •
Si se pulsan los tres pulsadores el motor se activa.
•
Si se pulsan dos pulsadores
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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:
4. Dibujar los esquemas del punto 1 utilizando la simbología según norma ANSI / IEEE 91-1984. Circuito 1:
•
Tabla de verdad de funcionamiento del circuito.
•
Función lógica del circuito simplificada por Karnaugh.
D
•
Esquema eléctrico del circuito.
B
C
A
La tabla de verdad es: Circuito 2:
A
B
C
L
M
0
0
0
0
0
C
0
0
1
1
0
B
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
La función lógica es: L= A BC + ABC + ABC + A BC + A BC + ABC
M = ABC + A BC + ABC + ABC La función simplificada:
L = A ⊕ B + A BC + ABC M = C ( A ⊕ B ) + AB
Electrónica - GM
A
Circuito 3: C B
A
5. 5. Diseñar un sistema combinacional para el encendido automático de la luz del aula. Para ello contamos con tres sensores, A, B y C, regulados cada uno de ellos para una determinada cantidad de luz, y un detector de presencia. El
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funcionamiento de los sensores es el siguiente: a) Detecta desde la oscuridad total hasta un 20% de iluminación natural. b) Detecta desde el 20 % hasta el 60 %.
S = db + da = d (b + a ) El mapa de Karnaugh será el siguiente: ba dc
00
c) Detecta la cantidad de luz desde el 60 % hasta el 100%.
00
La luz del aula debe encenderse cuando está activado el detector de presencia, y los sensores A o B.
10
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.
•
La tabla de verdad del circuito nos quedara de la siguiente manera:
D
C
B
A
S
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
•
La función Karnaugh:
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11
10
11
01
1
1
1
1 1
1
01
•
El esquema eléctrico del circuito:
•
Los integrados necesarios para realizar el montaje son un 7432 y un 7408.
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.
simplificada
por
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 – 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 – 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.
¿Pertenecen a la lógica?, ¿cuál es?
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
tensión misma
de
familia
La hoja de características de estos circuitos es la siguiente:
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 2.33, correspondiente al chip 7485 en un simulador, y comprueba su funcionamiento.
El montaje en el simulador digital queda de la siguiente manera: a) 74147 es un codificador decimal o BCD (de 10 líneas a 4) y el 74148 es un codificador 8 a 3. b) Ambos son prioritarios a la línea de mayor peso. 11. Busca la hoja de características de los c. i. 74147 y 74148. Responde
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c) Utilizan lógica negativa en las líneas de entrada y en las salidas.
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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
d) Su tensión es de 5 V, ya que pertenecen a la familia TTL. 12. En la Figura 2.34 tienes el circuito integrado 74151. Completa su tabla de verdad a partir de los datos obtenidos en la hoja de características del mismo. 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: 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?
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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
cinco
El esquema sobre una placa BOARD:
c) Decodificadores binarios son aquellos circuitos que trabajan con números codificados en binario en su entrada. Decodificadores decodificadores códigos distintos una determinada
especiales son aquellos capaces de descifrar del binario y proporcionar 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?
Los parámetros más importantes son:
c) Cita dos ejemplos de posibles aplicaciones que podrías realizar con este integrado. 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:
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Unidad 3. 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 3.18 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:
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•
D con puertas: 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.
•
•
•
RS síncrono por nivel:
D síncrono por nivel:
D sincronizado por flanco de subida:
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 – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
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).
8. ¿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.
El esquema del circuito es: 9. Dibuja el esquema del circuito que realiza esta división. El esquema del circuito es el siguiente: U5 XFG1
2.5 V
U1
U2
SET J
SET
El esquema del circuito en NI MULTISIM es:
U4
SET
SET
Q
J
Q
J
Q
J
CLK
CLK
CLK
CLK
K
~Q RESET
K
~Q RESET
K
~Q RESET
K
JK_FF
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.
U3
JK_FF
JK_FF
Q
~Q RESET JK_FF
VCC 5V
10. 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.
Las señales vistas en el analizador lógico son las siguientes:
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:
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6. b) 7. b) 8. a) 9. b) 10. a) 11. a)
11. 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:
Comprueba tu aprendizaje Representar los circuitos secuenciales mediante la 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:
Test de repaso
b) Biestable RS síncrono por los flancos de bajada:
1. b) 2. a) 3. a) 4. c) 5. a)
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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
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.
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.
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.
La tabla corresponde a un biestable JK síncrono que cambia de valor en los flancos
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los
siguientes
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e)
f)
g)
a)
Verificar el funcionamiento de los circuitos secuenciales
b)
5. Completa el diagrama de tiempos del circuito de la Figura 3.48 y explica de qué tipo de circuito se trata, en función de su esquema eléctrico.
c)
d)
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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.
El circuito es un contador.
El esquema del circuito es:
1
2
3
4
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
SET
Q
J
Q
J
CLK
CLK
CLK
K
~Q RESET
K
~Q RESET
K
JK_FF
JK_FF
Q
~Q RESET JK_FF
Su diagrama de tiempos es: 8. Realiza el montaje en una placa BOARD del circuito propuesto en el ejercicio 6 y comprueba, conectando un osciloscopio en la salida del
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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: b) En el display podemos ver la secuencia de cuenta del circuito:
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).
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 3.41 y 3.44. 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 3.41:
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. a) La simulación del circuito es la siguiente:
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El circuito de la Figura 3.44: no podemos simular adecuadamente las señales J y K en el ordenador. Sería más conveniente montarlo físicamente en una placa BOARD. 11. Monta en el simulador el circuito de la Figura 3.42. 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 4. Componentes pasivos Actividades 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 % Valor máximo
Resistencias a) 34 000 Ω
Valor mínimo
35 700 Ω
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.
RP1
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. a) 10K b) 1R4 c) R56 d) 2 000K.
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Serie
Paralelo
R3
RP2
R6
6. Calcula la resistencia equivalente del circuito de la siguiente figura, teniendo en cuenta que todas las R valen 2k2. Monta el circuito en un simulador y comprueba el valor que te da.
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almacenamiento de energía, aplanamiento de ondulaciones, acoplamiento de señales. Suelen estar en placas base de ordenadores, fuentes de alimentación, filtros paso bajo, etc. 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 como filtros de baja frecuencia,
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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. c) Voltaje máximo que aguantan
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(según modelo).
d) 1 µF.
d) Dieléctrico que utilizan.
e) 1 000 µF.
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. b) Para el modelo WIMA SMD-PEN 1812 el rango de capacidades es: desde 1 000 pF hasta 6 800 pF.
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.
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 4.49?
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 4.50.
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Test de repaso 1. b)
1 1 1 = + = 0,5C0 , C C 0 C0
1 1 1 = + = 0,5C0 C C 0 C0
Cab = 2C0 14. En un sistema de alarma que se va a montar en una zona muy calurosa, 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.
Elegiríamos el condensador 2, ya que el 1 no soporta como tensión máxima los 12 V. Por las condiciones de temperatura y el valor de la capacidad valdrían los dos.
2. Cita alguna aplicación en la que se utilicen resistores de tipo especial, como los LDR, PTC, etc. El LDR o fotorresistencia es un elemento muy
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útil para aplicaciones en circuitos donde se necesita detectar la ausencia de luz de día: •
•
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.
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 4.57:
b) ¿Cuál es la tolerancia del resistor? c) ¿Cuál es la tensión máxima a la que podría trabajar el resistor en corriente continua? d) ¿Sería adecuado para colocarlo en un sistema que tiene que soportar temperaturas de 175 ºC? ¿Por qué? e) ¿Cuál es la potencia máxima que es capaz de disipar en las condiciones de funcionamiento descritas en la hoja? ¿Cuáles son estas condiciones? 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 4.58 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.
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El fabricante explica en la hoja de características cómo es el código de marcado que utiliza:
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Utilizar los códigos de marcado 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
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.
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. a) La capacidad del condensador es 33 · 107 pF.
6. Identifica por el código de colores los resistores que tienes en esta fotografía:
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.
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De izquierda a derecha: • • • • •
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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.
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•
marrón, rojo, verde, oro: 120 K ± 5 % Ω.
7. A lo largo de esta unidad hemos visto cómo se marcan los resistores 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.
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.
•
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
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1,5·3 12·12 = 1 + 2 = 3; R = =6 Ω 1,5 + 3 12 + 12
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1 1 1 1 1+1+ 2 4 = ; RT = 1,5 Ω = + + = RT 6 6 3 6 6 b) RT=
6·24 144 = = 4,8 ; RT = 4,8 Ω 6 + 24 30
11. Haz una lista de aplicaciones de los principales tipos de resistores que has visto en la unidad. 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.
C = 1 + 1 = 2 µF
1 1 1 1 3 + 2 +1 = + + = = 1 µF CT 2 3 6 6 CT =1 µF; CT = 1 · 10-6 F
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. 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. 13. Calcula la capacidad equivalente de la asociación de condensadores dada en la figura:
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Unidad 5. Componentes electrónicos activos Actividades 1. ¿Es posible que se encienda la lámpara en el circuito de la siguiente figura? Justifica tu respuesta. Los valores máximos que soporta el diodo 1N4148 son los siguientes: No es posible que se encienda la lámpara porque D2 quedaría polarizado en inverso y no pasaría la corriente. 2. Busca los parámetros fundamentales, desde el punto de vista eléctrico, consultando las hojas de características, de los diodos 1N3892 y 1N4148. Las características del diodo 1N3892, tanto físicas (encapsulado, dimensiones, etc.) como eléctricas, se muestran en las siguientes imágenes: Sus características eléctricas son:
3. Contesta a las siguientes cuestiones sobre el diodo 50SQ080 (fabricante Vishay), consultando su hoja de características. a) Tipo de diodo. b) Tiempo de conmutación. c) Valor de la tensión en directo.
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d) Valor de la tensión inversa. e) Máxima soportar.
corriente
que
puede Diodos
f) Tipo de encapsulado que lleva. g) Posibles aplicaciones. a) Se trata de un diodo Schtokky. b) Está pensado para trabajar en alta frecuencia, por lo que el tiempo de conmutación será muy pequeño (del orden de microsegundos).
Existen diodos como los de la actividad anterior, de tipo rectificador.
f) Tipo de encapsulado que lleva:
6. 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
g) Se utiliza en aplicaciones de rectificación en alta frecuencia, en paneles solares, etc.
La hoja de 1N4148:
del
modelo
c) Valor de la tensión en directo: 0.52 V. d) Valor de la tensión inversa: 80 V. e) Máxima corriente que puede soportar en funcionamiento normal: 5 A.
características
4. Identifica en los siguientes circuitos con placa BOARD los diodos e indica de qué tipo son: Diodos rectificadores
Diodo zener
Diodo varicap Diodo LED
5. 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 potencia, mientras que el segundo es un diodo para pequeña señal. 7. Un transistor bipolar del tipo NPN con β = 100, se conecta a una pila de 30 V de la siguiente manera: el
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colector se conecta al terminal positivo de la pila a través de una resistencia de 330 kΩ. La base también se conecta al mismo terminal positivo de la pila a través de una resistencia de 560 kΩ. El emisor se conecta directamente al terminal negativo de la pila. Calcula la tensión entre colector y emisor.
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 =
siguiente placa de un ordenador:
Transistores
10. 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:
máximos
de
30 − 0, 7 = 0, 052mA 560
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
8. En la figura siguiente se muestra el circuito de polarización de un transistor bipolar.
Determina los valores de VCE, IC, e IB. Para calcular la tensión VCE necesitamos la IB 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 =
11. 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:
5 − 0, 7 = 0, 013mA 310
2·I C + VCE = 100 Suponiendo β =100 I C = β I b = 1,3mA
Potencia máxima: 115 W.
VCE = 10 − 2·I C = 10 − 2, 6 = 7, 4V
Temperatura máxima de la unión: 200 ºC. Valor de dado por la siguiente tabla:
9. Identifica los transistores en la
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Comprueba tu aprendizaje 12. 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 de transistor se trata).
Identificar los parámetros y características fundamentales de los componentes electrónicos activos 1. Explica la diferencia entre polarización directa e inversa de un diodo. 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.
Disposición de los terminales:
2. ¿A que tensión de polarización directa comienzan a conducir los diodos de Si? ¿y los de Ge? Los diodos de germanio comienzan a conducir a una tensión de 0,2 V y los de silicio a 0,7 V.
Las hojas de características se pueden obtener en el siguiente enlace web: http://www.datasheetcatalog.net/
Test de repaso 1. d) 2. d) 3. a)
3. Busca y explica las características de los diodos LED. 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. a) 5. b) 6. a) 7. b) 8. b) 9. b) 10. c)
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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.
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La resistencia que observemos debe ser muy baja, puesto que está polarizado directamente y conduce. En este caso, el transistor está bien.
parámetros más importantes.
Si, al contrario, se invierte la posición, y tenemos polarizado el transistor 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
LED
Varicap
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?
Tiristor
Diodo rectificador
Las diferencias se encuentran en su funcionamiento: los diodos LED emitirán luz, no siendo así en el caso del diodo rectificador.
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
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Diodos LED
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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 más adecuada para realizar tales medidas. El montaje del circuito de la figura en un simulador:
XMM1
Los diodos que se iluminan están rodeados con círculos rojos.
3
R2 90 Ω Q1 2
10. Calcula los parámetros fundamentales del transistor (transistor BC547) de la siguiente figura, aplicando las fórmulas estudiadas en esta Unidad (los datos que faltan se incluyen en la hoja de características).
XMM2
4
R1
5 1
V1 5V
108kΩ BC547BP V2 5V
0
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 los datos del transistor, localízalos en su hoja de características.
VCE = VCB + VBE IB =
VE − VBE = 4,99 mA RB
IC = β · IB = 100 · 4,99 = 499 mA 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 = 0,1107 mA 102 = 12 − 102·0,1107 = 0, 7V
IB = VCE
I C = 11, 07 mA
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El montaje y la lectura de los aparatos:
diodo? esto?
¿Por
qué
está
ocurriendo
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
LED1
El montaje del circuito en el simulador es el siguiente:
R1
3
2
1kΩ
1
V1 12 V
LED1 R1
2
1
1kΩ
0
V1 12 V
El valor de la intensidad que marca es el siguiente:
0
Contesta ahora preguntas:
a
las
siguientes
a) ¿Luce el diodo? 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) Al cambiar el valor de la resistencia, el circuito nos queda de la siguiente manera:
c) Cambia la resistencia del circuito por una de 100 kΩ. ¿Funciona el
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XMM1
LED1 R1
2
3
100kΩ
1
V1 12 V
0
El valor de la intensidad en este caso es:
El primer montaje: LED1 D1
R1
1
2
4
220 Ω
1N4001GP
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:
0
El diodo LED funciona correctamente al estar ambos diodos en directo. El segundo montaje: LED1
12 − 2, 2 Rmax = = 980Ω 10 12 − 2, 2 = 490Ω Rmin = 20
D1 1
1N4001GP
Electrónica - GM
2
4
220 Ω V1 12 V
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 cuál de los dos luce el diodo LED y explica razonadamente por qué en uno de ellos no funciona.
R1
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 en telecomunicaciones de los diodos, los transistores y los tiristores. 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
6.
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:
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2. En un circuito rectificador de doble onda como el que acabamos de estudiar se rompe 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
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osciloscopio y se ha obtenido la siguiente forma de onda en la pantalla (Fig. 6.14):
siguiente:
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:
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
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Amax
20 = 14 ,14V 2 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. La frecuencia es la inversa a este valor: Aef =
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=
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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
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 =
El puente de diodos se podría comprar integrado o realizar con diodos 1N4001. 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. 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. La tensión de rizado se calcula aplicando la fórmula:
7. Calcula la frecuencia de corte para un filtro RC con los siguientes valores: a) Resistencia de condensador de 100 mF.
I 100 ·10 = = 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 del mecanismo de apertura de la puerta de un garaje. Ten en cuenta que la fuente está
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Ωy Ω
y
c) Resistencia de 2 KΩ Ω y condensador de 100 nF. a)
fc =
b)
1 1 = = 62 ,83 Hz 2π RC 2π 100 ·100 ·10 − 3
fc =
1 1 = = 3,97 Hz 2πRC 2π 200 ·100 ·10 − 6
c)
−3
Vo =
100
b) Resistencia de 200 condensador de 200 µF.
I Vo = fC
Sustituyendo los valores obtenemos:
I 100 ·10 − 3 = = 1, 66 V fC 100 ·600 ·10 − 6
fc =
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 componentes podríamos utilizar para tal fin?, ¿cuál crees que sería el más adecuado?
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Un posible esquema para el circuito que se nos pide es el siguiente: C2 V1 1V 1kHz 0Deg
Key = A 50% 1uF
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.
según los esquemas que hemos visto a lo largo 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
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 =
1 1 = = 0, 79 Hz 3 2π RC 2π ·2·10 ·100·10−6
Bobinas Condensadores
10. Los filtros paso banda también se pueden hacer uniendo un filtro paso bajo y un filtro paso alto, como el esquema mostrado a continuación:
Frecuencia de corte superior
fc =
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:
a) Identifica cada uno de los filtros
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1 1 = = 159,15 Hz 2π RC 2π 1·103 ·1·10−6
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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).
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 que debemos seguir 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 mirando las hojas de características e intenta buscar el más adecuado para que, ante la señal de entrada que proponemos, funcione correctamente. c) ¿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. d) ¿Qué tipo de máximo, eficaz, realizando?
medida (valor etc.) estarías
Es prácticamente como la tensión continua que proporciona una batería. c) El circuito funciona correctamente. d) y e) 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. f) La relación que existe con el valor de la señal visualizada en el osciloscopio es de:
Aef =
e) ¿Se parece a la señal que mides en el osciloscopio? f) ¿Qué relación existe entre ambas?
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Amax 2
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Test de repaso 1. a) 2. d) 3. a) 4. b) 5. b) 6. c)
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.
7. a) 8. a) 9. a) 10. a) 11. a)
Comprueba tu aprendizaje 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, así como 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
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a) Rectificador de media onda. Los componentes utilizados son: transformador, diodo y resistencia. 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
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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?
del transformador de la fuente proporciona una tensión de 48 V.
La tensión de corriente continua es la tensión eficaz multiplicada por:
a) ¿Es adecuado este modelo para el circuito propuesto? Justifica la respuesta.
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.
Consulta la hoja de características y contesta a las siguientes preguntas:
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:
a) Filtro paso bajo. b) Filtro paso alto. 5. El componente de la figura es un rectificador integrado. Corresponde al modelo 005S:
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
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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.
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La señal que se obtiene en el osciloscopio es:
Los mandos deben estar configurados igual que en la Actividad 6.
Montar o simular circuitos analógicos básicos: rectificadores y filtros. 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:
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 Tektronix
C1
XFG1
P G
1uF
1 2 3 4
T
R1 1kΩ
Explica cómo configurar los mandos del osciloscopio para realizar la medida de forma correcta.
La frecuencia de corte del filtro paso alto que estamos analizando es la siguiente:
fc =
1 1 = = 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:
La señal obtenida es la siguiente:
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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:
Pasa, sin ningún problema, por el filtro. Si la señal tiene una frecuencia de 50 Hz, la salida es:
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.
Aplicar este tipo de circuitos a situaciones reales. 10. El circuito de una fuente de alimentación utiliza un rectificador en puente de diodos y un condensador de 100 µF actuando como filtro. Basándote en el circuito del Caso práctico 5, realiza las siguientes operaciones:
El primer circuito a simular es el siguiente:
•
Realiza la simulación en el ordenador del circuito que se propone. Utiliza a la entrada un generador de señales, con una frecuencia de 50 Hz y una amplitud de señal de 325 V de pico, para simular la señal de la red eléctrica.
•
Añade en paralelo a la resistencia un condensador como el propuesto en el enunciado del ejercicio.
•
Comprueba la señal de salida del circuito conectando un osciloscopio en los extremos del condensador.
•
Vamos a simular una avería en el filtro. Para ello, vamos a suponer dos casos:
XFG1
2
D1
3
1B4B42
4
1
XSC1 C1 1nF
R1 1kΩ
Tektronix P G
1 2 3 4
T
La señal obtenida a la salida es la siguiente:
El condensador no es capaz de obtener la envolvente de la señal. Si cambiamos el
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-
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El
condensador
se
ha
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cortocircuitado (sustitúyelo por un cable). ¿Qué ocurre con la señal de salida? ¿Cuál es el efecto que produce esta avería en el circuito? Explica la respuesta. -
El condensador se ha roto y se encuentra en circuito abierto (para simularlo debes quitarlo del circuito). ¿Qué ocurre ahora en la señal que se mide en la resistencia con el osciloscopio?
-
Cambia el condensador por un valor 10 veces menor y por un valor 10 veces mayor. Explica qué sucede con la salida en cada caso.
•
•
La simulación de una avería en el filtro: XSC1 Tektronix P G
El circuito es el siguiente:
V1 325 V 50 Hz 0Deg
XSC1
1 2 3 4
T
T1
TS_MISC_VIRTUAL
R1 65 Ω
Tektronix P G
1 2 3 4
T
T1
V1 325 V 50 Hz 0Deg
TS_MISC_VIRTUAL
R1 65 Ω
La señal visualizada es: La señal vista en el osciloscopio es:
En la señal que se mide en la resistencia con el osciloscopio, en circuito abierto, ocurre lo mismo que en la señal obtenida en el primer apartado.
•
La señal de salida del circuito conectando un osciloscopio en los extremos del condensador:
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El valor del condensador es 10 veces mayor: El condensador es capaz de obtener la envolvente de la onda rectificada, y por tanto, obtenemos una buena continua.
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El valor del condensador es 10 veces menor: El condensador no es capaz de obtener la envolvente de la onda rectificada, y por tanto, no obtenemos una buena continua.
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Unidad 7. Fuentes de alimentación Actividades 1. Identifica los componentes de una fuente de alimentación estudiados hasta ahora en la Figura 7.1 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 6, están compuestos por diodos semiconductores. 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.
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2. Identifica los componentes estudiados hasta ahora en la fuente de alimentación del siguiente esquema:
La fuente de alimentación del esquema 7.2. 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 7.3:
Condensador electrolítico
Transformador Condensadores 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. 5. Elige el diodo para una fuente de alimentación estabilizada como la de la Figura 7.11 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. 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) Diodos de doble onda con toma intermedia. b) Un condensador electrolítico de 20 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.
muestra la Figura 7.15. 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.
El regulador es válido porque su máxima tensión es de 25 V, y por tanto, soporta esta tensión. 8. Realiza las siguientes tareas: a) Identifica cada uno de elementos de la Figura 7.15.
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
Puente de diodos
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.
Resistencia de carga
b) La hoja de características del regulador 7818 es:
7. En un ordenador portátil tenemos la fuente de alimentación que
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Condensador electrolítico
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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. c) La hoja de características del regulador 7809 es:
•
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.
10. Explica, respecto al circuito de la Figura 7.21: 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 7.15.
•
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 6, están compuestos por diodos semiconductores. Estos elementos son el puente de diodos.
•
Filtro paso bajo: se ocupa de convertir la tensión pulsante obtenida
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a) La función de cada uno de los componentes de la fuente de alimentación. b) La tensión transformador.
de
salida
del
c) La tensión de salida de la fuente con este regulador.
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.
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b) La tensión de salida del transformador es de 18 V. c) La tensión de salida de la fuente con este regulador es de 16 V.
5. b) 6. a) 7. d) 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. 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.
Test de repaso 1. a) 2. c) 3. a) 4. d)
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U2
T1
LM7805CT LINE VOLTAGE
Puente de diodos
VREG
50%
COMMON
TS_MISC_VIRTUAL
Salida
C1
C2
220uF
47pF
C3 10uF
R2
1kΩ
3. Identifica en las siguientes fuentes de alimentación, cada uno de los componentes: Transistor
Diodo
Condensador electrolítico
Regulador Diodo salida
LED,
Puente de diodos Condensador electrolítico
Fusible
Condensadores electrolíticos de otra fuente
De los circuitos
Condensador electrolítico de una fuente
2. Dada la siguiente fuente de alimentación, identifica cada uno de los componentes y realiza el esquema a partir de ella:
Describir el funcionamiento de los siguientes bloques 4. Dados los bloques siguientes de una fuente de alimentación, describe su funcionamiento e indica de qué circuito se trata en cada caso.
Resistencia
Condensador cerámico
Condensador electrolítico Regulador
El esquema de esta fuente de alimentación:
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Describir las diferencias entre fuentes lineales y conmutadas 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 6, están compuestos por diodos semiconductores.
•
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).
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.
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Electrónica – Grado medio. McGraw-Hill © 2010
•
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.
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:
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. La mayoría de las fuentes utilizan un circuito para operar desde 90 a 132 Vac (tensión de 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.
a) Fuente de alimentación lineal
•
El tercer bloque rectifica y filtra la salida de alta frecuencia del bloque anterior, entregando así una corriente continua pura.
Describir las aplicaciones reales de cada tipo de fuente de alimentación
•
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.
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b) Fuente de alimentación conmutada. El análisis de las fuentes se ha hecho en la actividad anterior.
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
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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
La salida de la fuente: 5 voltios.
U2 LM7805CT
T1
LINE VOLTAGE
C5
VREG
R1
COMMON
180 Ω
10nF TS_PQ4_10
C1
C2
220uF
47pF
C3 10uF
D2
La figura muestra cómo deberían conectarse los diferentes elementos. Es una simulación, por lo que deberíamos visualizar la señal en el montaje real con los componentes físicos, y sobre esa señal medir el rizado. La señal que se ve en el osciloscopio del simulador presenta el siguiente aspecto:
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 diodos, etc. 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.
Como podemos observar, está estabilizada en 5 voltios, y no presenta rizado, debido al regulador.
Veremos un interruptor general (no siempre), fusibles, un condensador electrolítico de gran tamaño, puentes de diodos, etc.
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.
13. Comprueba, del ejercicio anterior, cada uno de los componentes que forman la fuente de alimentación, paso a paso, para verificar su correcto funcionamiento.
Podemos observar los valores de ambos niveles de tensión en la captura de pantalla del simulador.
Este ejercicio lo tienen que realizar los alumnos en el aula. 14. Detalla cuáles son los componentes de una fuente de alimentación y haz una lista de las posibles disfunciones que podría sufrir cada uno de ellos como, por
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ejemplo, que resistencias, etc.
se
Los componentes alimentación son:
de
quemen una
fuente
las de
•
Transformador. Su posible disfunción es la rotura en el bobinado, por lo que dejaría de funcionar.
•
Rectificador con diodos. Las posibles disfunciones de los diodos: se pueden quemar por el exceso de corriente. Están en el circuito abierto o en el corto; para ello, hay que medir.
•
Filtro con condensador. Sus posibles disfunciones: si es un electrolítico, puede quemarse por mala conexión de polarización. Para evitarlo, el electrolito tiene que estar seco.
•
Estabilizador con regulador. Las posibles disfunciones: no le llega la corriente o se quema por el exceso de ella.
•
Fusible. La posible disfunción: rotura del fusible.
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Unidad 8. Circuitos amplificadores Actividades
R4 1kΩ
XMM1 U1
R2
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 =
Vs 1 = = 50 . Ve 0,02
1kΩ
V1
R1
12 V 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:
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 3. 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.
La diferencia con el sumador es la colocación de las resistencias para las entradas:
Un posible esquema de un circuito restador es el siguiente:
4. Analiza el funcionamiento del circuito de la Figura 8.20 mediante una simulación. ¿De qué circuito se trata? La simulación del circuito en el ordenador:
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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? f) ¿Cuál es la tensión máxima de alimentación para el circuito integrado?
La simulación del circuito: V1
14 V
XSC1 7
1
5
U1
3
Ext T rig +
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:
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. 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. 5. Consulta la hoja de características del amplificador integrado TDA 1011 y contesta a las siguientes preguntas sobre este circuito integrado:
Test de repaso
a) ¿Para que se utiliza este circuito?
1. a)
b) ¿Qué valores de potencia podemos obtener a su salida?
2. b)
c) ¿En qué tipo de encapsulado lo podemos encontrar? d) ¿Necesita ser conectado a un refrigerador?
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3. c) 4. c) 5. c)
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6. d)
Gi =
7. c)
Is 0,5 = = 100 . I e 0,005
c) La potencia a la salida es:
8. c)
Ps = Is · Vs = 0,5 · 10 = 5 W.
9. a)
El valor de la ganancia de potencia es: Pe = Ve · Ie = 0,01 · 0,005 = 0,00005 W. G=
Comprueba tu aprendizaje Identificar los principales parámetros de un amplificador 1. El circuito de la Figura 8.34 representa un amplificador de un equipo de sonido.
d) Los valores de las ganancias en decibelios son: Gv = 20 · log 1 000 = 60 dB. 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: a) ¿Qué valor tiene la ganancia de tensión? b) ¿Qué valor tiene la ganancia de intensidad? c) ¿Qué potencia tenemos a la salida? ¿Qué valor tiene la ganancia de potencia?
2. Simula en el ordenador el circuito de la siguiente figura. Coloca un amperímetro para medir la intensidad del colector. Mide con el voltímetro la tensión que hay entre el colector y el emisor. ¿En qué zona estaría trabajando el transistor en función de los valores que has medido?
e) Calcula las impedancias de entrada y salida del amplificador. a) La ganancia de tensión es:
Vs 10 = = 1000 . Ve 0,01
b) La ganancia de intensidad es:
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Ve V = 2 Ω; Zs = s = 20 Ω. Ie Is
Describir el funcionamiento de los amplificadores con transistores
d) Expresa todos los valores de las ganancias en decibelios.
Gv =
Ps 5 = = 100000 . Pe 0,00005
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de trabajo del transistor (VCE e IC). El circuito simulado es el siguiente:
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 XSC1
30 V
XFG1 Ext T rig +
R3 10kΩ
_
R5
R1
10kΩ
Q1
C1 1uF
B
A
C3
+
_
+
_
1kΩ
1uF
BC547BP
R2 10kΩ
R4 10kΩ
C2 1uF
Según los valores obtenidos, el transistor está trabajando en zona activa. 3. Simula en el siguiente circuito:
ordenador
La señal que se obtiene en el osciloscopio es:
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).
b) La señal de salida tiene una amplitud de 110 mV pico a pico. La ganancia del amplificador será: G = 110/10 =11. c) La tensión colector emisor es:
Realiza las siguientes operaciones: a) Introduce una señal (Vbb) senoidal de frecuencia 1 kHz y 10 mVp de amplitud. Visualiza la señal que hay en la carga con el osciloscopio y anota sus valores. b) Calcula la ganancia del amplificador con los datos obtenidos en el apartado anterior.
La intensidad de colector será:
c) Mide con un multímetro el punto
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XSC1 V1
30 V
Tektronix
XFG1
P G
R2
1 2 3 4
T
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 8.38:
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 = 12 V).
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 anterior una ganancia de 10, ¿cómo habría que modificar el mismo para conseguirlo? Justifica la respuesta. 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.
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:
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.
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A
continuación
tienes
un
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fragmento de la características del operacional.
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. Contesta a las siguientes cuestiones:
a) El circuito simulado es el siguiente:
a) ¿Cuál es la tensión de alimentación para la que se han obtenido los parámetros del amplificador? 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 partir de qué parámetro podrías realizar los cálculos?
V1 12 V
R3 R2
1kΩ
1kΩ
7
1
5
U1
3 6 2
C1
XSC2 4
22nF
741
R1
Tektronix
22kΩ P G
1 2 3 4
T
V2 12 V
Se trata de un oscilador. b) La pantalla de la señal obtenida es la siguiente:
a) La tensión de alimentación es ±15 V. 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. Los cálculos se pueden realizar a partir de la tensión.
Nos da una señal de 22,2 V pico a pico y con una frecuencia de 877 Hz.
7. El siguiente circuito corresponde a una aplicación no lineal de los amplificadores operacionales:
8. Simula el siguiente circuito analiza su funcionamiento:
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y
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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: 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?
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:
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: XFG1
V1
XSC1
12 V 7
1
5
Ext Trig +
U1
_ B
A
3 +
_
+
_
6 2
4
741
D1 BY228
R1 1kΩ
V2 12 V
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:
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Unidad 9. Sistemas electrónicos de potencia Corriente de mantenimiento
Actividades 1. Identifica los SCR en la siguiente placa (Fig. 9.11):
Los SRC están marcados con flechas. 2. Analiza la hoja de características de un SCR CS18B y explica cada uno de los parámetros eléctricos. Su hoja de características es:
Corriente de puerta Tensión de puerta
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3. Dado el circuito de la Figura 9.12, donde se muestra un circuito de control de potencia de una lámpara de 30 Ω, calcula el impulso que tenemos que dar en voltios para que entre en conducción el SCR a la puerta. Calcula mediante este impulso la corriente que fluye por él. Para esto, consulta la hoja de características del SCR CS18A (considera una tensión de alimentación de 200 V).
Para que el SCR entre en conducción tenemos que darle un impulso de 2 V. Consultando la hoja de características (tensión de puerta esta entre 1,6 V a 2,15
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V), una vez dado el impulso, calculamos la intensidad: I=
v 200 = = 6,6 A R 30
Como podemos ver en la hoja de características, el SCR es capaz de soportar esta intensidad. Si quitamos el impulso de la puerta, el SCR sigue funcionando; para que se desconecte es necesario disminuir la corriente de carga a un valor inferior a la corriente de mantenimiento (Ih). Según la hoja de características, este valor debe ser menor de 5 mA. 4. Analiza la hoja de características de un DIAC DB4. Especifica qué valor tiene que superar la tensión de ruptura para que entre en conducción y cuál es el valor de intensidad directa para que éste deje de funcionar. Para ello, además de analizar las características del DIAC, observa también la gráfica siguiente (Fig. 9.15):
Para que deje de funcionar el valor de la intensidad directa (ID), debe tener un valor inferior a la de mantenimiento (IBO) que, según la hoja de características, es de 50 mA. La hoja de características de este DIAC es:
5. Monta o simula el siguiente circuito (Fig. 9.20) y comprueba el estado de funcionamiento del TRIAC, consultando la hoja de características del fabricante.
El circuito simulado es el siguiente:
X1 12 V
A la vista de esta hoja de características y la gráfica del DIAC, es posible establecer el valor que debe superar la tensión de ruptura (VBO) para que entre en conducción y cuál es el valor de intensidad directa que debemos tener para que deje de funcionar el DIAC. Como podemos comprobar, hasta que no supera la tensión de ruptura (VBO), el DIAC no entra en conducción; para ello, según la hoja, tiene que superar un valor de 45 V.
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S1 R1 270Ω
V1 12 V
D2 2N6071
Key = A
S2 Key = B
El TRIAC es disparado a través del pulsador S1, y mientras esté cerrado S2, el dispositivo conduce.
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La hoja de características del componente es la siguiente:
7. Dadas las siguientes placas (Figs. 9.21 y 9.22), identifica los TRIAC. a)
b) TRIACS
8. Identifica en la siguiente placa el transistor MOSFET (Fig. 9.28): 6. Observa la hoja de características del TRIAC 2N6071B y explica los parámetros más importantes.
Hay dos transistores marcados con flechas.
Los alumnos deben ser capaces de exponer los parámetros explicados a lo largo de la unidad.
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MOSFET
-
están
9. Busca en Internet transistores unipolares y estudia los parámetros a través de sus hojas de características.
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son los MOSFET. Se trata de transistores unipolares controlados por tensión. Ello se debe al aislamiento de la puerta respecto al resto del dispositivo (óxido de silicio). Existen dos tipos básicos de MOSFET, los de canal N y los de canal P. En Electrónica de potencia los más comunes son los de canal N, porque presentan menores pérdidas y mayor velocidad • de conmutación. Se utilizan en conmutación, actuando como interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM), en microprocesadores, etc. Este componente tiene tres terminales: drenador, puerta y surtidor.
Un transistor unipolar es, por ejemplo, IRF1010E. En su hoja de características se exponen los parámetros más importantes de este transistor:
10. Explica las diferencias y semejanzas entre los transistores bipolares de potencia y los transistores unipolares.
•
•
Los transistores bipolares. Los transistores bipolares son más conocidos como transistores BJT. Básicamente se trata de interruptores de potencia controlados por la corriente. Existen dos tipos: los NPN y los PNP. Para la Electrónica de potencia los más usuales son los NPN. Se utilizan en conmutación, actuando como interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas y modulación por anchura de impulsos PWM). La estructura interna de los transistores bipolares de potencia es diferente de la de los transistores. El transistor bipolar de potencia no soporta tensiones en el sentido opuesto, ya que la elevada concentración de impurezas del emisor (elevado dopado) provoca la ruptura en bajas tensiones (de 5 a 20 V).
11. Dibuja el símbolo de un transistor bipolar de potencia y el de un transistor unipolar de potencia. El transistor unipolar:
El transistor bipolar:
12. Razona las diversas aplicaciones existentes para los transistores bipolares de potencia y para los transistores unipolares.
•
Los transistores unipolares. Uno de los tipos de los transistores unipolares
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Los transistores bipolares se utilizan en conmutación, actuando como interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas y modulación por anchura de impulsos PWM).
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•
Los transistores unipolares se utilizan en conmutación, actuando como interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM) en microprocesadores, etc.
TRIAC
DIAC
Test de repaso
SCR
1. a) 2. a) 3. b) 4. a) 5. c) 6. b) 7. c) 8. c) SCR
9. d) 10. d)
Comprueba tu aprendizaje Reconocer los sistemas electrónicos de potencia identificando los componentes 1. Dados identifica potencia.
2. En la siguiente imagen, identifica los elementos de potencia:
los siguientes circuitos, los dispositivos de
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Transistores unipolares Triacs Diodos rectificadores Diac Tiristor
3. .Identifica los elementos potencia en estas dos placas: Rectificador
de
a)
a) El montaje del circuito en el simulador es el siguiente:
b)
D2 2N1599
S1 Key = A
R4 1kΩ
V1 15 V 50 Hz 0Deg
TRIACS
Montar o simular circuitos, verificar el funcionamiento de los componentes e identificar sus características más relevantes
100nF
D3
R3
D4
100 Ω
R1
R2
1kΩ
1kΩ
Cuando cerramos el pulsador, el diodo D3 se ilumina. Si cortocircuitamos el SCR, se encienden los diodos D3 y D4 alternativamente (cada uno polarizado con una parte distinta de la onda).
4. Monta o simula los siguientes circuitos y verifica si funcionan o no los dispositivos de potencia.
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C1
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en las simulaciones son las siguientes:
D2 2N1599
SCR 2N1599. utilización:
S1
Valores
máximos
de
Key = A
R4 1kΩ
V1
D3
R3
C1
D4
100 Ω
100nF
15 V 50 Hz 0Deg
R1
R2
1kΩ
1kΩ
Con el SCR abierto, el circuito no funciona. b) El montaje del circuito es el siguiente: Características eléctricas:
R1 1kΩ
R3 1kΩ
R2 10Ω_LIN Key = A
V1
50%
D1 2N5444
15 V 50 Hz 0Deg
D5
1N5758
C1 1uF
Todos los dispositivos de potencia funcionan. c) En el circuito de este apartado el montaje para la simulación es el siguiente: X1 R1 120V_250W
V1
10Ω_LIN Key = A
110 V 50 Hz 0Deg
100%
D1
D2 2N1599
1BH62
C1 1uF
DIAC 1N5758. Los valores para sus características, obtenidos en Internet son: Con la variación del resistor variable controlamos la intensidad luminosa de la bombilla. 5. Analiza importantes potencia del las hojas fabricante.
los parámetros más de los dispositivos de Ejercicio 4, consultando de características del
Los parámetros que hay que analizar son los vistos en la teoría de la unidad. Las hojas de características de los componentes utilizados
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Utilizar los instrumentos medida adecuados
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de
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6. Utilizando el polímetro, mide la VG (tensión de puerta) del circuito a del Ejercicio 4. El montaje del circuito: D2 2N1599
XMM1
S1 Key = A
R4 1kΩ
V1 15 V 50 Hz 0Deg
C1
100nF
D3
R3
D4
100 Ω
R1
R2
1kΩ
1kΩ
a) Lo primero que haremos será colocar el
El valor del polímetro es:
7. Toma del aula taller un DIAC, un TRIAC y un SCR y mide con el polímetro para comprobar el buen o mal funcionamiento de los mismos. Este ejercicio lo tienen que realizar los alumnos en el aula, consultando la teoría de la unidad para su realización. 8. Explica cómo realizarías las medidas en estos circuitos para comprobar el tiristor: a)
b)
óhmetro o multímetro en la escala para medir la baja resistencia (R1). A continuación, uniremos el polo positivo (rojo) al cátodo del SCR, y el ánodo al cable negativo (negro). En ese momento podremos observar que la aguja del medidor señala alta resistencia (si se mueve). Entonces haremos un puente entre los terminales puerta y ánodo, lo que provocará que la aguja suba a una posición de baja resistencia: se debe conservar en ella, aunque retiremos el puente que unió estos dos terminales y suministró la señal de disparo. b) Se utiliza un polímetro con el selector en la resistencia en alta resistencia (100 kV). Conectamos el terminal positivo en el terminal ánodo 2 y el negativo en el terminal ánodo 1. Si el polímetro muestra un valor de resistencia alta, el circuito está abierto. Realizamos la misma medida, pero ahora con el polímetro en una resistencia baja; ahora debe mostrarse una resistencia baja. Si se cumple todo esto, el TRIAC se halla en el perfecto estado.
Utilizar las aplicaciones reales de los sistemas de alimentación controlados 9. Busca en Internet aplicaciones de los transistores unipolares. Los transistores unipolares se utilizan en
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la regulación de la potencia en corriente alterna, el control de motores universales, el control de la iluminación en CA, el control de la temperatura, el relé estático, etc.
conmutación, actuando como interruptores (control de relés, fuentes de alimentación conmutadas, control de lámparas, modulación por anchura de impulsos PWM) y en microprocesadores, entre otros usos.
• 10. Localiza también en Internet aplicaciones actuales de los convertidores continua-continua y de los convertidores alterna-alterna.
•
•
Los convertidores continua-continua se utilizan en las fuentes de alimentación continuas conmutadas y en las aplicaciones de accionamiento de motores. Los convertidores de corriente continua-corriente continua son circuitos que transforman una tensión continua (por lo general, no regulada) en otra también continua y regulada. Los convertidores alterna-alterna. Las aplicaciones más comunes de este tipo de reguladores son: el calentamiento industrial (control de temperatura), las instalaciones fotovoltaicas, el control de intensidad luminosa en lámparas incandescentes, el accionamiento de motores de CA, el arranque suave de motores de inducción, la compensación de energía reactiva y el control de transformadores.
12. Busca en Internet aplicaciones para los diodos de elevada potencia y de los diodos Schottky.
•
Los diodos Schottky se utilizan cuando se necesita una caída de tensión directa muy pequeña (0,3 V) para circuitos con tensiones reducidas de salida. No soportan tensiones inversas superiores a 50 100 V. Estos diodos resultan muy útiles en los convertidores de energía solar y en los controladores de motores.
•
Los diodos de elevada potencia soportan grandes corrientes, en torno a los 3 500 - 5 000 A, y tensiones entre 600 y 1 500 V. Sus aplicaciones más frecuentes: en inversores, en accionamiento de motores y en conmutación a altas frecuencias.
11. Enumera las aplicaciones actuales buscando en la Red de los tiristores TRIAC y DIAC.
•
Los TRIAC se utilizan para el control y
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Los DIAC se utilizan para el control de la iluminación con intensidad variable, la calefacción eléctrica con regulación de temperatura y algunos controles de velocidad de motores.
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Unidad 10. Osciladores y circuitos temporizadores indica la frecuencia de salida.
Actividades
El esquema de la figura anterior: V1
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.
R1
XSC1
9V
22kΩ
X1
Ext Trig +
Q1
_ B
A +
HC-49/U_1.5MHz
_
+
_
2N2222A
C1 470pF
C2 0.1uF
R2
C3
1kΩ
150pF
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:
Amplificador transistores
con
Red de realimentación condensadores y resistencias
con
2. En el siguiente esquema eléctrico de radiocontrol, identifica el cristal de cuarzo.
Cristal de cuarzo
5. Busca en la hoja del fabricante las características de este oscilador de cuarzo de un micro:
En la siguiente hoja se pueden ver las características del oscilador:
Cristal de cuarzo
3. Monta el esquema de la figura anterior con un cristal de cuarzo e
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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.
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:
Test de repaso 1. b) 2. c) 3. c) 4. d) 5. d) 6. a) 7. b) 8. c)
a) A la vista de la señal obtenida, ¿de qué tipo de circuito se trata? b) Captura la pantalla de la señal en el osciloscopio y detalla los valores de las medidas que obtienes en dicha señal de salida. c) Explica la función del transistor R1, R2, C1, de los diodos 1N4148 y de los 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. b) Captura de la pantalla de la señal:
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9. b) 10. a) 11. b) 12. c)
Comprueba tu aprendizaje Describir los parámetros y características fundamentales de los circuitos osciladores y temporizadores Identificar los componentes, asociándolos con su símbolo, de
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los circuitos temporizadores
osciladores
y
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
Amplificador
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.
Se trata de un oscilador de desplazamiento de fase. Su esquema es:
Amplificador
Oscilador de Colpitts
Amplificador
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:
Oscilador de desplazamiento de fase
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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 12 V
R1 10kΩ
XSC1
U1
C2 0.01uF
Ext Trig + _
555_Timer
B
A +
_
+
_
R2 10kΩ
R3 10kΩ
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. V1
C1 0.1uF
R2
5V
10kΩ
La señal obtenida es:
U1
555_Timer
C1 0.01uF
C2
U2
0.01uF
S1
R1 1kΩ
Key = Space
V2 5V
El ciclo de trabajo lo fijan R1 y R2. 6. El circuito de la Figura 10.45 es un temporizador:
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)
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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).
circuito y funcionamiento:
comprueba
su
El circuito b) es un desplazamiento de fase. La frecuencia de resonancia es:
f =
1 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. 8. Calcula del ejercicio 2 a) la frecuencia de resonancia con valor de C1 = 0,01 µF y valor de L1 = 0,1 mH.
El montaje es como el de la figura; es un multivibrador monoestable. 12. Monta o simula el siguiente circuito y explica su funcionamiento:
La frecuencia de resonancia es: F=
1 c ·C 2π L( 1 2 ) C1 + C 2
=
318 KHz.
9. Del ejercicio 2 a), halla la frecuencia de resonancia con un valor de C1 = 2 µF y un valor de L1 = 33 mH.
Hemos colocado el osciloscopio en la salida del oscilador. La señal que obtenemos es la que se muestra en la figura:
La frecuencia de resonancia es: F=
1 c ·C 2π L( 1 2 ) C1 + C 2
= 482 222Hz.
Es un multivibrador astable. 10. ¿Qué diferencias observas entre los ejercicios 8 y 9? ¿Qué valor de la frecuencia de resonancia es mayor? ¿Por qué? La diferencia es que la frecuencia del ejercicio 8 es mayor porque es mayor la inductancia. 11. Monta o simula el siguiente
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Describir aplicaciones reales de los circuitos analógicos osciladores y temporizadores 13. Busca en Internet aplicaciones para telecomunicaciones de los circuitos temporizadores con el c. i. 555.
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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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