Grupo94 Fase 1

 

 

Unidad 1- Introducción a los Semiconductores Fase 1 - Presentar Solución al Problema del Circuito con Diodos y Transistores Bipolares

Grupo: 243006A_954

Entregado Por: Ferney Chavita Pinzón Código: 1116042501 Julio Cesar Jaimes Camargo Código: 1118569601 Julio Dumar Siboche Calderon Código: 1118565971 Jhon Jairo Escorcia Ramos Código: 72333201

Presentado a: JAIRO LUIS GUTIERREZ Director de Curso

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELECTRÓNICA ANÁLOGA 26 DE SEPTIEMBRE CASANARE DE 2021

 

 

INTRODUCCIÓN

En la primera unidad del curso de electrónica análoga se emplearan los principios de funcionamiento de dispositivos semiconductores como diodos y transistores bipolares para el desarrollo de sistemas electrónicos análogos mediante apropiación de conceptos con ceptos y solución a  problemas de aplicación.

 

 

El problema: Suponga que trabaja para una compañía que diseña, prueba, fabrica y comercializa instrumentos electrónicos. Su primera asignación es presentar trabajando en equipo con cuatro compañeros, una solución llamada interruptor crepuscular, el cual cu al permite automatizar el encendido y apagado de una lámpara según las condiciones de iluminación existentes, de modo tal, que esta, permanezca encendida por ejemplo durante la noche y apagada durante el día. El equipo de trabajo cuenta con 3 semanas para presentar un informe a la empresa, en él mismo, es obligatorio se evidencie una fundamentación teórica, una argumentación y la validación de la solución. Además, de ser aprobada la propuesta, se deberá realizar una implementación real y  para ello se contará con acceso a los laboratorios.

Actividades a desarrollar: Individuales:

Fundamentación Teórica. Ferney Chavita Pinzón  (Primera Semana) 

Fig. 1 Diagrama esquemático del sistema. Fuente: Autor.

 

  1.  Luego de la lectura de los recursos educativos requeridos para la unidad 1, Cada estudiante debe describir con sus propias palabras la teoría de funcionamiento del circuito anterior.

Desarrollo: Como se observa en la figura figura 1, diagrama esquemático, inicia con una corriente AC AC corriente continua a 120VAC sigue el transformador TR1 con referencia TRANS –  TRANS  –  2P2S   2P2S el cual se encarga de reducir el voltaje de corriente alterna a 9V, luego pasa pasa a los diodos D1, D2, D3, D4 con referencia 1N4004 que se encargan de rectifican la corriente alterna que viene y lo convierte en DC pulsante, luego sigue el condensador C1 “ CapCap-Eectrico” hace que la corriente sea estable, sigue el D5 “D “Diodo iodo Zener ” dicho diodo regula la corriente dependiendo a qué voltaje regula este (7V, 5V…), la RZ  RZ  “Resistencia” “Resistencia”   es la protección del Zener, seguimos con el LDR1 es una fotorresistencia que dependiendo la luminosidad del sol varia la resistencia, activa el transistor Q1, al hacerlo deja ver tierra tierra y activa el relevo RL1 y por ende el D6 y alumbra el LED que puede ser una carga más alta; RV1 es un potenciómetro que varía la resistencia para variar la sensibilidad, si debe haber mucha o poca luz para activarse D6 es para protección del circuito, ya que es el relevo de la bobina para que cuando se inyecta inyecta el voltaje, ella retorna retorna un voltaje negativo a veces como una corriente inversa.

 

 

Fundamentación Teórica. Jhon Escorcia Ramos  (Primera Semana) 

Del circuito anterior podemos deducir que es un “INTERRUPTOR CREPUSCULAR”, el cual tiene una entrada de corriente alterna que debemos convertir a corriente continua para poder trabajar una fuente de alimentación a 5V de corriente directa tenemos que construir o conectar un transformador que reductor que nos va a reducir la amplitud de entrada que puede ser de 120Vrms o 220Vrms a lo que dicho transformador diga (12Vrms o 9Vrms). Es necesario que ese valor en rms se conviertan a pico; luego utilizamos un puente rectificador de diodos que su función es dejar  pasar la corriente en un solo sentido entregando una forma de onda pulsante que aún aú n no sería la onda de corriente continua, para llevar a similitud dicha onda se utiliza un filtro o capacitor en  paralelo para p ara cambiar la corriente dicha onda en rizada algo parecido a una línea recta pero con una variación que para varios dispositivos representa un ruido; a esa variación se le denomina voltaje pico pico rizado (Vppr).

Para poder obtener una onda de línea recta es necesario utilizar un diodo Zener polarizado en inversa, el cual nos permite regular voltaje en 5.1V en corriente directa; para evitar que el diodo se nos queme debido al gran flujo de corriente es necesario ne cesario colocar en serie una resistencia de Zener

 

  (Rz), el cual no puede ser muy grande para evitar se encienda ni muy pequeña para que no pase demasiada corriente que nos pueda quemar el diodo Zener.

Es necesario utilizar fotoresistor que varían su valor en función de la cantidad de luz que incide sobre su superficie; es decir cuando mayor may or sea la intensidad de luz menor será su resistencia y cuando menor sea la luz que incida sobre este mayor será su resistencia, en serie tenemos un resistor variable reóstato que genera un divisor de tensión con un voltaje necesario para crear una corriente de base que encienda o apague el transistor en su momento sin que se queme o averié el mismo, a este se le conecta un diodo Zener en serie para limitar cualquier pico que pueda irse al transistor y lo pueda dañar. En paralelo podemos encontrar un relé o relay los l os cuales son hechos en  piezas metálicas que tiene un interruptor mecánico y una bobinita, la cual hace el efecto de un imán imán y cuando pasa corriente genera un campo magnético que hace la platina cambie de un estado a otro haciendo que el led se encienda o apague en donde le llegan 5v. dicho d icho led lleva una resistencia que limita que se destruya, así como el diodo Zener.

Argumentación. (Segunda Semana).

Estudiante 1 Calcular la relación de transformación del transformador reductor teniendo como entrada en el primario 120VAC RMS y como salida en el secundario de 9VAC o 12VAC. Calcule también cuál sería la inductancia del primario Lp en el transformador TRAN-2P2S de Proteus para tener la salida de voltaje AC deseada.

 

 

Desarrollo Para calcular el valor de trasformación vamos a tomar los dos valores que tenemos y usamos la fórmula Vp / Vs, vamos a decir que el Vs= 9 VAC 120VAC / 9VAC = 10 La relación de transformación es de 13.33 Podemos verificar aplicando la fórmula para encontrar enco ntrar Vs

Vs= Vp*Ns/Ns

→ 

Vs =

AC ∗  .

= 9   

cómo se observa tenemos el mismo voltaje

secundario. Ahora vamos a calcular inductancia del primario en el transformador usamos la formula  =

 ( /  ) ∗     = (120/ 9) ∗ 1 = 177.7 Entonces  = 177.7 77.7 

Estudiante 2 Calcular del capacitor de filtrado del rectificador para obtener un rizado de 0.59 Vpp.

Solución: Estimamos un capacitor el cual nos de un rizado aproximado de 0.59 Vppr, usamos un capacito de 100 Miliamperios hacemos la conversión a Amperios lo cual nos da 0.1 Amperios

 = /( ∗ )  Como sabemos la intensidad se mide en Amperios y la frecuencia en Hertz en Colombia la frecuencia para una corriente Eficaz de 120 Voltios es 60 Hertz, remplazamos los valores

 = . /(.  ∗ )  =

.  ,

 

 

 

=



 



 = ,   El resultado que nos es microfaradios lo que hacemos es pararlo en anotación científica. C= 1412 Microfaradios

Estudiante 3 Calcular el valor de la resistencia limitadora Zener.

Solución Lo primero que debemos de realizar es ver el Datasheet o hoja del fabricante ver la referencia del Diodo Zener y determinar dos datos importantes el Vz y Izmax para el modelo 4N4733A, su Vz= 5,1 voltios y una Izmax= 178mA.

Nota: Como ya sabemos la amplitud del VP= 12,7 voltios y menos la caída de tensión de los dos Diodos 1,4, esto nos da a un igual de 11,3v = Vs

Ahora calculamos la resistencia para el Diodo Zener, primero hallamos la Resistencia mínima     = ( ( − )/ )/         = ( 11,3 11,3 − 5,1) 5,1)/1 /178 78       = 6. 6.3/ 3/17 178 8  

Lo que esta dividiendo pasa a multiplicar y el numero decimal lo convertimos en fracción    =

 

∗



 



 

     =



 



    = 0, 0,03 034 48 

Arrastramos la coma tres unidades y como la unidad de media de la resistencia es Ohmio Ω      = 34,8 34,8 Ω  • Des pues calculamos la resistencia máxima, pero para ello primero debemos de saber la

Intensidad Mínima   =    ∗ 0,15 ,15    = 178 ∗ 0,1 ,15 5 = 0.0267 

Corremos la coma tres veces y como la unida de medición de intensidad es los Amperios en este caso son mA    = 26,7 26,7  

Ahora si calculamos la resistencia máxima     = ( ( − )/ )/         = (11.3 − 5.1) .1)/26.7       = 9. 9.2/ 2/26 26.7 .7  

Convertimos los números decimales en fracción y lo que esta dividiendo pasa a multiplicar    =

 

∗

. 

 

 

 

Simplificamos los numero reduzcamos los números usando el máximo común divisor 5  = 31 ∗

2

  26.7

Calculamos el producto 

   =





   =

∗



 

.

 



   = 232Ω  • Calculamos la resistencia adecuada que nos provea 70mA y 20 mA para que nos alimente

el Rele y el diodo led  =

,+ 

 

Rs= 67 Ω  Respuesta: La resistencia límite es 34.8  y la resistencia adecuada para el circuito es 67  

Estudiante 4 Calcular el valor de la resistencia limitadora del LED.

 

 

 = 5. 5.1 1    Voltaje operación = 3.6 Consumo = 20 mA

=

 −  

=

5.1 − 3.6   20 

 = 75 Ω 

Estudiante 5 Por análisis deduzca la corriente de colector “no es necesario calcularla”. Se puede deducir que la corriente que llega al colector colec tor de la flecha es 77.2 mA eso es cuando se le acerca la luz del LDR, también sucede cuando la luz se retira del LDR pasa un 5.17 v.

 

 

3. Cada participante debe presentar la simulación del circuito utilizando Proteus, Multisim o cualquier otro simulador de circuitos electrónicos en que pueda evidenciar el correcto funcionamiento del sistema y realizar las siguientes mediciones: - Voltaje RMS (Eficaz) del primario y secundario del Transformador. utilizando el voltímetro AC.

 

 

- Voltaje Pico del Primario Primario y Secundario del Transformador utilizando el osciloscopio.

 

 

- Voltaje de salida del rectificador con filtrado.

- Voltaje VBE (Voltaje Base Emisor) del BJT.

 

 

- Corriente de Colector IC del BJT.

 

 

Conclusiones   A partir del trabajo colaborativo se pudo automatizar el encendido y apagado de una

•

lámpara según las condiciones de iluminación existentes a la cual se le cono conoce ce como interruptor crepuscular.

  Se logró calcular y simular la relación de transformación del transformador reductor,

•

hallándole su inductancia, el capacitor de d e filtrado del rectificador, la resistencia limitadora de Zener, de LED y la corriente de colector.

   

 

Bibliografía

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