Saber Electronica 023

CAPACIMETRO DIGITAL

PEQUENOS MorORES DE CORRIENTE CONrlNUA

I FORMULAS

1

I

.lRlr H1VO

I~t!'trR,,"lC'

TRANSFORMADOR

1

La relación entre las tensiones da primario y secundario de un

1

transformador depende de la relación entre las espiras de los dos bobinados, la fórmula que permite hacer el cálculo es la siguiente :

I 1

V1N2 _ N1/N2

I 1

Donde:

1M

,.

1'"

18!• 1m

Vl es la tensión aplicada en el primario ('10115) V2 es la tensión obtenida en el secundario (volts) NI es el número de espiras de' primario N2 es el número de espiras del secundario

••

.,

~ II .z L -_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

~

t---- I

I

'R~~~VO

4019

CMOS

4-Po\e Double·Throw

1

~tl'~AONIC.l

oat. Selector

En esta cubierta ex isten 4 puertas selectoras ANOIOR con selección de lógica común. las cuatro salidas son controladas por la entrada Salect A y Se)ect B (SA y S8). Si SA fuera puesta a tierra, y S8 también, todas las cuatro salidas permanecen a tierra. Si SA fu era positiva. y S8 a tierra, las cuatro salidas siguen las entradas A. Si SA fuera puesta a tierra y S8 positiva, todas las salidas siguen las entrad.s B. Si SA y SN8 lueran positivas,

I I I I I

las salidas corresponderán a la fUTn lógica OR de las emradas.

I¡:¡ la-;

la: •

I~

Iz

Tiempo de propagación

(10V) (5V)

i

tV

r-u,:'7.!~';;f';;i-'ñ!-';;',

85 ns 200 ns

Corriente por cubierta

(5V) (I OV)

1,6 mA 3.2 mA

, ....105'3"2 112'"

11'

I ~------------------------~

t---I TABLAS 1

I

NOTAS MUSICALES

AR~HIVO

Damos en la labia de abajo la "Escala Crom ática Igualmente Temperada" de las notas musicales. A_LA 8. SI C.DO O.RE E.MI F_FA G.SOL

I 1

,t octava

1

I 1 I

e .10,352

I¡:¡ 1,.

.

,18! I~

C- ... 17.324 0 ... 18,354 0-=19.445 E,.. 20.60 1 F=21.826 F- _23,124 G "" 24.499 G- = 25.956 A_27.500 A- _2 9.135 B ., 30,867

2' oct.v. C _ 32,703 C- .., 34,648 0-36,708 o- _ 38,890 E_41,203 F . 43,853 F- _46.249 G _ 48.999 C-.51 .913 A_ 55,000 A·,. 58.270 B . 81.735

1::IzL-____________

I

I ItlYRON1CA

~

3' octava

C= 65.406 C- _ 69,295 0_73.416 0-.77.781 E"", 82.406 F ,. 87,307 F- = 92.499 G,..97.988 G- _1 03.82 A _ l10,OO A-.,116,54 B ... 123.47

______________

~

FORMULAS

TRANSFORMADOR

la r.'-cl6n entre la impedancia de primario Y MCUndario de un u.nsformedor depende d. la relación entre tu espUs d. 101: dos

_.-s. MIlO. la ligulonl. lónnula: Z11Z2 _ N1 21N22

Oondo:

Z1 es la Impedancia de primario (ohms) 12 la impedancIa d. secundarlo (ohm!) NI 8S el número de espiras del prlm81io N2 •• 111 número d. npiras del secundario

.s

"',

1111:

I I I

CMOS

eom..dor Rlpp" . 1 .

_"8 (divisor por 16384)

Est. conttldof cuenta en dirección a los valores alicientes counter) usando tóga poA:iva No elCistan ..¡idas~. a las .tapas segunda y tercera.

I I I

(~

Frecu«lcla mblrntl de operación ('OY) ........................... ..... 7MHz (5Y) .............................. 2,5 100Hz

_

COrriente por cubierta

i

I I I

I I I

('OY) •..........••..•.••.........•. 0,4 mA (5V) ................................ 0.2mA

. _____ ________ ___ ___ JI TABLAS

.. OClOva e_130.81

C·. 138.69 0-146.84 0-.155.56 E_184,81 F _ 1H.61 f-_184 .99 G _ 195,99 G- - 207,65 A _ 220,OO A- _ 233 ,08

NOTAS MfJS/CALES

SO OClOva

e_261 ,63

c- _ 277,18 0_293,66 0-_311.13 E _ 329.63

F . -349,23 F-_369,99 G _ 391 ,99

G-_41S.31

.. OClOva

C_623.25

c-_ 5M.37

0_687,33 O- _ 822.25 E _659,26 F _ 698 ,46

F· _739,99 G_183.99 _830,6'

A_440,OO

A_BSO,OO

A--466.18

A- _ 9~2 . 32

SABER ElECTRONCA NI!l· AIIIIlll1t editorial

QUARK

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DELEDHOR AL LECTOR

""-' EftndI .. • .... 1 ·0. 1 CfipIIII(tOIITl. ..1.,.

SLIlCTRONICA EdItor Rllp:1 .-'1 •. S. RuaquaIM DI....orT....-: Pral. EIo SoINIc:t*II

~J.

Bien, amigos de SABER ELECTRONICA, un número más de la revista UOO en Latinoamérica está en sus maoos y siempre con novedades para todos. Este mes toda nuestra labor se ha dedicado para que ustedes pudiesen tener acceso a una novedad mundial, casi simultáneamente con Japón. Se trata del

......RIII.ccI5n:

CIado_

.lflll ••ncf6n; A. C. ...,

_ .......... _ ... .... _.,..... _""""

indescriptible sonioo de Holophonics. Infelizmente la cantidad de grabaciones que el descubridor del sistema,

COUIOAADORU:

Hugo Zuccarelli, puso en el mercado es muy limitada y quienes primero la reserven la tendrán. Por ser algo completamente inédito. vamos a emplear el sistema americano de que. si el producto no corresponde a 10 que fue anunciado. inmediatamente ser.1 devuelta la cantidad correspondiente abonada. Es tan fantástico lo que se escucha, que estamos seguros de poder afumar que el sistema Holophonics va a revolucionar lOdo lo que sea grabaciones en el

~_1On

,AnnedG:

......-, ao-.

...

C......III ..... ..-:

futuro próximo.

II'II"aU 11:

Todos los que escucharon, me afinnaron que era muy superior a lo descrito. Eso es verdad, porque no hay palabras para describir lo que se oye. Una grabación, en mono, de helicópteros en vuelo fue hecha con el sisLema Holopllonics. presentada durante un intervalo en la Bienal que se está realizando ahora en Buenos Aires y las personas pensaban que eran helicópteros de verdad que se desplazaban en el ciclo. Cuando se dieron cuenta que era una grabación,las reacciones fueron enloquecedoras. La grabación en venta a través de SABER ELECTRONICA exclusivamente es aún mejor pues es estereofÓnica. AhorJ usted podrá tener esto en su casa sin necesidad de equipos especiales. Lea con dedicación la materia más adelante. Para los aftcionados del aud io esto es el fruto de nuestro trabajo. El artículo de tapa sigue la !fnea de trJbajo que ustedes solicitaron en las encuestas. Trabajos fruLo de la genialidad de Newton y su sobrino Alexandre, de Aquilino y otros au tores que ya son conocidos por los elcctt6nicos de toda América continúan siendo el alma de la revista. A partir del mes que viene estarán leyendo nuestras páginas también nuestros hennanos de Perú. Estamos cada vez más convencidos que tenemos buenas cabC7.as pensantes en nuestro pars. No esperemos soluciones que vengan de arriba. Nosotros somos los que hacemos. Mostremos a los demás lo que sabemos hacer. Envfen sus proyectos, pongamos en venta lo que producimos, comentemos con los amigos, sea· mos positivos. Juntos somos muchos, unidos somos fuenes, fuertes movemos obstáculos. SABER ELECTRONICA interesa a más personas del gremio que cualquier otra publicación. Ustedes forman parle de esta gran ramilia. Un abrazo

Pro/. EIio S~i

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Av. s.r. F. 712· 1(111"1." (1141) AoMaa TE. 747....10

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SA8ER ELECTRONICA .. ~ pubk8dón_ aueI de EcI~ OUARK. t'dba ,..."...... de loa ctar.choI en eu\llllMo. Editor Int..,.uIcMl: HeIilIFI,-, oncwT4cnIoo'''UICIIn-!: NldlnC . . , .

CoJ+righ. by EdiIata SDrl..... BtMII o.r.a- de 1...,,-: R N' 1soe ImPf··iOn: Compal'll. ImprelOfll Argentina BuInc»,.............. la ecIIDñIII no _ ,...ponNbIIa por el con"" no-. 1imIedN. TlIdot In ~ 111 rnwuu . . _ ".. . . llII'I • 1M eIJCIDI • ptMW .... wvido .. 1KIor. )' no ......... _ ponNbIIded . . . . . . ..,.. Escl p!O/'IibIdJ. .. ~ loc.I o "rdaI del lMIIrIaI ~ do en .......... uf como .. 1ncI~ )'/0 c:omen:IaIiZlld6n de loa ...... o ldMJ que .,...can en loa rMI'Id!;¡¡.soa .lII0I, _ ...,. es. aandonal leO.... , "YO ~. &IIOriuci6n por aKri., da la EdllCIrW. d. Iu

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N~23

ABRl

_ _ _ _1.989.

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St:CCiONES FijAs Del editor al lector Libros Sección del lector Arcón

4 50 46 78

ARTículo dE TA¡lA Capacímetro digital

6

AyudA Al PRiNcipiANTE Electrónica digital para principiantes (2da. parte)

';

20

RAdioARMAdoR COMO FUNcioNA Conozca las pilas y las baterías

30

MoNTAjES Control térmico para estufas Cargador de baterías

36 42

TÉCNicA GENERAL Usando reguladores de tensión integrados

62 63

RAdiocOfflROl Pequefios motores de corriente continua

65

CURSOS 48

El circuito oscilante

70

MONTAjES DidÁCTicos

Audio Holofonía

Medición de la potencia irradiada por una antena El transmisor: Amplificador de 25 W para 450MHz

57

Oscilador de frecuencia

76

CAPACIMETRO DIGITAL ;)

Alexandre Brega

..

En la revista SABER ELECTRO:'ojICA :'oj' 10 publicamosun proyecto de Módulo Contador Digital que, como dijimos en el artículo, serviría para muchas aplicaciones prácticas. Entre las aplicaciones sugerida.s en esa edi-

ción, se encontraban un Contador Optico y un Sorteador Electrónico, que se publicaron en ese mismo número, y un Frecucnciómetro Digital de 32M Hz, publicado en SABER ELECTRONICA :'oj' 16. Ahora le llegó el turno a un Capacímetro Digital, un instrumento de taller muy útil para la lectura de capacitancias entre 100 pF Y 10.000 J.lF'. Sencillo de montar y con componentes bastante comunes, la precisión de las lecturas dependerá exclusivamente

de los ajustes erectuados por el propio armador. 6

SABER ELECTRONtCA NI 23

ARTícuLo dE TApA n capacímetro digital es un instrumento de gran utilidad tanto en el laboratorio del pro-

U

yectista como en el taller del repa-

rador. En el primer caso, por el hecho que en determinados proyectos necesitamos conocer el valor exacto de un capacitor, y no s610 el valor marcado en su exterior. En el

caso del técnico reparador, el capacfmetro servirá para indicar cuando un capacitor sospechoso deberá o

no ser sustituido. El capacímetro digital presentado en este articulo- lee capacitancias en la faja de 100 ~F. presentando el resultado en la forma de cuatro guarismos significativos, o

sea, a través de cuatro displays. Usando dos módulos contadores de SE-Met, este circuito puede ser acondicionado en el mismo gabinete del frecuencimetro digital ya publicado, bastando apenas que se adicione un conmutador multipolar para que se pueda usar los mismos módulos contadores ya para un instrumento o para el otro. Para aumentar la precisión de las lecturas, nuestro instrumento posee ocho escalas de medida, siendo tres en nanofarads (nF), tres en microfarads (IJ,F), y dos en milifarads (mF). El capacimetro posee también un indicador de ~overflowM (sobrecarga), o sea un led que indica el uso indebido de las escalas del aparato .

Características del capacímetro digital Ali mentación de 9 V (fuente o batería) Consumo de 250mA. Led ind icador de MoverflowM (sobrecarga) Tiempo de medición no superior alos 10s

SABER ELECTRONICA Ni 23

• Uso de circuitos integrados

CMOS Ajustes a través de trimpots Ocho escalas de lectura Mide capacitares en la banda de

100 pF a

10.000~F

Principio de funcionamiento Existen varios métodos para medir la capacitancia. Podemos, por ejemplo, montar un generador de senal triangular y enseguida un diferenciador cuyo capacitar es el elemento a prueba; como resultado tendremos una sena! rectangular de amplitud proporcional al valor del capacitar. Aplicando esta senal a un voltímetro podremos facilmente medir la capacitancia del componente. Otro método bastante usado es el llamado Mconversor capacitancia/frecuencia", que consiste simplemente en un multivibrador astable comandado por un monoestable cuyo período es determinado por el valor del capacitar bajo prueba. Normalmente, los capacímetros que se basan en este principio son implementados con dos integrados 555 (ó un 556) y funcionan acopiados a un frecuencímetro digital. En nuestro proyecto, sin embargo, no usamos ninguna de las ideas citadas. El capacímetro presentado en este articulo se basa en los tiempos de descarga del capa'c itor a medir. La ecuación que proporciona los valores instantáneos de la tensión en el capacitar, durante su descarga. es

donde: UC '" tensión instantánea en el capacitar en volts Uo .. tensión con la cual el capacitar estaba cargado, en volts

e :: base de logaritmos neperianos (e ~ 2,72) t :: constante de tiempo (t :: R x C) en segundos t = tiempo - variable independiente, en segundos Ahora, si permitimos que el capacitar a prueba se descargue apenas durante una constante de tiempo (t = RG), tendremos: t='t Uc = Uo . e-t/'t Uc = Uo. e- 1 Uc = 0,37. Uo

lo que significa que después de ese intervalo la tensión sobre el capacitar es igual a 37% de la tensión inicial de carga. Como usamos una tensión de carga de 9V, después de 1 t tendremos 3,33V sobre el capacitar. Pues bien, 10 que hacemos en nuestro capacímetro es permitir que el capacitar a ser medido se descargue apenas durante 1 t, siendo que durante este tiempo los pulsos de clock generados por un oscilador alcanzan los módulos contadores, que registran entonces el propio valor del capacitar. Pero para que esto ocurra, necesitamos de un circuito de control que se quede constantemen t e "leyendo" el valor de la tensión sobre el capacitar en descarga y comparándolo con la referencia de 3,33V. Nada mejor para esa función que usar un amplificador operacional como comparador de tensiones. En la entrada no inversora del operacional tenemos la tensión sobre el capacitor, y en la entrada inversora un divisor de tensión que proporciona la referencia de 3,33V. De este modo. !a salida del com parador permanece en nivel lógico 7

alto mientras la tensión sobre el capacitar fuera superior a 3,33V (37% de 9V); por otro lado. pasa. nivel bajo cuando esta tensión fuera igualo inferior a la referencia. Para los que gustan de las matemáticas, es la demostraciÓn literal de que el número registrado por los contadores (t) es realmente proporcional al valor del capacitar (C), siendo la constante de proporcionalidad igual al valor del resistor de descarga (R): I _ periodo de descarga s 11 - A . C

, . R. e C=VR

lo que significa que para saber el valor de un capacitar basta conocer su tiempo de descarga y el respectivo resistor. Como el resistor es conocido , pues es parte del circuito, nos resta med ir el tiempo de descarga ; y quienes 'ejecutan esa función son justamente los módu los contadores .

La función de los ajustes efectuados en el instrumento. antes del uso definitivo, es alterar los valores del resistor (R) y del numero que representa el tiempo de descarga (1) hasta que el cociente VA sea numéricamente igual al valor del capacitar, o sea, a su capacitancia.

usada para una determ inada banda de valores de capacitancia . Los trimpots P1 a P5 ajustan la impedancia correcta de cada red para la respectiva banda de capacitancias; estos ajustes deben ser hechos con capacitares de precis ión, segun explicaremos en el subtitulo "Calibración y U so~ . La llave S1 , de 1 polo x 2 posiciones, sirve para cargar y descargar el capacitor a prueba. En la posición de carga la misma conecta el capacitor directamente al resistor R9, haciendo que se cargue con la tensión de la fuente (+9V); vea que esa carga es prácticamente instantánea, pues el resistor A9 es de apenas 1n, lo que nos da u,:,a constante de tiempo ('t .. A . C) bastante pequena. Despu és de cargado el capadlor, la llave S1 se pasa para la posición de descarga, conectando el elemento a p rue ba a las redes resistivas seleccionadas por la llave S2a. Mientras el capacrtor se esté descargando el transistor

El circuito En la figu ra 1 damos el diagrama en bloques del capacímetro digital, por donde inicaremos la descripción del funcionamiento del circuito. El primer bloque es el circuito de descarga , que consiste en un transistor en la configurac ión colector comun y en cuya base conectamos un circuito Re paralelo, donde el capacitar en cuestión es el componente que se desea medir. Conforme podemos observar por el diagrama esquemático de la figura 2, tenemos 5 redes de descarga diferentes seleccionadas por la llave 52a. Cada una de esas redes será

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SABER ElECmONlCA NI 23

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1,.0.' 4011

do de temporización . Ese período puede ser calculado por la fórmula T = 1,1 x R13 . C4, siendo R en ohms, C en farads y T en segundos. Con los valores de los componentes indicados en el diagrama, ese tiempo queda alrededor de 10s, lo que juzgamos más que suficiente para alertar al usuario de que la lectura debe ser efectuada en una escala mayor.

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.. V

enable del codificador clock

~'ji

entrada P2 para lectura paralela

'4 15 16

entrada P1 para lectura paralela

17

entrada PO para lectura paralela

18 19 20 21 22 23 2. 25 26

enable del contador

entrada de control para lectura paralela

8:Il

entrada P3 para lectura paralela

"m,... ~

salida va uno

"

~

control para la cuenta en binario o en década control para la cuenta creciente o decreciente enable del decodificador

m

3

z

punto decimal del display de las decenas tierra del circuito alimentación (+7 a 35V) punto decimal del display de las unidades

TABLA 2 - Disposición de los plns del mOdulo contador SE-Me1 fección (i hay casos de montajes que no funcionan debido a ranuras casi microscópicas en la placa de circuito i"llreso!).

los ajustes el trimpot P6 puede ser sustituido por un modelo muhivueJta9'.

Calibración y uso La llave $2 es de 3 polos (tres secciones) y 8 posiciones, pudiendo ser sustituida por una mayor en caso de dificultad de obtención. Los resistores son de 1/8 ó t /4W, excepto el A9 , que debe ser de 5W. Los capacitores pueden ser cerámicos o de poliéster, y el único electrotitico (C4) debe tener una tensión de trabajo de 16V. Para obtener mayor precisión en

Después del montaje , al conectarse el capaclmetro podrá aparecer en los displays un número cualquiera , as! como elled indicador de ~over1low- podrá estar encendido . En ese caso se debe presionar la tecla reset (llave 53) y aguardar a que el led se apague ; con esto deberá aparecer en todos los displays el número cero. SABER ElECTRONICA NI 23

A continuación, con la llave S1 en la posk:ión de carga (C) , conecte un capacitor de 1 IlF (no electrolítico y de buena calidad) a los terminales ex , colocando la llave S2 en la escala 4. Ajuste el potenciómetro P6 para aproximadamente 3/4 de su curso y el P3 para 1/2 curso; pase la llave 51 para ta posición de descarga (O) . En este instante deberá aparecer en los displays un número bien próximo a 01,00 IlF (nole que el punto deciSABER ELECTRONICA Ni 23

mal del segundo display deberá estar encendido) . Para corregir el valor indicado en los displays, volviéndolo lo más próximo posible a lj.J.F, actúe primeramente sobre el potenciómetro P6 y enseguida sobre el P3 . El próximo paso en el ajuste del capacimetro es calibrar la escala 1. Para eso, conmute S1 para la posición de carga y conecte un capacitor de 10 nF (1% de tolerancia) a los terminales ex . Después de pre-

sionar la tecla -reset-, pase SI a la poSición de descarga, observando si el número indicado en los displays está próximo a 10.000 nF; en caso que no lo esté, actúa sobre el potenciómetro PS y, en último caso, levemente sobre el P6. El mismo capacitor de 10 nF ± 1% de tolerancia puede ser usado en el ajuste de las escalas 2 y 3 , cuyo procedimiento es el mismo , siendo que el potenCiómetro de ajuste (P4) es el único para esas 13

dos escalas . De la misma lorma que en las otras escalas si luera necesario se puede relocar levemente el ajuste de P6. Para calibra r las escalas 5, 6, 7 Y 8 se procede de la misma lorma, usando capacitores de , OJ..l.F para las escalas 5 y 6, Y de 2200 J..I.F para las dos restantes . Observe que en la escala 7 el capacitor de 2200 J..I.F aparecerá en los displays 14

como 002,2 mF, del mismo modo que en la escala 8 aparecerá como 0002mF, pues la lectura es hecha en mili1arads (10-3 F) . los potenciómetros de calibración , en estos casos. son P3 . P2 Y p' . reSpec1ivamente. Es importante recordar que la precisión del capaclmetro dependerá exclusivamente de los ajustes electuados. Por ese motivo recomendamos que los mismos

sean hechos y rehechos hasta que se obtenga un resultado satisfactorio . Del mismo modo. los capacitares de calibración deben ser de una tolerancia bien baja , porque dependerá de el~s la precisión del aparato . Concluidos los ajustes. se debe poner unas gotas de parafina en todos los potenciómetros a Jin de evitar que los ajustes sean alteraSABER ElECmONICA Ni 23

dos por simple" transporte del instrumento. Para verificar el funcionamiento del indicador de ~over­ flow ~ basta conectar a los terminales del inst rumento un capacitar mayor Que el fondo de escala de la posición S2 en que estamos operando. Por ejemplo, si queremos medir un capacita r de 220 J.1F en la escala 4 , el led de Moverllow" deberá encenderse. Ahora su aparato está listo para usarlo. Si desea probar el valor de un capacitar cua lquiera , basta conectarlo a los terminales del instrumento con Sl en la ¡x>sición de carga, presionar la tecla "reset" (llave S3) y enseguida pasar S1 para la posición de descarga. Si el led de ~overllow" no se enciende, basta efectuar la lectura directamente en los displays, verificando ta unidad a través de la posición de la llave S2 . En caso que et led encienda se debe pasar S2 para una escala mayor y repetir el procedimiento , hasta que el mismo permanezca apagado.

En lo que se refiere a la medición de capacitares electrolíticos, es bueno estar atento al hecho de que la capacitancia de estos compo nentes no es una magnitud constante que permanece invariable bajo cualquier cond ició n de uso. La temperatura tiene gran influencia, y, además, la capacitancia CA (importante en capacitares de filtro y acoplamiento) depende también de la frecuencia de medición. La variación de la capacitancia crece tanlo con el aumento de la temperatura de operación como

con la comente nominal de ondulación impuesta al capacitar. Por esto, no se asuste si ' su capacfmetro indica 800J.lF, o incluso 1100 I1F, para un capacitar en cuya cubierta está marcado 1000 J.1F. Para que usted no quede enteramente perdido al efectuar las medi ciones. y, pri ncipalmente encuentre que su capacfmetro está ill1'reciso. reproducimos en la tabla 3 la variación de la capacitancia para los capacitares electrolflicos tipo I (alta conliabilidad) según la norma OIN 41420.

Versión alta confiabilidad Tensión nominal (V) Máximo Valores trpicos

6,3 • 1S·'• - 30%

10/2S 40 I 100

> lOO

• 10% - 20%

.10% - 15.",

.. 10%

+ .%

•

+ S% · + - lS%

.%

- 12%

- 10%

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TABLA 3

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15

~yudA AL PRiNcipiANTE

ELECTRONICA DIGITAL•..

Por Aquilino R. Leal

... PARA PRINCIPIANTES ", (2~

CIRCUITOS LOGICOS FUNDAMENTALES

a .... L (O)

(Continuación)

b. . L()

Circuito Lógico "O" Consideremos el circuito lógico de la figura lOen el cual los contactos A y B de los relés Al1 y AL2 se encuentran dispuestos en paralelo. Compare este circuito con el circuito de la figura 5 (publicado en el número anterior) y constate que, en este ú~jmo, los referidos contactos se encontraban en

serie. Dejando las entradas a y b según aparecen en la figura 10, o sea, abiertas, la lámpara LPD 1 no enciende pues no recibe alimentación a través de los contactos de cada uno de los relés cuyos solenoides están en un potencial nulo (cero volt). De todo esto podemos establecer lo siguiente:

2.

Parte)

l ' .... L(O)-

lámpara apagada

donde a y b indican las dos entradas del circuno de la figura 10 y s su salida. Ahora. supongamos Que s610 se aplica la tensión de la batería (suponemos Vcc vol!) en la entrada b (figura

•

FIGURA 10

• • •

--- "

, '"

, ,

'"

LPDI

Un operador "O" a relés, ele dos entradas a y b, Y en cuya salida tenemos una lámpara LPDl como carga.

SABER ELECTRONICA N' 23

fiGURA 12

FIGURA 11

•

O

•

• •

--

•

"

•

"

ec,

, Rl2

..

. -+ s -+ H (1) - lámpara encendida

1

b->H (1)

la lámpara lPD 1 también se encenderá cuando el solenoide del relé Rl 1 fuera debidamente alimentado (XIn la tensión, Vec, de la batería figura 1, . Tenemos entonces: a->H(1) \

I b -> L(O)

O

-',

./ lPDI

10). Como ambos extremos del solenoide de Rl 2 están sometidas a una ddp (diferencia de potencial) de Vcc vo~, implica la conmutación del contacto B asociado a ese relé; consiguientemente, la lámpara lPD 1 se encenderá caraderizando el estado lógico alto en la salida del circuito. Para este caso tenemos, entonces, las siguientes condiciones:

~

•

lPOl

,

,

La aplicación de un nivel alto a la entrada a (6 a la entrada b) Moa qua la lampara (carga) se encienda.

a ·..¡l (O)

o

~s

-+ H (1) - lámpara encendida

la última hipótesis por analizar es cuando ambas entradas del circuito lógico "O- son llevadas, simultaneamente, al nivel a~o , o sea a Vec vol!. Es obvio que la salida del circuHo, la cual dispone de lPD 1 como carga, asumirá el estado lógico alto (H), y, evidentemente, la lámpara se encenderá como en los dos últimos casos (Iigura 12). Organizando los resultados obten i· dos en forma de cuadro, llegamos a la tabla (tabla verdad) que sigue: SABER ElECmONtCA NI 23

'"

..../

"" ,.

Comportamiento del circuito de la figura 1O cuando a ambas se le aplica el astado alto. (H). Note qua ambos contactos de los relés están cerrados .

ta los símbolos com unmente usados para la representación gráfica del opefHTAA(lA SALIDA rador O. En el transcurso de este traa b s bajo adoptaremos el patrón de la O O O A.S.A., figura 14. Tal como sucede en el circuito lógi1 O 1 co y. el circuito lógico O también puede 1 O 1 ser implementado de muchas maneras 1 1 1 diferentes de la considerada en la figura 10, también teniendo aquí particu lar importancia la implantación con diodos En términos de tensión, la tabla que y transistores, usada en los circuitos antecede asume el siguiente aspecto: integrados. En verdad, no es de interés en este momento saber cómo está a b s constituido internamente uno de estos circuitos lógicos. l o importante es L L L en que: conocer sus características, o sea, su L H H l-+OyH-+l función de transferencia , o dicho en H L H criollo: prever 10 que ocurrirá con la H H H senal de salida cuando las entradas son sometidas a k)s más diversos estaRes ulta conveniente comparar dos lógicos o seriales. estas tablas con las del operador lógiNOTA: El circuHo lógico O también co y (v er publicación anterior - Parte suele ser designado -circuito lógico 1). De esto podemos llegar a la inclusive", o simplemente -O inclusive-. siguiente conClusión : Esto porque como veremos más ade- el operador Y puede ser asociado lante, existe otro tipo de 0, el exclusivo a la ope ración "multiplicación-, y el (particularmente no me gusta la termioperador lógico O a "adición". nología inclusivo ya que el otro tipo de - el comportamiento de estos dos 0, el exclusivo, ya proporciona explícicircuHos lógicos es "dual-: el circuHo Y tamente la debida diferenciación entre sólo proporciona 1 (6 H) en su salida los dos operadores). También es de unicamente cuando se aplica a ambas uso corriente el término inglés 'OW entradas el estado lógico 1 (H); la sali- para designar el circuHo O. da del operador lógico O (Ó l) sólo asume el estado lógico O (ól) cuando, Circuito lógico "NO" simultáneamente, todas sus entradas o de negación son llevadas al estado lógico (l). (circuito inversor o de complemenlaci6n) De la misma forma que el circuito Consideremos el circu~o de la figura anterior, existen innumerables símbolos para representar gráficamente el 15. El interruptor A es comandado por operador lógico O. la figura 13 presen- el solenoide del relé Rl 1. Este sole·

°

°

21

• " E-'•

f iGURA 14 FIGURA 13

51mboIol usados en la mayoria dEt las ~ internacionales para "!'P!esentar un operador lógico O ele dos entradas y

51mbob que seol! usado en eS\19 trabap para representar un cir-

cuito lógico O de IRIs entradas a. b. e y de salida a.

una única salida.

,',

~

fIGU ~ A

•

FIGURA 15

-=- 1'

,

t

T-

Jl Ll

F

-=

Un QraJito "NO" (circuito inversor) a relé . Note que la lámpara

petrTlal"l908 enoendda (nivel alto) mientras la entrada del

está a cero voIt (nivel baio).

nolde tiene un terminal, que caracteriza la única entrada de este circuito (entrada a), está abierta, o sea, sin conexión o, también, con potencial

nulo. Está claro que en estas condiciones la lámpara lPD 1 encenderá (nivel de salida alto) ya que se está usando el contacto de reposo del relé el cual cierra la malla de alimentación para la lámpara. En caso que el interruptor A conmute de la posición indicada en la figura 15 para la posición inferior, la lámpara indicadora LPO 1 se apagará. ¿Y cuando esto ocurre? La conmutación del contacto A se hace cuando al terminal libre (entrada

al

del solenoide

del relé se aplica la tensión de la batería (Vcc volt), o sea, el estado lógico allo (1 6 H), ligura 16. Por lo que acabamos de desetibir podemos resumir así el funcionamiento del circuito inversor de la figura 15: estando la entrada en nivel bajo (O vott - estado O ó L) la salida asume el estado a~o (Vcc voll - estado 1 6 H). En caso que a la entrada se aplique el nivel alto (Vcc vott - estado 1 ó H) la salida asumirá el estado lógico O 6 L lámpara apagada. Verificamos que el circuito invierte (mejor sería decir, complementa) el estado lógico aplicado a su entrada, de ahí su designación. Usando la convención que adoptamos para,1 circuito Y y para el circuito

22

•

•

,,,'o

•

16

circuito

Conmutación del relé. por el nivell6gieo alto .picado ala entrada a del circuito. La lámpara pel'lTIIIneceri ~ (nivel bItiol mientras pen:lJra el estimulo da ennda.

o, y atendiendo a las características fundamentales que rigen el circuito lógico de negación, podemos decir que el mismo queda completamente definido por la tabla que sigue: ElifAAOA

a.s casos en que una negación precede una entrada o sucede inmediatamente a una salida de otro circuito lógico, sólo usaremos el crrculo pequefto para ~presentar tal negación; la figura 18 imenta aclarar lo expuesto.

Circuito lógico "NO Y"

~

los circu itos lógicos analizados hasta el momento (Y. O Y NO) pueden ser considerados como circuitos básicos, porque a partir de ellos, por medio en que L .... O Y H .... 1 (lógica positiva. de combinación o agrupaciones aprocomo sabemos). piadas, se pueden obtener todos los El circuito lógico "NO" o circuito de demás circu~os lógicos por complejos negación, o bien, inversor, también es que puedan ser. c:ooocido por "Iogic NOT gatee en len: Las combinaciones más simples de gua inglesa (abreviadamente "NOT¡. estos tres circuitos básioos conducen a Un circuito lógico de negación tres circuitos más de extraordinaria puede ser implementado de varias for- aplicación ptáctica, por esle motivo se mas además de la considerada en la los estudia independientemente, como figura 15, siendo una vez más, la de simples células lógicas. Estos circuitos mayor importancia la implementación son "NO Y", "NO O" Y "O EXCLUSI· con semicondudores. ya sea discrela- VO", que serán tema de las próximas mente, ya sea bajo la torma de circui- lineas. tos integrados. En este párrafo analizaremos el cirLos símbolos Que se acostumbran cuito "NO Y· que, como su propia emplear para representar el circuito designación sugiere, no es más que la lógico de negación pueden apreciarse asociación de un ciraJito "Y" con un ciren la figura 17. Nosotros usaremos el cuito "NO", o mejor, el CÍ(cuito "NO yo símbolo en la esquina inferior derecha, no es más Que la comp/ementación o o sea: un pequer'lo triáng ulo seguido negación del circuito Y.

6 también:

hiliJ

SABER ELECTRONICA NI 23

FIGURA 17

'1 · ~ .

~)o------'-'

'1'----'~ ~ FIGURA 16 Fotma de representar &1 esquema de un circuito lógico cuando al mismo está asociado (interna o extamamente) un Inversor.

51mbolos más usuales, representativos de un circuito de nega-

06n.

la figura 19 muestra un circuito -NO r de dos entradas y una sola salida, a la cual está ~colgada- una lAmpara, usando relés. Note la fuerte semejanza con el circuito de la figura 5 (primera parte del trabajo, en el numero anterior de la revista) y verificar la disposición de los contactos, baterla y carga (LPD 1) con el circuito presentado en la figura 15. Porque los dos primeros relés se encuentran desactivados (nivel de entradas bajo) sus respectivos conta;tos no proporcionan el camino de (Xmiente para que elterter relé (AL 3) venga a operar, el cual, en estas c;ondic:iones, proporciona la alimentación a la carga (LPO 1) que pasa a encenderse. Por lo tanto, podemos establecer lo siguiente:

blecer lo siguiente: a(6 b) -+ L

vés de la conmutación de los respectivos contactos A y B proporcionan un camino de tensión para alimentar el solenoide de Al 3; este último se ve forzado a conmutar y a través de su contado C se retira la alimentación de la lámpara, la cual se apagará, caracterizando el estado lógico bajo, de acuerdo con la convención anteriormente adoptada. De acuerdo con ~s últimas condusiones lenemos:

a-+H(l)l , -t S -t l (O) - lámpara apagada b ... H (l)

En caso que sólo uno de los relés Rl 1 6 Rl 2 sea activado al aplicarse el estado alto (Vc:c volt) a la extremidad loo del respedivo relé, aún así el tercer relé permanecerá inactivo y la lámpara encendida. Asi podemos esta-

I

Por lo expuesto podemos elaborar la siguiente tabla:

flCURA 19

~ , , • ,' ,

,

,I

,,

,

-.=- ~ -=-" " T t

RL1

I ~

'"

, o', ,I

~ -~~~"" ~ItL) . ' ,

i

Circuito "NO Y" a partir de relés .

SABER ELECTRONICA ti' 23

a O O

b

s

O

1 1

O

1 1 1

1

O

1

ó en terminos de tensión

son debidamente alimentados y a tra·

-H ... H (1) - lámpara encendida

•

lámpara encendida

Al aplicarse, simultáneamente, el estado lógico alto (Vcc volt) a ambas entradas I y b del circuito (figura 19), los solenoides de los relés RL 1 Y Al2

..... l(O) t

I b ... l (O)

(01 -+s-+ H(l)-

b (6 a) -+ H (1)

$101'''.

fHTA.o.o.

\'

a l l H H

b s

L H L H

H H H L

en que: l -tOyH-+1

Comparando los resuhados de arriba con la tabla verdad del circuito lógico y concluimos que los estados lógicos de ésta son complementados en relación a los resunados obtenidos arriba. Esto equivale a disponer de un operador NO en serie con la salida de un circuito lógico Y como muestra la figura 20, donde las entradas son designadas a y b Y su salida l . Note que la conexión designada 11 en esta figura corresponde a la salida I de la figura 9 (Parte 11) y a la enlrada a de los dibujos de la figura 17. Recordemos entonces que la característica fundamental del circuito Y oonsiste en presentar una salida igual a 1 cuando, y sólo cuando, todas las entradas fueran iguaJes a 1. Algo semejante ocurre aquí : la salida del circuito -NO V· será igual a O cuando, y sólo cuando, ambas entradas sean iguales a 1 (vea la tabla verdad que acabamos de dar). Cumpliendo la simbología adoptada y atendiendo a los patrones establecidos, llegamos al simbolo del circuito -NO yo visto en la figura 21. La figura

23

que sigue a continuación presenta algunas representaciones gráficas bastante d~undidas, principalmente en Europa, para el circuito lógico "NO Y". Un circuito lógico "NO Y"' puede ser implementado de muchas maneras diferentes de la presentada en la figura 10; un ejemplo tipico es el circuito de la figura 23 que también usa relés. Note que este circuito es bastante semejante al circuito de la figura 10 (un operador OR) sólo que en este caso la alimentación para la carga (salida) fue tomada en los contactos de reposo de ambos relés. Pero, en la aCl ualidad , la implementación con semiconductores es la más usada, especialmente en microcircuitos. Asi como el circuito y, el circuito NO Y puede presentar más de dos entradas (en versión integrada, esos tipo de operadores se presentan con 2, 3, 4 ó con 8 enlradas como máximo). Por comodidad, el operador NO Y, también se conoce por las letras iniciales o sea: circuito lógico NY. Debido a la proliferación de obras didácticas de lengua inglesa también se lo conoce por "NANO" originado en la expresión "lógica NANO gale" o sea puerta lógica NOY. NOTA: el término "puerta" o "compuerta" para designar un operador lógico, es de uso corriente y ampliamente divulgado en nuestro país. Resulta de la traducción "al pie de la letra" de la palabra "gate" (léase: "gue it").

la figura 5 (romero anterior de SABER ELECTAONICA). ¡Vamos a demostrar que la cosa es un poco dilerente! En las condiciones en que se presentan los contados A y B de los relés (figura 25) la lámpara LPO 1 enciende. Notar que ambos relés AL 1 Y Al2 se encuentran desactivados o, lo que es lo mismo, ambas entradas están en nivel bajo. De esta forma tenemos: a y b ~ L(O)

~ S -l

24

•

O O 1 1

b

s

O 1 O 1

1 O O O

que reescrita en niveles de tensión asume el aspecto de abajo :

a b s

L L H Vamos a suponer que se aplique el (L -. Oy H -.1) L H L nivel alto (batería - Vcc volt) a una (o ambas) entrada del circu~o (figura 25). H L L ¿Cómo se comportará el circuito? H H L Aplican la batería a la entrada a o a la entrada b, o bien, a ambas entradas Llegamos a la conclusión que un simultáneamente, implica, respectivamente, el accionamiento del relé Al 1 circuito NOA tiene como propiedad ó Rl2, o bien, de ambos relés. Como característica el hecho de presentar la la conmutación de cualquiera de los salida I .. 1 cuando, y sólo cuando, relés invierte, en relación al presentado todas sus entradas se presentan iguaen la 25, el estado del contacto asocia- les a O. Note que el circuito O presenta do, obligatoriamente, será interrumpida la salida I ,. O cuando, y sólo cuando, la alimentación de la carga (LP01) y la todas sus entradas se presentan igualámpara por lo tanto, se apagará carac- les aO. Está claro que en los circuitos con terizando el estado bajo de acuerdo más de dos entradas (aqul no considecon nuestra convención. rado por no ser de interés inmediato) la Todas las condiciones de arriba, con el respectivo resultado, están resumi- propiedad característica, que define el orcuito, también se mantiene. das en la siguiente tabla: f iG URA 2Q

•

Circuito Lógico "NO O" llegó la oportuniad de analizar el circuito "NO O" o abreviadamente NOR, por las palabras inglesas equivalentes "no! or". Como lo indica la propia designación, un circuito "NO O" es el resultado de la combinación de un circuito O con un circuito de negación en que la entrada de éste está conectada a la salida del primero conforme muestra la figura 24 en que vemos un NOA de dos entradas, designadas por a y b Y una salida indicada por s. La figura 25 muestra uno de los muchos circuitos existentes para la obtención de un operador NOA de dos entradas. Los ledores menos obServadores pueden llegar a pensar, erróneamente, que este circuito no es más que el de un operador Y, debido a su semejanza con el circu~o Y que aparece en

H(1) - lámpara encendida

IA~' D A

ENTRADA

,

'\ " ~

•

)

V

Realización de un circuito ·NO Y" a panir de un Y y de un circuito de negación .

FIGURA 21

•

D

•

,.

Representación gráfica del circuito lógico ·NO Y·.

FIG UR,\ 22

~

j

8

8

~

:::tI-'F-'-

Otros slmbolos usados para representar un circuito l6gico del tipo ·NO Y".

SABER ELECTRON1CA NI 23

flGUM 2S

FIGURA 2J

•

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•

•

O

•

~ BI

-.::;.

L PDI

O

I O I I I

•

-:;:::"

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I I

-

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,,,

•

• ,

•

: O

oc,

; '"

I Circuito "NO Y" usando solamenl8 un par de relés en vez ele tres como en el circuito ele la figura 19.

los símbolos más us'uales para representar un circuito NOR de dos entradas están representados en la figura 26. En este trabajo utilizaremos el slmbolo presentado por esa figura en el ángulo inferior derecho. Creemos que no hay necesidad de repetir la importancia de la implementación de los circu ito NOR usando componentes de estado sólido, ya sean activos y/o pasivos, en especial en os circuitos integrados.

Circuito lógico

O EXCLUSIVO"

"

Daremos por cerrado el estudio (básico) de los circuitos lógicos fundamentales con el análisis del circuito "O EXCLUSIVO". En verdad, aqul englobamos dos estudios, el primero sobre el circuito "O EXCLUSIVO· Y el otro sobre el circuito "NO EXCLUSIVO", Antes de hacer cualquier consideración teórica es buena idea diferenciar el O (inclusive) ya estudiado y el ·0 EXCLUSIVO". Para esto, consideremos la siguiente afirmación: "Manana yo iré a la playa o al cine"; con tal afirmacicn nada me impide ir unicamente a la playa o ir sólo al cine, iO bien, ir a los dos! De hecho: iYo no dije que solamente iria a uno de estos sitios de recreación! Tenemos aqu i el denomi-

NOTA: Puede ser que la explicación dada no sea correcta cuando se la analiza a la luz de la lógica pura, pero es uno más, de los muchos trucos didácticos que permiten al principiante vis lumbrar estos mecanismos tan importantes. Pues bien, consideremos el circuito de la figura 27, aparentemente un poco complejo, pero que si observamos con atención veremos que está constituido por tres circuitos lógicos ya estudiados, como veremos: un circuito O-+ Rl 1 Y Rl2 un circuito NAND -+ Rl3 Y Rl 4 Y un circuito Y - i Al5 Y RL 6 Para facilitar el análisis del circuito consideremos cada una de las cuatro combinaciones posibles con sus dos entradas a y b (figura 27). ')a .... O(L)yb .... O(L)

Composici6n de un circuito lógico del tipo "NO O" a partir dé dos operadores bllsicol.

SABER ELECTRONICA N' 23

Circuito "NO O" de dos entradas a relé.

nado "O INCLUSIVO· (y a estudiado) el cual, como vimos, también incluye las dos hipótesis de la afirmación anterior: ir a la playa y también ir al cine. Modifiquemos ligeramente la frase: "Manana iré sotamente a la playa o solamente iré al cine". Note que se elimina la hipótesis de que ocurran los dos hechos.

fiGURA H

-~ Q~DI

Como las entradas a y b están en nivet bajo (O vol! ó tierra) los retés RL 1 a Rl 4 mantienen sus respectivos cor,tados A, B, C Y D en la posición indicada en la figura 27. Como consecuencia, Rl 5 opera gracias a la presencia del nivel alto aplicado a él vla los contados C y D; la operación de RL 5 cierra el contado E, pero la tensión de la baleria es incapaz de alcanzar la lámpara porque Al 6 se encuentra desactivado y su contacto F abierto. Por lo tanto , la lámpara lPD1 permanece apagada. Tenemos entonces: a y b en O (l) -+ s en O (l) - lámpara apagada 2)

a .... O(L) yb .... , (H)

Estando la entrada b en nivel alto, tanto Rl2 como Rl 4 operan, pero la conmutación de este último no impide la desactivación de Rl 5 debido a la presencia (activa) del contado C de Rl 3 que está inactivo. Ocurre que la conmutación de Al 2 envía una batería al bobinado de Rl 6 el cual cierra su contado F que, con el contacto E, alimentará lPD1, encendiéndola. La figura 28 muestra la nueva disposición de los contactos A a F. De todo esto llegamos a la conclusión:

j==~

.

j>'~

~

fiG URA 26

[)I>-----"

51mbolos usuales para representar un circuito lógico del tipo "NO O",

25

aenO(L) \

I

..

mutación de RL 3 por el nivel alto presente en la entrada I no alecta en

s en 1 (H) • lámpara encendida

nada el componamienlc rte Rl 5 el cual se mantiene activado gr_1élS a la presencia del oontacto O de RL 4. El circuito equivalente para esta otra oondición se muestra en la figura 29. Por esa razón podemos escrt>ir:

ben1(H)

3)a-+1 (H)yb-+O(L)

Estando solamente la entrada I en nivel alto. le cabe al relé RL 1 operar y a través de su contacto A proporciona la debida alimentación al solenoide de AL 6 el cual cierra su contacto F encendiendo la lámpara ya que la con-

a en 1 (H),

' -+ s en 1 (H)· lámpara encendida benO(L) J ,

FIG URA 27

, T :o •

..,

,

-

~ ~

':'¡:;'

..

Il.l

. , RL2

manece en la condición de reposo (abierto) imposibilitando circular

o

,,

,, , ,, ,

,

·:, ,

:

,, , ,

'---'1'--+:---'l.!

- :" 8'

que RL 61amb1én openI. cenando par· cialmente. el vrnculo de alimentación para la lámpara. Ocurre que en este caso tanto Rl3 como RL 4 están energizados y el solenoide de Al 5 no recibe alimentaclón '1 su contacto E per-

,

,

._-'--';""-+: ---. -!::-

El nivel alto en ambas .ntradas

hace operar a ambas relés Al1 y AL... La conmU1ación de RL 1 Y RL 2 hacen

·, o

:

4)0-+1 Z(H)yb-+1 (H)

•...,

..: IILl

~

r r r

CirtUi1o'O EXCLUSIVO' usando relés como elementos da conrmrtaci6n. Note que el ... RL 5 .. encuenn KivIIdo.

,

fiGURA 28

,,

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I

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,, ,,

LPOI

/

I

,

"

4 .. FlL'

t

Circuito equivaJenle al ele la figl.l'8 anterior aJando, unicamen., la entrIda b 811.11". el nivel alto.

26

SABER ELECTRONICA NI 23

oorrienle a través de lPD 1 que quedará apagada. la figura 30 muestra la posición de los contactos A a F bajo estas condiciones. Estas condiciones nos permHen escribir:

todas las conclusiones obtenidas con el circuito de la figura 27 llegamos a la tabla verdad del circuito lógico ~O EXCLUSIVO" mostrado abajo' eOlTRAOA

b

S en o (l) . lámpara apagada

O O

O

O

1

O

1 1

Englobando en un único cuadro

1 1

1

O

-7

ben 1 (H)

J

a b s L L H H

SAlIO"

a

aen 1(H)l

en términos de tensión se tiene: L H L H

L H H L

L-tOyH-+1

A partir de las tablas que anteceden, extraemos la siguiente propiedad

FIG URA 19

,

. o

1

:-• o

--:¡:;--"

,,

•, ,, ,

, ,

·,

•

,

~

."L.:..

~

1

,,

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,

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G

l

~

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~ LZ

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~ ~

RL 4

i

o

,,

,,

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o

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,

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•

o

,, ,,

"

.~ /

?i'.

PD1

~ RL S

r

: ' RLf>

Disposición de los contactos inlemoa del circuito "O EXCLUSIVO· de la figura 27 al aplicar el nivel alto a la entrada •.

FIGURA .30

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I RL4

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1: 1;

1: l',

,,

,

j '" í

, o

,, , ,,

,,,

,,, ,,

,,, ,,, ,, ,,

LPO I

+ ~ ~L6

•r

Configuración del circuito de la figura 27 cuando ambas entradas 8 y b son llevadas simultáneamente al nivel allO (H). Observar que la lámpara LPD 1 está apagada.

SABER ELECTRONICA Ni 23

fiGURA 31

FIGURA 33

• ,

•

"-

•

L..¡

./

}

I

•

fi GURA 32,

el

circuito

EXCLUSIVO". f lCUR A J6

•

• •

•

Otras representaciones gráfica, para el circuito "O EXCLUSiVO".

~~

'0

Formación del circuito -NO O EXCLUSIVO" a del lipo'O EXCLUSIVO". ~

I

,

r

~

, •

Otros slmbelos menos empleado, para el circuito "NOR EX". caraC1erística del operador ~O EXCLU· SIVO~; su salida se presenta en O cuando,y sólo cuando, las entradas sean iguales entre sí (o ambas iguales a O6 ambas iguates a 1). Esta propiedad es importantísima porque perm~e usar combinaciones de estos circu~os para efectuar adiciones de números, como es el caso, por ejemplo, de las modernas calculadoras. En publicacio· nes futuras trataremos sobre este fascinante tema. Como vimos, el circuito "O EXCLUSIVO· está formado por un Y, un O y un NANO (NO + Y) convenientemente interconectados entre si tal cual aparece en el circuito de la figura 27. De ese circuito se extrajo el circu~o lógico presentado por la figura 31 que muestra la deb ida interconexión de estos tres operadores básicos para formar otro operador lógico más complejo. El símbolo del circuito O EXCLUSIVO utilizado en los catálogos de la mayoria de los fabricantes de componentes electrónicos, está representado en la figura 32. Note que este símbolo es resultado de agregar un arco al símbolo del circuito OR (figu ra 26). iPero no piense el leaor que ése es el ún ico sim bolo para el circuito."O EXCLUSIVO"! la figura 33 muestra dos símbolos más bastanle difundidos

2.

•

fi GURA 34

~D---'

51mbolo normalmente usado para representar

puer18,

•

I

D

•

CO!lstruc:ci6n de un circuito '0 EXCLUSIVO" a partir de lógIcaSbé.sicas convenien18menle interconectadas.

,

I

•

,

'\

-

partir do un arcuito

FIGURA 35

~~ Reptesootaaón gráfica de un circuito "NOR EX'

principalmente en Ios libros didácticos de procedencia alem ana. Así, como en los casos anteriores, es costumbre, para simplificar, desig-' nar el circuito que eslamos analizando:" como "O EX· que es sólo un acortamiento del término ·0 EXCLUSIVO", En idioma inglés se lo llama "EXCLU · SIVE ORo o abrevia damente "EX ORo, expresión ésta de uso bastante difundido en nuestro idioma Así, como a las salidas de los operadares O e Y fuero n asociados circuttos de negación para formar sus res" pectivos complementarios NOR y NY (ó NANO) también en este caso podremos asociar un circu~o de negación a la salida del circuito ·0 EX· dando origen al denominado circuito lógico "NO O EXCLUSIVO· (figura 34) o abreviadamente "NOR EX". Sería demasiado aburrido tener que repetir prácticamente, viendo lo que acabamos de verificar para el circuito ·0 EX", para llegar a la conclusión que la salida del circuito "NOR EX" se presenta complementada en relación a la de su "hermano". Siendo así, resolve" mas omitir el "bla-blá" y presentar unjcamente los resu~ados que se obtendrías si procediéramos como siempre. Tales resultados están resumidos en las labIas que siguen a continuación.

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El drOJito "NOR EX· también es conocido como "EX NOR", término originado en la expresión "EXCLUSIVO NOT OA" de procedencia inglesa, y acostumbra ser representado graficamente por el símbolo mostrado en la figura 35 que se encuadra en los patrones anteriormente establecidos. Existen otros simbolos representativos de este operador l6gioo corro podemos ver por la figura 36. Un circuito lógico tanto del tipo O EX corro NOR EX puede ser implementado de muchas maneras diferentes, pero tiene partiCUlar importancia la implementación con oomponentes electrónicos modernos como el translslOf y el diodo. Bajo la forma de cir· cuito integrado encontramos cuatro de esos circuitos, tanto O EX como NOR EX, en un l.tliCO "Chip·. SABER ELECTRONICA NI 23

COMO FUNcioNA

CONOZCA LAS PILAS Y BATERIAS Por Newton C. SrtlgB

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Sin pilas o baterías la m ayoría de los apara/os electTÓnicos portátiles no podrían funcionar. Saber c6m o f llncionan, los tipos disponibles en el mercado, y algu nos cuidados relalivos a su uso, es tan importante com o conocer el propio equipo que

alimentan.

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onverti, la energla liberada en una reacción química en energla eléc-

trica: ésta es la función de una pila .

Esta energla disponible puede enlonces uitilizarse para poner en funcionamiento

los mAs diversos aparatos que van

desde linternas, radios portátiles, hasta sistemas de sel'lalizaci6n y transmisores en satélites artificiales. El tipo de pila que siempre tomamos como base para explicar su principio de funcionamiento se llama ·Pila de Volla", nombre en homenaje de su inventor, AI9jandro Volta. La misma consistia simplemente en una estructura como la que aparece en la figura 1, en que discos de cobre y zinc se alternaban, teniendo entre ellos discos de tejido embebido en una solución

30

de ácido sulfúrico en agua. Cada par de discos puede proporcionar una tensión en abierto del orden de 1,2 a 1,6V siendo el polo positivo el disco de cobre y el polo negativo el disco de zinc. la tensión disponible, naturalmente, sería dada por la cantidad de pares de discos montados en la estructura. A partir de este primer tipo de pila, cuyo desempei'io y durabilidad dejan mucho que desear, se produjo una larga evolución. De este modo, lo que tenemos actualmente son pilas y baterla bien distintas, tanto en la forma corno en el desempeño, pero que en cuanlo al principio de funcionamiento no se apartan mucho del tipo basico. Antes de analizar todos los tipos de pilas comunes con que podemos contar

en estos momentos y sus principales caracterfsticas, tenemos que hat:er inicialmente algunas consideraciones sobre los términos usados en este artIculo. Comencemos por dejar bien claro que existe una diferencia entre lo que llamamos pila y lo que Itamamos baterla. la pila o célula es la unidad de provisión de energla, o sea, el conjunto básico de elementos que permite obtener energla a partir de reacciones qulmicas. la baterla consiste en una asociación de células o pilas, con al fin de obtener una cantidad de energla mayor, que una pita o célula única no conseguirla (fig.¡ra 2). Como ejemplo, podemos decir que una pila de linterna es realmente una pila porque consiste en una unidad de provi-

SABER El ECTRONICA NI 23

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Figura 1 si6n de energla con un el84trodo positivo, uno negativo y una solución activa. La balarla de un automóvil está formada por una cierta cantidad de células que son asociad"s de modo de obtener una tensión mayor.

A continuación debemos aclarar la diferencia entre lo que llamamos células primarias y células secundarias.

las pilas de linterna comunes son células primarias, pues al ser fabricadas ya poseen energla, pero s610 por una vez, o sea, después de descargadas no pueden recibir más una nueva carga.

Las células secundarias, al ser\lbricadas, no pueden proveer inmediatamente energla, y precisan antes de pasar por un proceso de carga. Y des-

pués que se descargan, pueden ser recargadas un cierto número de veces

antes de terminar su vida útil. En la ligura 3 mostramos los ciclos de vida de estas pilas o células. La célula primaria tiene apenas un ciclo de operación en su vida útil. mientras que la secundaria tiene varios. En la misma figura mostramos los tipos de células más comunes de los

T!NSIOH [N LO$ TfRMlNALU

1.2

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dos grupos. Cambiando ahora de tema: ¿si existen varios tipos de pilas y baterías, cómo saber cuál debe usarse en cada aplicación? Esto es lo que intentaremos responder de ahora en adelante, analizando el funcionamiento y las características de las principales pilas disponibles en nuestro mercado.

Pila seca, leclanche o zlnc·carbono Sin duda esta es la pila más común de todas Es la pila seca, o pila de radio, que encontramos en venta en las principales tiendas, supermercados, quioscos y demás locales. Se fabrican en tres tamaños básicos, AA, D Y C, según el uso, conocidos también corno "pequeñas· , -medianas· y "grandes·, aunque hay tamaños menos comunes . En l a figura 4 tenemos la estructura interna de una pila de este tipo, a partir de la cual analizaremos su funcionamiento. La cubierta externa de la pila es un vasito de zinc que también sirve corno electrodo negativo. Un bastón de carbo-

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no, que tiene en la parte superior un casquito de metal, forma el electrodo positivo, en la parte central. Alrededor del electrodo central. que es el bastón, existe una mezcla de carbono en polvo y dióxido de manganeso que se denomina despolarizante. la finalidad de esta sustancia es absorber las burbujas de hidrógeno que se pueden formar durante el funcionamiento de la pila y que, con su presión. podrlan hacerla explotar, eso sin hablar del aumento de la resistencia interna ("). El restante espacio interno del vasito se llena con una pasta de cloruro de amonio, que es el electrolito, o sea, la sustancia activa de la pila. La tensión encontrada en los terminales de esta pila, sin carga, es del orden de 1,5 a 1,6V. La corriente máxima depende de su tamaño: pilas mayores pueden proporcionar más corriente. Cuando están en uso, las pilas de este tipo presentan una curva característica del tipo que muestra la figura 5. A cada ciclo de uso, la tensión cae gradualmente, hasta el momento en que es desconectada. Cuando esto ocurre, la tensión sube, pero no vuelve al valor inicial. Con el tiempo, la pila cada vez más pasa a proveer tensiones menores a la carga hasta el punto en que no se la puede usar más. Para una pila común, se puede obtener un buen número de ciclos de funcionamiento si la corriente exigida por la carga no es elevada. Es el lipo de funcionamiento que se nota en radios portá-

(-)La resistencia interna. al aumentar, hace que la capaci· dad de una pila para producir corriente se vea reducida. 31

Figura 4

Figura 6 VI"I

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Figura 7

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Figura j tiles y otros aparatos de bajo consumo. Si las corrien te s e)(igidas fueran elevadas, se debe usar el tipo ~Heavy Duty~ ¡Servicio Pesado), proyectada para pro· porcionar muchos ciclos de alto consumo, sin problemas. Es lo que ocurre en la afimernaci6n de grabadores peque· ños, linternas y juguetes donde el consu· mo es mayor. las pilas secas. como de otros tipos, también sienten los efectos de la temperatura. la temperatura ideal de funcionamiento es la situada entre 20 y 27l'C. Por debajo y encima ocurren diversos tipos de problemas. Por debajo de 15QC, por ejemplo. tanto la tensión como la capacidad de corriente caen acentuada· mente, y por debajo de 5QC su uso se vuelve prácticamente imposible. Otro tipo de problema que ocurre con este tipo de pila es el "vaciamiento~. De hecho, el vaso e)(terno, q ue es el electrodo negativo. puede ser consumido totalmente en las condiciones en que se e)(igen grandes corrientes, lo que ocurre principalmente en las linternas, y esto permite que el electrolito, bastante corrosivo, se salga. El resultado no necesita e)(plicarse para los que ya han visto una linlerna o una radio ~comldas~ por una pila en estas condiciones. En las aplicaciones en que se exigen tensiones mayores con comentes toda -

32

" via no muy alias. se pueden montar las pilas secas en cubiertas únicas formando baterías. En la l igura 6 mostramos dos lipos de los más comunes. la primera es la balería de 4,5V formada por 3 pilas de 1,5V conectadas en serie . Estas son ciHndricas, como las pilas comunes que se venden por separado. En las baterías de 9V tenemos un montaje diferenle. Son células planas, apiladas de modo que forman en serie un conjunto que resulte en la tensión deseada. Recordamos que las batedas de 9V de este lipo son dispositivos de baja corriente, y por lo tanto se gastan enseguida si se las usa inadecuadamente.

¿Se las puede reactivar? Muchos lectores deben conocer la creencia popular según la cual colocando en la heladera o en agua caliente una pila de este tipo. la misma ~se carga", pudiendo usársela todavia por más tiem· po. En verdad, lo que ocurre en este caso no es realmQnte una recarga, sino una reactivación. En el caso de la heladera, influye muello más el tiempo que la pila queda en reposo, permitiendo así que el despolarizante entre en acción elimi nando los gases formados, que la

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temperatura propiamente dicha ; en cuanto al caso del agua caliente, real mente se puede con ella reactivar lo que resta de la soluciÓn, permitiendo así el iuncionamiento de la misma por algún tiempo más.

Pilas alcalinas Es un tipo de célula que puede proveer mucha más energía, en comparación con las pilas secas, y se las recomienda para los casos en que se exige mayor corriente, y mayor autonomfa. todo en un volumen menor. En la figura 7 tenemos un gráfico en que se compara el desempeflo de este tipo de pila con una pila seca corron. Con-p podemos ver p::lr el gráfico, la durabilidad de una pil a alcalina, en las mismas condiciones de funcionamiento que una pila seca común, es muy superior. Su costo más alto puede perfectamente ser compensado por la mayor durabilidad. Es importante resallar que el factor tiempo por factor capacidad de corriente no corresponden de una forma lineal. Esto quiere decir que si una pila puede funcionar durante una hora proporcionando corriente de 100mA, la misma no funcionará 10 horas si la corriente fuera de 10 mA. Para una corriente menor SABER ELECTRONICA NI 23

Figura 8

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Figura 9 durante mayor tiempo, la durabiMdad puooe ser extendida. Este l actar 8S muy importante en la elecció n de una pila para una aplicación. En estas pilas la cubierta externa es de acero, consisti endo también en e' polo negativo. mientras que el electrodo positivo consiste en bolitas de zinc. El el&etroli1o es hidróxido de potasio, una sustancia alcalina, de ah! el nombre de la pila. Recordamos que este tipo de pila es una célula primaria, y por lo lanto no permite la recarga.

eaterla plomo-ácido Pasamos ahora a una fuente de energla secundaria, ya que este lipo de bateda puede ser recargada. En la figura 8 tenemos su estructura simplificada, donde mostramos sólo una célula . Se sumergen dos placas de plomo en una solución de ácido sulfúri· ca, que es el electrolito. Cuando se carga la bateda, una de las placas permanece como plomo, mientras que la otra se modifica quimicamente. Cada célula de eSle tipo manifiesta una tensión sin carga entre sus termina· les entre 2,3 a 2,4V cuando está plena-

SABER ElECTRONICA NI 23

Figura JO mente cargada. Con carga, esta tensión cae a valores entre 2 y 2,2V. Asociando entonces 6 de estas célu· las tenemos la conocida bal8fra de 12V usada en los autos (figura 9). La capacidad de una bateria de esle tipo es normalmente especificada en amperes·hora (Ah) para una descarga de 10 horas. Una baterfa de auto d. 40 Ah, por ejemplo, puede proveer una comente de 4A durante 10 horas. Mi.ntras tanto, en este caso, la relación entre el factor tiem· po por el factor corriente no es lineal. En una descarga rápida, con corriente de lOA, por ejemplo, la durabilidad de la baterl a ya no ser é. de 4 horas, sino menor, mientras que, con una descarga bajo menor corri ente, el tiempo podri ser mayor del calculado. En condiciones de operación en coro tos intervalos de tiempo, como en el caso de l arranque de un auto, estas batedas pueden proporcionar corrientes muy elevadas, del orden de hasta cente· nares de amperes. El estado de carga o descarga de una baler!a de este tipo es dado por la densidad del eJectrolilo, la cual puede ser medida por un aparalo denominado den-

srmetro, que aparece en la figura 10. En las condiciones de plena carga, el densfmetro acusaré. valores entre 1,21 y 1,27 para el electroli1o, dependiendo del tipo de baler!a (tipicamente 1,26 para autos). La carga de una bateda debe hacerse con cuidado.

Carga de baterla. plomo-ácido Para una bateda inicialmente descaro gada, se recomienda que la corriente de carga sea de 1A para SAh de capacidad, lo que nos lleva a una corriente de eA para una baterla de auto común de 40 Ah. Esta carga debe durar hasta que el electrolito comiQnce a burbujear y la ten· sión entre los terminales llegue a 2,3V para cada elemento. Cuando esto ocu · rre, la corriente debe ser reducida a lA para cada 2SAh de capacidad. lo qua lleva a aproximadamente 2A para una bateria común de carro, hasta el fin. Esta es la llamada carga rápida, que puede hacerse con el circuito de la figura 11 , bastante económico, donde el diodo para la red de 220V debe tener una ten· sión inversa de pico de 200V y una corriente de lOA.

33

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I

SABER ElECTRON1CA NI 23

MONTAjE

CONTROL TERMICO PARA ESTUFAS Por Newton C. Braga

El circuito que proponemos posibilita el control térmico de CUalqUÜT ambiente, manuniendo la temperaJura en una determinada laja th valores, pudiendc ser

usado en estufas, cámaras de secado, incubadoras electTÓnicas, saJas tú computadoras, salas de eslar o reunümes, sistemas de refrigeración de máquinas etc. Se trata de un verdadero montaje de electrónica industrial.

antener la temperatura de

M

un determinado ambiente en una faja establecida pra-

v/amente es un problema que puede resolverse con eficiencia si usamos recursos electrónicos. ¿Pero cuáles han de ser estos

recursos? En primer lugar precisamos de

un se nsor eficiente que pueda percibir con cierta rapidez (pequena inercia térmica) cualquier variac~n de la temperatura controlada. Después precisamos de los recursos que puedan corregir las aheraciones de temperatura, como por eje mplo un sistema de calentamiento si la temperatura cae por debajo de cierto valor, o de refrigeración si sube más allá de cierto valor. En los casos en que la faja oontrolada tuviera Ifmites más allá de las variaciones normales de la temperatura ambiente , precisaremos de los dos oontro~s : calentamiento y enfriamiento. Ese tipo de sistema es el que, evidentemente, presenta mayores problemas y dificuhades de proyectar. Si la temperatura que queremos controlar supera un determinado vak:lr preajustado, nuestro aparato

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paratura ambiente , la simple desconexión de un equipo de refrigeración no permite que a través de un .uuITAl>O +~.!._------7-(.;'\.'::;:'" IN lOa intercambio de calor espontáneo el sistema vuelva a su temperatura normal, por lo que habrá necesidad de activar un calentamiento forzado ."t AsI, con una faja de temperatura de control en los Irmites internos de una faja más amplia de temperaturas ambientes normales, se hace necesario el control doble. TenefIGURA , L _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _- " mos entonces que disponer tanto de un sistema que dispare con debe desconectar el sistema de sobretemperaturas como con subcalefacción , para que la misma temperaturas , activando en un vuelva normalmente a caer. Si el caso la refrigeración y en otro la valor preajustado fuera, empero, calefacción (figura 1). El sistema que proponemos en inferior a la temperatura ambiente en un determinado instante del dia, este articUlo hace justamente eso, incluso aunque desconectemos el usando un único sensor y con posisistema de calefacción la tempera- bilidad de ajustarlo para dos temtura no disminuirá, debido a la ten- peraturas diferentes, tanto en el dencia a igualarse con el ambiente. paso por ellfmile superior como en Se hace necesario en este caso el el paso por el límite inferior. uso de un sistema de refrigeración Las caracterlsticas del aparato forzada, conectando por ejemplo son: Corriente de control de la carga : un acondicionador de aire o simplemente un ventilador. El mismo 2A (posible alll'liación) Sensores usados: NTC o tranmodo, si la temperatura a controlar cae por debajo de un vak:lr prefiJasistor Faja de temperaturas de operado, y éste fuera superior a la tem-

I

SABER ElECTRON1CA NI 23

clón: ·2SoC a +12SoC Tensión de alimentación : 11OJ220VCAó 12VDC Número de integrados: 3

Como funciona Se usan dos comparadores de tensión con amplificadores opera· cIonales del tipo 741 . En estos comparadores tene· mos dos entradas, una inversora y la otra no inversora, representadas por -.- y •+•. Podemos entonees tener dos modalidades de funetonamiento: a) Si aplcamos una tlmsión de referencia en la entrada inversora, dada por ei divisor resistivo R1-R2 en la figura 2, la tensión de salida podrá variar entre OV y 12V, aproximadamente en las siguientes condiciones : cuando la tensión aplicada en la entrada no inversora (venida del sensor) fuera menor que la tensión de referencia, la tensión de salida será práctcamente oola. Por otro lado, cuando la tensión en la entrada no Inversora fuera mayor que la tensión de reterencla, la tensJón de salida ser' prácUcamente 12V. La transición entre esas dos tensk)nes se hace de modo bien acentuado dado la elevada ganancia del alJ1)lHlcador operaclonal, del orden de 100.000

veces. En la salida de un operacional conectado de esta forma, si acoP'arnos un driver PNP su conducQón ocurrirá justamente cuando la tensión estuviera próxima de cero. Asl, en esta configuración el transistor de salida conducirá, activando el relé, cuando la tensión proporcionada por el sensor fuera menor que la tensión de referenda. Teniendo en cuenta que un sensor oonectado de la forma mostrada en la figura 2, con coeficiente negativo de temperatura, hace caer la tensión de entrada cuando la temperatura sube, este circuito opera como un disparo por sobretefTl)8ratura. b) En esta modalidad, apllcaSABER ElECTRONICA NI' 23

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mos la tensión de referencia en la entrada no inversora (+) y la tensión del sensor en la entrada inversora. Igualmente , dada la ganancia del amplificador operacional, tene. mos una transición rT1Jy rápida en su salm, cuando un valor supera alotro. As', cuando la tensión de la entrada inversora (sensor) supera a la de referencia. la tensión de salida caerá a cero, como muestra el gráfloo de la figura 3. Como también conectamos en la salm un driver tipo PNP, la conducción de este transistor ocurre cuando la tensión cae a cero, lo que QUiere decir que tendremos un disparo por subtemparatura, considerando nuevamente la conexión del sensor con coeficiente negativo de temperatura (NTC). En el proyecto final tenemos la fijación de los puntos de disparo por el ajuste de la tensión de los terminales de referencia en deter·

0 _ FKiiURA4

minadas tefTl)8raturas a través de trimpots. El sensor puede ser tanto un transistor corron, aprovechándose de su corriente de fuga (1ce0) q.¡e depende de la temperatura como parámetro principal, como también unNTC. lo il"'l'fK)rtante al elegir el sensor es llevar la tensión en el dtvlsor formado por R2 y P2 a un valor próximo de la m"ad de la aUmentación (6V), en las condiciones medias de operación (temperatura normal). Ajustamos entonces las tensiones de referencia arriba o abajo de 37

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~--bina son atraídos

por los polos opuestos del imán y repelidos por los palos del mismo nombre . El norte atrae al sur, por 10 tanto el norte repele al norte y el sur repele al sur. El resultado es un movimiento de la bobina en el sentido de que los polos de nombre diferentes se acerquen . Pero la bobina está montada de tal manera que existen en acción dos conmutadores (figura 4) . La función de este conmutador es invertir el sentido de circulación de la corriente en cada media vuelta de la bobina. ¿Por qué es esto? Para facilitar el anális is de su acción, y del funcionamiento completo del motor, vamos a llamar N y S a los polos del imán permanente, y A Y 8 a los polos de la bobina. Partimos entonces de la situación inicial, mostrada en (1) en la figura 5. En esta situación , el polo N atrae al polO A Y el S atrae al polo B , en vista del sentido de circulación de la corriente que es forzada a circular por la bobina. Se inicia el movimiento en el sentido del reloj. Cuando a los polos A Y B de la bobinp que se mueve están por

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Figura 2 Figuro}

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Figuro 3 CONUUTADOFlES

66

Figura 4

SABER ELECTRONICA N'l23

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'" acercarse a los polos del imán que

los atraen, ocu rre la inversión del sentido de la corriente, por acción del con mutador, mostrándose esto en (2). El resu ltado es que ahora , el

polo N pasa a rePBler el polo A y atraer al B, mientras que el polo S pasa a atraer a A y repeler a B. Con el comienzo del movimiento, la inercia adquirida por la bobina hace que

la misma continue su movimiento aho ra en el sen tido de adquirll la nueva posición determinada

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Figura 5

por la

atracc ión del iman, o sea , med ia vuelta más. Pero cuando se está por completar esta med ia vuelta más, como muestra la figura en (3). el conm utador nuevamente invierte el sentido de circulación de la corriente. El resu ltado, como puede imagi-

nar el lector, es que la pos ición de atracción para los polos de la bobina vuelve a desplazarse media vuelta mas , obligando as í a l rotor de la bobina a con tinuar en movimiento. Por mas que la bobina gi re en el

sentido de encontrar su posición de equilibriO, nunca lo alcanzará, pues siempre cuando está por llegar ese instante, la polaridad es invertida por el conmulador y el movimiento continúa. Mie ntras haya corriente circulando por la bobina y por lo tanto exista provisión de energia eléctrica al motor, el mismo gira y con ello podemos conseguir fuerza mecánica. El lector ya debe haber percibido que, si en la situación inicial la polaridad se invierte en la alimentación, el polo que atraerá a la bobina en su extremo A no será más el N, Y sí el S y el movim iento comenza rá en sentido contrario (figura 6) . La velocidad de rotación de estos pequer'\os motores depende d e diversos factores, como por ejemplo, su propia constitución mecán ica y también la tensión de alimentación , sin hablar de la carga, o sea, la lue(za que debe hacer. Una manera de controlar la velocidad de un motor de este tipo es a

través de la tensión aplicada, y para eso existen diversas posibilidades.

Control de velocidad El co ntrol más simple que podemos tener para un motor pequeno consiste en un potenciómetro de alambre o reóstato, que es conectado en serie, como muestra la figu ra 7. Sin embargo, este proceso presenta diversos inconvenientes, como, por ejemplo. el hecho de que el potenciómetro debe disipar una buena potencia, tendiendo a calentarse. Adem ás, este control no mantiene el torque del motor, o sea, su fuerza, en las rotaciones bajas. Con un control de este tipo, el motor no acelera linealmente, sino que da un ~salto~ y parte ya con cierta velocidad cuando abrimos un poco la alimentación. Los controles electrónicos, además de más eficientes en el aprovechamiento de la energía proporcio-

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Figura 6

Figura 7

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gran potencia, como el potenciómetro solo, también permiten mantener el tarque y la linealidad de la acele-

ración. En la figura 8 mostramos un con· trol simple del tipo "reóstato electrónico" , en que el potenciómetro es cambiado por un transistor, que sin

embargo actúa casi del mismo modo. la ventaja en este caso está sólo en la disminución de la disipa-

ción de potencia o pérdida en forma de calor, Que son mucho menores, permitiendo el uso de un potenció-

metro común de baja disipación. El control mostrado se presta para motores de 3 a 12V con corrientes de hasta 5QOmA El montaje en un pequefio puente de terminales aparece en la figura 9, observándose que el trans islor debe ser dolado de un disipador de calor, principalmente si el motor controlado

68

Figura 9

Figura 11

exige, en las condiciones máximas , corriente de más de 100mA. Para corrientes mayores, el transistor puede ser el 2N3055 con un buen disipador de calor. En la conexión de! potenciómetro es muy impo rtante elegir co rrectamente el orden de loS terminales para que la aceleraci6n ocurra cuando giramos su eje para [a derecha y no al contrario. En la figu ra 10 sugerimos la aplicación de un control de esle tipo en w un control w por cable de un autito. Si el motor puede ser alimentado por la red local, a través de un transformador, como ocurre en una pista de carrera de aulitos, o bien con un tren eléct,ico, existe la posibilidad de hacerse el control pulsante de velocidad con SCA. como muestra el circuito de la figura 11 . En este circuito el motor trabaja con corriente continua pulsan le. o

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47 0 n'

sea, con pu lsos de duración variable, que es determinada por la con ducción del SCA. El ángu lo de conducción del SC A determina la parte de cada pulso que llega al molar y por lo tanto su velocidad . En la posición de mayor resistencia del potenciómetro s610 es conducida una parte muy pequena de cada pulSO por el SCA y la velocidad del motor es mínima. En la posici6n de menor resistencia el pulSO entero es conducido y la veloc idad del motor es máxima. Con el SCR indicado. se pueden con trolar motores de hasta 1A o más, con tensiones de alimentación entre 3 y 12V. Debe observarse que existe una pequena caída de tensión en el SeR, del orden de 2V. que debe ser prevista. y también que. para corrientes por encima de 200 mA. debe ser montado en un buen disipador de calor. SABER ElECTRONICA Ni 23

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Del mismo modo, pequenas alteraciones en los valores del resistor R2 y del potenciómetro. pueden ser necesarias para cubrir toda la banda de rotaciones del motor y obtener mayor potencia.

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Problemas

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8C ~48

Figura 12 El tran sformador debe tener la misma tensión de alimentación del motor, ya que después de. la rectifi·

cación ocurre una elevación de valor de pico, la cual es a su vez compensada por la caída en el SeR. la corriente del transformador debe ser la corriente máxima exigida por el motor. Tenemos finalmente en la figura 12, un control por pulsos. pero que también puede trabajar con corriente

cont inua pura , o sea , a partir de pilas o baterías . En este caso, lo que tenemos es

un mul tivibrador aslable cuya '4re-

cuencía y simetria de los pulsos determinan la potencia que recibe el molor y que puede ser modificada en una buena banda a través de un

potenciómetro. Son los capacítores C1 y C2 los que determinan la banda de control de l ci rcuito y también el comportamiento en cuanto a la frecuencia .

Conforme el tipo de motor, estos capacitares deben ser modificados en el sentido de obtener mayor torque. Para los valores del diagrama , se cons ig ue un buen con trol con motores de 6V y corriente máxima de 500 mA. El transistor de salida (Q3) debe ser capaz de conducir la corriente exigida por el motor, y si ésta fuera superior a 100mA, debe ser montado en un buen disipador de calor. El mon taje podrá hacerse tanto en placa de circuito impreso como en puente de terminales . En la figura 13 tenemos nuestra sugerencia de montaje en puente. los trans istores al y 02 pueden ser de cualqu ier tipo NPN de uso general y los resislores todos de 1/8W. Los capacitares son cerámi· cos o de poliéster, con valores entre 100 nF y 470 nF. El mejor valor dependerá del tipo de motor que el lector pretende controlar.

Son diversos los lipos de proble· mas que pueden presentar lo s motorcitos de corriente continua. E l p rincipal es la formación de una capa de óxido en las láminas de cobre que en la mayoría de los tipos, sirve de contacto para los conmutadores. En estas condiciones el motor puede negarse a arrancar o incluso fallar. La solución, en este caso, con· siste en una limpieza con lija para quitar la capa de óxido . Otro problema consiste en el desgaste que acaba por perjudicar el con tacto de las láminas . En este caso, la solución consiste en forzar la aproximación de las láminas del rotor de modo de rehacer el contacto , y si hubie ra posibilidad , hasta proceder a su remplazo. En ciertos tipos de motores puede encontrar en el conmu tador un par de ~carbones· que, con el tiempo , acaban por gastarse. La solución en este caso consiste en su cambio . La lu bricación del motor en los puntos principales ta mbién sirve para mejorar su desempeno y debe hacerse de tiempo en tiempo.

Figura 13

SABER ELECTRONICA Ng 23

69

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~~®©~(J@(JUO ©Cill LECCION 23 EL CIRCUITO OSCILANTE En la lecci6n anterior vimos de qué modo se puede producir las ondas electromagnéticas, específicamente las ondas llamadas "de radio". Estudiamos también el comportamiento de estas ondas y de qué modo pu~tkn su usadas en servicios tk radiocomunicaciones. Aprendimos, que, en torno a la Tit"o, exisle una capa ioniUlda que refleja las ondas de determinadas longitudes, permitiendtJ osf su propagación a distancias enormes alrededor de nuestro planeta. En esta lección, continuamos hablando de las ondas de radio. pero entrando ahora en los procesos prácticos para .m producción. Hablaremos del circuito oscilanle que puede generar señales de una determinada frecúen cia, y es la base de los sistemas de transmisión.\ omo estudiamos. las cargas en movimiento pueden generar ondas electromagnéticas . Una chispa eléctrica es un ejemplo de eso , como ocurre en el caso de un rayo y del propio equipo transmi sor usado por Hertz y por Marcone. Sin embargo, en el caso de una chispa. no tenemos una onda electromagnéteca pura generada . Sino ondas que se esparcen por una ampha gama de frecuenClas _En ver·

C

dad , una chispa genera ondas de muchas longitudes (y frecuencias ) que producen energía en un espectro de frecuencias muy amplio, como sugiere la figura 1. Es por este motivo que, cuando ocurre un rayo, podemos "oírlo" en la radIO en una amplía gama de frecuenCias En cualqUier punto de la smton ía. en una banda que va de menos de 100 kHz a mas de 20 MHz podemos 01( claramente el 'chasque-

do· provocado por la emISión de ondas electromagnéticas de un rayo que "cae" en las prOXimidades. Estas seflales "desparramadas· por todo el espectro no son convenientes para una aplicaCión practica . La potencia de la senal se distribuye en un espectro muy amplio, y no hay penetración de la senal. o sea , la mis ma no conSigue Ir muy leJOS Ademas de esto . tenemos la interle· renCla en'frecuenCI3S que no son las '·0 1,1 · ...

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usar. Si pudiéramos concentrar la energía generada en una frecuencia ünica, o en una banda estrecha de frecuencias, como sugiere la figura 2, las ondas electromagnéticas podrían usarse con mucha mayor efiCiencia. Vea que 16s transmisores usados por Hertz y Marcon;, que tenían por base ·chisperos·, en verdad produ · lo que llamamos ·ruido·, ya que no había una frecuencia fija. Soladespués de algunos intentos investigadores consiguieron concelnt"" la energía en"una banda más estrecha de frecuencias, mejo· rando así la eficiencia de sus siste· mas de radio. ¿Cómo produCIr senales de frecuencía (mica? Es lO que veremos en esta lección, formando parte de los siste'Tlas usados en la mayoría de tos Itansmisores de radio.

23.1 - El circuito oscilante Imaginemos un inductpr (l) ,con..:t.,jo en paralelo con urf.capa· (C), como muestra la figura 3. Vamos a suponer una situación InICial en que el capacilor sea carga· do totalmente, temendo, por lo tanlo , carga .Q en una armadura y ·0 la otra armadura. la llave S se encu',""'a InICialmente abierta. lo que tenemos entonces es un ca'npo eléctriCO uniforme entre las armaduras del capacitar y en el mductor no tenemos corriente m

~~':~~~~I~a llave S en un deter·

Instante, la comente com","zaa flUir entre las armaduras (comente de descarga), de modo de pasar por el mductor A medida que la carga del capa· citar se reduce, aumenta la comente el inductor con el establecimiento de un campo magnétiCO. Ocurre entonces una transferen · cia de energía entre los dos campo· nentes: la energía que se encontra· ba almacenada en el capacitor en la forma de un campo eléctrico pasa el inductor en la forma de un

del campo magnético comienzan a contraerse, induciendo una tensión que desplaza carga para las arma· duras del capacitor volviendo a caro garla. A medida que el campo magnético se reduce , el capacitor se -, carga, pero con polaridad contrana a la del principio del proceso, como muestra la figura 5. CII'ICUllOOt-CII.... HTllM 1,.& CONDlCIOfI ""C,"L. Con el campo magnético totalCA .... CITOR C C"'ROAOO mente contraído, nuevamente toda la energía estará en el capac itar, manifestándose como un campo '"u"" 4 eléctrico entre las armaduras del capacitar. s I Como existe una conexión enlre el capacitar y el inductor, el proceso c .... , ..(N"ONf'ICO ( .. PAN"O" puede invertirse nuevamente y se IniCia un nuevo ciclo de descarga. El capacitar se descarga entonces a través del inductor, transfinendo su energía para un ca.mpo magnético, cuyas líneas de fuerza tienen orien(N 1,.& OfKAAG-A Ol e 1,.& (N(ROOA tación contraria a la de la fase ante· "AtA .... Roo .. AO"(l ICO Out SI! U""Mot: rior (figura 6) . En una fase posterior, las lineas de fuerza se contraen en una nueva transferencia 'de energía para el C"!KI" 01 -" capacitar, y este proceso continuaría lit indefinidamente si no hubiera ningün V MUS Ol factor externo que interfiera. C.... .8 ,. e .... GNlT!CO Tendriamos entonces una alter(" CO",RooCCION nanCia del campo eléctrico y magné· IICO de velOCIdad bien definida, dadas por las características del '---Z¡'f-'Á \ \;:;,.,,_ Inductor y del capacitar. Conectando OHeA"~ "AO"UICO e una antena en los componentes en S[ R(CAfOQA cuestión se produciría una onda electromagnética que sería irradIada por el espacio (figura 7). En la práCtICa, sin embargo, eXls te~ faclores que Imploen que el pro· cesode oscllaclon, o sea, alternanCia de cargas y descargas del capacitar O-O , C." ". G ~fT ICO se prolongue Indefinidamente. ""tv(>."USIO ... u"(M El ,"dUClor está hecho con alam· bres que presentan una cierta resiso tencia, del mismo modo que entre las armaduras del capacitar eXisten MuEv O CICLO ot: O(SeAO'IQA fugas de corriente (figura 8). Esta resistencia y esta fuga son campo magnétICO , como muestra la responsables por una pérdida de energia en cada ciclo de carga y figura 4. Cuando toda la energía del ca- descarga, energía ésta que se transpacitar pasa al Induclor, el proce· forma en calor. so se invierte: las lineas de fuerza

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carga y descarga del capacitor, o de establecimiento de campo en el inductor, la corriente disponible es menor: las oscilaciones no se man'Iellen sino que su intensidad graooJalmente disminuye. como muestra la figura 9. Lo que tenemos en este caso es la producción de una ~oscllaclón amortlguada~ que desaparece des pués de algunos ciclos. Para que las OSCilaCiones puedan continuar siempre con la misma mtensldad. compensando tanto la energía perdIda en la torma de calor en el circuito, como la energía irradiada en forma de ondas electromagnéticas, es preciSO disponer de una fuente de excitación externa Esta fuente de energía !lene por fmalldad ~entregar~ en el Instante preciSO de cada Ciclo. un poco de energia mas para mantener las OSCIlaCiones con la misma IntenSidad Se pueden usar elementos como tranSistores o valvulas para ~entre· ga(' energ ia al clfcullo oscilante de modo de manlenerlo en OSCilaCión constante. como sugiere la 'Igura 10. Este 9Slá formado por un ClrCUl' lo resonante capaz de oscilar en una frecuencia únICa y un elemento externo que provee energía para el mantemmlento de estas oscllaclones y se denomina ·oscllador" .En el caso especifICo en que la Irecuencla

23.2 - Cálculo de la frecuencia del circuito oscilante

CO"EC'uDO ,, ~~ ~'''ENA 'E "EOOOS " " , ....... , .. 'so ..

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(. Cómo dedUCir la fórmula que da la frecuencia de operación de un cir· cUita oscilante? Como debe haber perCibido el leclor, la frecuenCia con Que el circuito va a oscilar depende de la velocidad de los ciclos de carga y descarga del capaCitar, que es función de los valores de estos componentes. Usando algunos recursos de cálculo dIferenCial podemos facilmente llegar a una fórmula para calcular la frecuencia de un circuito oscilante LC . Sea el Circuito formado por un capacHor de capaCidad C y un mductor de mducta,ncla L, como muestra la figura 11. Para el efecto de los calculas suponemos que la resistencia asoCiada a los terminales y alambres de conexión del Circuito, así como la de la bobma del inductór, son despreCiableS . Incialmente tenemos el capacitar carQando con una tensión Va, lo que nos1l.lIeva a una carga inicial del capaCitar igual a qo . En el momento en que el interruptor S se Cierra, dando pnncipio a las oscilaciones, por las leyes de KI(choff (que serán estudiadas oportunamente) podemos escribir: L. di Idt + q/C . O Como ¡ - dq/dt

(23 .1)

podemos escribir:

dq/dt2.q/LC.O

la solUCión de esta actuación es: q"'qocosw

f lOUII ... 10 n L~U,AS

l .. t .. o.o.

O .lIuS,SIOA(S IItI'ONU' .... P ............. l .. !" ..... OS(; ...... C..", CON,o ... a

de operación correspOnda a la de las ondaselectromagnetlCas de ra· dio. se la llama ·oscllador de RF o radiofrecuenCia· . Se pueden hallar osCiladores de RFen los eqUipoS eleclronlcos que operan en frecuencias Que van desde 50kHz o menos. has· ta más de 500 MHz. Eslos clfcuitos

(23.2)

e '-dqJdt; wqosenwt: . w C Va senwt L (O. . .U","

1"1

cl .. r ..... OSI'1

Como para t=O tenemos: q_qoe i.O llegamos a:

son la base de cualquier tipo de transmisor de radio.

W .1/Vir' Pero, W .. 2 x PI x f

(23.3)

Nota: l os lectores a qUienes gustan estas deduCCiones pueden estu-

diar los pasos segUidos Vea entonces que la frecuencia

le

depende de en una razón in versa a la raíz cuadrada. Así :

. aumentando la capacidad disC" 'C u,TO

minUimos la IrecuenCla de las oscila-

OSC" A~' r

Ol fA fCU lO,C.A

v OA" " f

Ciones • aumentando la mductancla dismmUlrnos la frecuenCia de las oscilaOU ' OS'''. C'O'' Of CA " UOh."C,.

Ciones En ia practica. podemos usar para un capacl tor variable de modo de poder allerar la frecuenCia

e

de las OSCilaciones (figura 12)

De la fórmul a (233) podemos sacar otras dos relaci onadas que son la capacidad necesaria para

la formaCIón de un ClrCUlla para operar en cierta frecuenCia o Induclan -

,, 23.3 - Ejemplo de cálculo Saber calcular la frecuenCia de un Ci rCuito OSCilante es de Vita l

Im p ortancia en los proyec to s de transmisores de radio Tomemos el slgu.ente prOblema como ejemplo "¿Qué In duc tanC la debe tener una bobina para Quo:.. en Conjun to con un capacitar de 200 pF. OSCile en una IreclIenCla de 50 MH l?~ El primer paso para la SOluclon conSiste en cOlocar lOS oalos en las unidades correctas ASI 200 pI . 200 Jt 10 12F 1 .. 50 MH z .. 50 x 106 Hz L '" desconOCIdo Aplicamos enlonces la fórmula

e_

(23 5) l =

l

4 11' f1C

l

=

l

=

12.56 ... 2500 ... 200

2 Vea cuál es la magnitud que debe calcular y use una de las 3 fór· mulas

6.28 ... lO'

Recuerde:

1

.. 10

A part ir de este va lor pOdemos calcular cuántas espiras, y Qué dlá· metro y longitud debe tener la bob.· na para el circuito en cueshÓn .

. Un mductor y un capacitar en paralelo tienden a oscilar en una unlCa frecuenCia formando un circui· to OSCilante . . En el capacitar tenemos la enero gia alm acenada bajo la forma de ca mpo eléctrico , y en el inductor baJo la fo rma de campo magnético . - la frecuencia depende de los valo res del inductor y capacitar.

Procedimiento

Aclarando dudas

Vea el lector entonces Que tenemos un procedimiento cierto para el cálculo relativo a circuitos oscilantes : , Verifique las informac iones (datos) y conviértalos en las un ida· des correctas .

"¿Qué es resonancia?" De hecho . usamos este término algunas veces en nuestras e, ,~i(:a­ ciones , suponiendo que muchos tares están familiarizados con su significado, de modo que, para los

l =

6

6.28

l = 0. 159

Jo:;

10" ou 0. 159.uH

no lo conocen. se hace necesaria una explicación , Todos los cuerpos tienden a vib rar en una única frecuenc ia. Cuando se gOlpea un vaso de vidrio o una barra de hierro , emiten un sonido que depende de su naturale· za, o sea, del material de que están hecnos , del formato, y de sus dimensiones. la frecuencia del soni· do emitido es por lo tanto una frecuenc ia ·propia" de cada cuerpo . Decimos que estos cuerpos tie~en una determinada frecuencia de resonanCia, Las cuerdas de una guitarra tienen una frecuencia propia en que tienden a vibrar emitie ndo sonido cuando se las excita. Si tuviéramos dos guitarras perfectamente afinadas, como muestra la figura 13, y tocamos en la cuerda ~D(Y de una de ellas . su vibración

1'11 1.111 A 15

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tiende a excitar todas las cuerdas de la otra gUitarra. pero solamente una de ellas responderá de manera perceptible a esta excitación , pues es "resonante" a aquella frecuencia. El diapasón. que es un instrumen to usado en la afinac ión de instru -

no

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mentas musicales. opera justamente según el principio de resonancia: cuando go lpeamos este instrumento en forma de horquilla, em ite sonido de una frecuencia bien definida que co rre sponde a una nota mus ical patrOn (figura 14).

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