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UNIVERSIDADNACIONALDECOLOMBIA ******************** * TALLERDEINGENIERÍA* FACULTADDEINGENIERÍA* ************* * **********ELECTRÓNICA! DEPARTAMENTODEINGENIERÍAELÉCTRICAYELECTRÓNICA*************************************************************************************************************************************** 2019 <I
! !! Docentes:! Ing.%Iván%Jaramillo%Jaramillo! !!!!! Ing.%Giovanni%Baquero%Rozo%% Ing.%Mateo%Pradilla%Hosie! %
Práctica!1:!Componentes!!
electrónicos
Por%medio%de%esta%práctica%se%describen%y%trabajan%componentes%electrónicos%básicos% como%conductores,%interruptores,%pulsadores,%resistencias,%condensadores,%diodos,% transistores%bipolares%y%LEDs%que%son%útiles%para%todas%las%aplicaciones%en%esta%ciencia.!
1. Objetivo!
Dar! al! estudiante! una! rápida! introducción! de! los! componentes! electrónicos! fundamentales!como!los!conductores,!los!interruptores,!los!pulsadores,!las!resistencias,! los!condensadores,!los!inductores,!los!diodos,!los!transistores!bipolares!y!los!LEDs;!así! como!a!su!simbología!y!sus!códigos!estándar,!con!el!fin!de!conocer!su!comportamiento! y!analizar!algunas!de!sus!características.! Familiarizar!al!estudiante!con!el!uso!del!multímetro!haciendo!énfasis!en!la!medición! de!continuidad!y!resistencia!eléctrica!para!identificación!de!terminales!en!dispositivos! semiconductores!(diodos!y!transistores!bipolares).!!
2. Componentes!electrónicos!
Los! componentes! utilizados! en! las! prácticas! en! electrónica! se! pueden! dividir! en! activos!y!pasivos.!Los!primeros!permiten!amplificar,!detectar!o!generar!señales;!por!su! parte,! el! segundo! grupo! no! presenta! estas! características.! Dentro! de! los! elementos! activos! encontramos! principalmente! a! los! semiconductores,! y! en! los! componentes! pasivos!se!encuentran!las!resistencias,!condensadores,!inductores!y!transformadores.!
2.1. Conductores!
El! transporte! de! corriente! eléctrica! entre! los! elementos! de! un! circuito! requiere! el! uso! de! conductores.! Existen! varias! presentaciones! para! los! conductores! eléctricos,! entre! ellas! se! cuentan! los! alambres,! los! cables,! ejes,! pistas! de! cobre! en! circuitos! impresos,!láminas!metálicas!de!las!carcasas!de!los!equipos,!etc.!La!presentación!de!los! cables! depende! en! gran! medida! de! la! aplicación! en! que! vayan! a! utilizarse,! no! es! lo!
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mismo!trabajar!en!circuitos!de!prueba!con!tensiones!de!menos!de!12!V!que!trabajar!en! media!o!alta!tensión.!Vamos!a!tratar!especialmente!de!los!cables!y!los!alambres.! ! Los! alambres! son! conductores! formados! por! un! hilo! único! de! material! conductor,! que!puede!ser,!en!general,!cobre!o!aluminio.!Los!cables!son!conductores!conformados! por! varios! hilos! o! alambres,! los! cuales! van! trenzados! para! evitar! que! el! cable! se! desarme.! ! Figura%1:%Cable%conductor%sin%aislante(arriba)%y%con%aislante%(abajo).! Los!conductores!pueden!llevar!aislamiento!o!estar!desnudos,!como!se!muestra!en!la! Figura! 1.! El! aislamiento! puede! ser! de! varios! tipos! de! materiales,! dependiendo! de! la! aplicación,! generalmente! se! usa! un! material! plástico! como! el! PVC! (Figura! 2).! El! aislamiento! no! solo! sirve! para! separar! eléctricamente! varios! conductores,! provee! protección!contra!los!efectos!del!medio!ambiente,!permite!agrupar!varios!conductores! y! define! la! capacidad! de! corriente! que! puede! transportar! el! cable,! debido! a! que! dependiendo!del!material!podrá!disipar!más!o!menos!calor.! ! !
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% ¿Cómo% se% calcula% la% resistencia% eléctrica% de% un% cable,% alambre% de% protoboard% o% conductor?%% https://www.youtube.com/watch?v=AQ3a0qbRyMo!! En!general,!la!capacidad!de!corriente!soportada!por!un!cable!depende!del!material! del! conductor,! el! material! del! recubrimiento! aislante,! la! cantidad! de! hilos,! la! temperatura! y! el! calibre.! En! la! figura! 3! se! puede! observar! que,! para! determinado! calibre,!los!conductores!en!aluminio!tienen!menor!capacidad!de!corriente!debido!a!su! mayor!resistividad.!Por!otro!lado,!una!mejora!en!el!aislamiento!(TW!a!THWN!o!THWN] 2)!mejora!la!temperatura!máxima!y!así!mismo!su!capacidad.! ! Figura%3:%Capacidad%de%corriente%permisible%en%conductores%aislados%0%a%2000%V%nominales.% Temperatura%ambiente%de%30◦C%(NTC%2050%Tabla%310Y16).% !
2.2. Interruptores!
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Los! interruptores! se! usan! para! aislar! o! conectar! dos! partes! de! un! circuito! eléctrico.! Existen! gran! cantidad! de! interruptores! en! el! mercado,! diseñados! especialmente! para! cada! aplicación.! Algunos! se! usan! para! permitir! el! paso! de! grandes!cantidades!de!corriente,!otros!simplemente!para!señales.!Los!hay!de!varias! posiciones,! conmutadores,! de! varios! polos,! etc.! Algunos! interruptores! usados! típicamente!en!electrónica! se! muestran! en! la! Figura! 4.! ! ! ! Figura%4:%Interruptores.% ! En!general,!los!interruptores!poseen!piezas!fijas!y!móviles,!las!cuales,!al!accionar!el! interruptor,! ponen! en! contacto! las! partes! conductoras! que! permiten! conectar! dos! partes! de! un! circuito.! Para! aplicaciones! donde! el! interruptor! va! a! permitir! el! paso! de! grandes!cantidades!de!corriente,!además!de!los!contactos!puede!incluir!un!sistema!de! protección!contra!sobrecargas!o!corrientes!de!corto!circuito,!como!pueden!ser!fusibles! o!protección!termomagnética.!
2.3. Pulsadores!
Los! pulsadores! (Figura! 5)! son! un! tipo! de! interruptor.! Tienen! las! mismas! piezas! y! funcionan!de!manera!similar.!Hay!dos!tipos!de!pulsadores:!normalmente!abiertos!(NA)! y!normalmente!cerrados!(NC).! ! Figura%5:%Pulsador.%
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por! estándares! internacionales! tales! como! el! E6,! el! E12! y! el! E24.! En! el! cuadro! 2! se! muestra! la! clasificación! de! valores! nominales! de! resistencias! para! las! series! E! mencionadas.! Las!graduaciones!fundamentales!se!amplían!multiplicándolas!por!potencias!de!10.! E6(±20%)! 1!!!! 1.5!!!! 2.2!!!! ! 3.3!!!! 4.7!!!! 6.8!!!! E12(±10%)! 1!! 1.2!! 1.5!! 1.8!! 2.2!! 2.7!! ! 3.3!! 3.9!! 4.7!! 5.6!! 6.8!! 8.2!! E24(±5%)! 1! 1.1! 1.2! 1.3! 1.5! 1.6! 1.8! 2! 2.2! 2.4! 2.7! 3! ! 3.3! 3.6! 3.9! 4.3! 4.7! 5.1! 5.6! 6.2! 6.8! 7.5! 8.2! 9.1! Cuadro%2:%Valores%de%resistencias%disponibles%en%el%mercado.% ! Figura%8:%Código%de%colores.%
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2.4.1. !Resistencias!Variables!
Existen! resistencias! fijas,! como! lo! vimos! en! el! apartado! anterior,! y! también! resistencias! que! poseen! la! propiedad! de! variar! su! valor.! Dichas! resistencias! son! conocidas! como! potenciómetros,! y! en! el! siguiente! video! veremos! algunas! consideraciones:!https://www.youtube.com/watch?v=Pw80VsOQoow*
2.5. Condensadores!
Los! condensadores! son! elementos! eléctricos! de! amplio! uso! en! circuitos.! Explicaremos! brevemente! su! funcionamiento,! tipo! y! modo! de! identificación.! En! el! siguiente!vídeo!se!podrá!entender!el!funcionamiento!de!este!dispositivo:! https://www.youtube.com/watch?v=7jpS3FHmoWU! ! Figura%9:%Condensador%de%placas%paralelas%conectado%a%una%batería%y%resistencia.% El! par! de! placas,! separadas! por! un! medio! no! conductor! (aislante)! constituye! el! modelo! general! de! un! dispositivo! circuital! llamado! CONDENSADOR,! cuyos! símbolos! circuitales!son!los!que!se!muestran!en!la!Figura!10.! ! Figura%10:%Símbolos%circuitales%del%condensador.% La!característica!más!relevante!de!un!condensador!es!su!capacidad!para!almacenar!carga! eléctrica,!por!mecanismos!que!en!general!son!similares!al!descrito!anteriormente.! Se! puede! observar! que! en! un! circuito! que! tenga! condensadores! la! corriente! fluye! únicamente! mientras! el! condensador! se! carga! (es! decir,! durante! el! tiempo! en! que!
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Figura%11:%Tipos%de%condensadores.% La!capacitancia!de!un!condensador!puede!identificarse!por!los!siguientes!métodos:! ● El!condensador!puede!llevar!impreso!el!valor!de!capacidad!en!su!exterior.! ● Los!condensadores!de!poliéster!o!cerámicos,!usualmente,!llevan!escritos!tres!números,! como!se!muestra!en!el!Cuadro!3.!Las!dos!primeras!cifras,!igual!que!en!las!resistencias,! representan!las!cifras!significativas!del!valor!de!capacidad!en!picoFaradios![pF];!la!cifra! restante! representa! una! potencia! de! 10! por! la! cual! hay! que! multiplicar! las! cifras! significativas!para!darle!el!valor!de!capacidad.!Cabe!resaltar!que!el!valor!de!capacidad! obtenido! tiene! una! tolerancia,! al! igual! que! con! las! resistencias! de! la! forma! en! que! se! muestra!en!el!Cuadro!4.! Nominación! Valor!en!pF! Valor!en!nF! Valor!en! μ F! 105! 1.000.000! 1000! 1! 404! 400.000! 400! 0.4! 203! 20.000! 20! 0.02! 102! 1000! 1! 0.001! Cuadro%3:%Determinación%de%la%capacidad%del%condensador.% Letra! Tolerancia!en%! D! 0.5! F! 1! G! 2! H! 3! J! 5! K! 10! M! 20! Cuadro%4:%Código%de%tolerancia.%
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!Algunos!condensadores!tienen!código!de!colores!impreso.!El!Cuadro!5!muestra!el! código! necesario! para! interpretar! el! valor! de! los! condensadores! y! el! Cuadro! 6! para!la!lectura!de!sus!tolerancias.! ! Tabla!de!colores!! Colores! Banda!1! Banda!2! Multiplicador! Tensión! Negro! ]! 0! x1!! Marrón! 1! 1! x10! 100!V! Rojo! 2! 2! x100! 250!V! Naranja! 3! 3! x1000!! Amarillo! 4! 4! x10^4! 400!V! Verde! 5! 5! x10^5!! Azul! 6! 6! x10^6! 630!V! Violeta! 7! 7!!! Gris! 8! 8!!! Blanco! 9! 9!!! Cuadro%5:%Código%de%Colores%para%determinar%el%valor%de%los%condensadores.% ! Tabla!de!colores! Colores! Tolerancia!C! ≥ 10pF! Tolerancia!C! ≤ 10pF! Negro! ±20%! ±1!pF! Blanco! ±10%! ±1!pF! Verde! ±5%! ±0 , 5!pF! Rojo! ±2%! ±0 , 25!pF! Marrón! ±1%! ±0 , 1!pF! Cuadro%6:%Código%de%Colores%para%leer%las%tolerancias%de%los%condensadores.! Ejemplo:! Si!se!tiene!el!condensador!de!la!Figura!12,!su!valor!de!capacitancia!y!tolerancia!puede!ser! leído!como:! ! !
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A!continuación!podemos!encontrar!el!símbolo!eléctrico!del!inductor!con!diferentes! tipos! de! núcleo,! así! como! una! ilustración! donde! pueden! observarse! las! principales! características! constructivas! tales! como! longitud! y! sección! transversal! del! núcleo,! material! del! núcleo! y! número! de! vueltas! del!arrollado.!! ! ! ! Figura%14:% Símbolos% de%diferentes%tipos% de% inductores%y% diagrama% de%su%construcción.% Al!aplicar!un!voltaje!sobre!los!terminales!del!inductor!circulará!una!corriente!que,!a! su!vez,!producirá!un!flujo!magnético!alrededor!en!un!fenómeno!definido!por!la!Ley!de! Biot]Savart.! Al! aumentar! el! flujo! de! corriente,! aumentará! también! el! flujo! magnético! que!circula!alrededor!del!arrollado!y!cuando!la!corriente!decrece!el!inductor!entregará! esta! energía! acumulada! en! forma! de! campo! magnético! al! circuito,! por! lo! que! el! dispositivo!presentará!cierta!oposición!a!los!cambios!en!la!corriente.! La! oposición! a! los! cambios! en! la! corriente! que! circula! por! el! dispositivo! es! una! propiedad!eléctrica!que!se!denomina!inductancia!( L )!y!su!unidad!son!los!henrios!(H).! En!un!inductor!se!puede!definir!este!parámetro!como!una!relación!del!flujo!magnético! ,!la!corriente!eléctrica! i % y!la!cantidad!de!vueltas! N .!! !
[!]!
La!siguiente!tabla!muestra!algunos!de!los!inductores!usados!en!electrónica:!! ! !
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Tipo! Valores!Típicos! Solenoides!con! núcleos!de!aire!o! ferrita! ! 1nH!a!15mH! Toroides! ! 1 H!a!30mH! Encapsulados!o! Moldeados! ! 0.1 H!a!1mH! Chips! (^)! 1nH!a!1mH! Ajustables! ! 1nH!a!7mH! Cuadro%7.%Tipos%de%inductores.! ! Algunos! inductores! tienen! un! código! de! colores! muy! similar! al! de! los! resistores! que! permite!conocer!su!valor!en!henrios.!!Ver!la!siguiente!imagen,!
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Figura%16:%Símbolo%del%diodo%de%unión%y%su%presentación%comercial.% Otra!forma!común!de!identificar!cada!uno!de!los!terminales!de!un!diodo!es!con!la! ayuda! del! multímetro! en! su! función! de! medida! de! semiconductores.! Para! ello! se! sigue!el!siguiente!procedimiento:! ▪ Se! ubica! la! perilla! de! selección! de! medida! del! multímetro! frente! al! símbolo! de! diodo!que!aparece!allí.! ▪ Se!toma!el!diodo!que!se!quiere!identificar!y!se!colocan!las!puntas!del!equipo!en! cada!una!de!sus!terminales.! ▪ Se!observa!la!medida!entregada!por!el!multímetro!teniendo!en!cuenta!lo!siguiente:!
- Si! es! un! diodo! de! unión,! deberá! mostrar! un! valor! finito! o! tendiendo! a! cero! en! el! caso! de! que! las! puntas! roja! y! negra! del! multímetro! estén! conectadas!con!el!ánodo!y!el!cátodo,!respectivamente.!En!caso!de!haber! ubicado! las! puntas! de! medición! en! sentido! contrario,! el! multímetro! indicará!que!la!medida!se!sale!del!rango.!
- Si!es!un!led,!este!deberá!iluminar!de!forma!tenue!si!se!ha!conectado!de! forma!adecuada,!es!decir,!la!punta!de!color!rojo!en!el!ánodo!y!la!de!color! negro!en!el!cátodo!(Polarización!en!directo).!
- Si! el! multímetro! indica! siempre! que! la! medida! está! fuera! del! rango! (probando! con! las! dos! combinaciones! posibles! de! las! puntas! en! los! extremos!del!diodo)!significa!que!el!diodo!está!averiado.! El!diodo!se!compone!de!dos!sustratos!unidos!entre!sí!del!mismo!semiconductor! (Por! ejemplo! Silicio):! uno! que! ha! sido! dopado! con! impurezas! tipo! N! y! otro! con! impurezas!tipo!P.!El!ánodo!corresponde!con!el!terminal!conectado!al!material!tipo!P! y!el!cátodo!con!el!terminal!conectado!al!material!tipo!N!(Ver!Figura!17).!
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Figura%17:%Diodo%de%unión%y%su%conexión.% Aunque!en!esta!guía!solo!se!trataran!los!diodos!de!unión,!cuya!principal!aplicación! está! en! los! circuitos! que! convierten! corriente! de! AC! a! corriente! de! DC! (rectificación),! vale! la! pena! resaltar! que! existen! otros! tipos! de! diodos! para! múltiples! aplicaciones,! como! por! ejemplo! diodo! varicap,! el! LED! (light! emitter! diode),! el! Diodo! Zener,! entre! otros.! !
2.8. ¿Qué!es!un!LED?!
Uno! de! los! componentes! electrónicos! que! se! usan! con! frecuencia! son! los! diodos.! Dispositivos!semiconductores!que!se!forman!por!la!unión!de!dos!materiales.!Uno!de!los! tipos! que! encontramos! de! manera! recurrente! en! diferentes! equipos! y! lugares! son! los! diodos! emisores! de! luz! o! por! sus! siglas! en! inglés! diodos! LED,! ver! las! siguientes! imágenes. % Figura%18:%Símbolo%de%un%LED.!
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Figura%20:%Clases%y%símbolos%del%transistor%bipolar.%
2.10.(Protoboard(
El!uso!del!protoboard!es!de!gran!utilidad!para!cualquier!montaje!de!aquí!en!adelante.! Este! video! nos! explica! las! partes! que! constituyen! la! protoboard! y! cual! es! la! manera! correcta!de!realizar!montajes!en!ella.! https://www.youtube.com/watch?v=ulsv7uxDZoc%%
3.2.! Práctica!No.!1!
3.2.1.! Equipos!y!Elementos!Necesarios!para!la!práctica! ▪ Gafas!de!seguridad.! ▪ Guantes!dieléctricos!(Nitrilo).! ▪ Cable!para!protoboard.! ▪ 2 !diodos!1N4004.! ▪ 2!transistores!2N3904.! ▪ 2!transistores!2N3906.! ▪ 4!leds.! ▪ 2!condensadores!electrolíticos!de!3300!μF.! ▪ Resistencias!variadas:!10!x!10!Ω,!!10!x!100!Ω,!10!x!220!Ω,!10!x!330Ω,!10!x!1kΩ,! 10!x!2kΩ,!10!x!5kΩ,!10!x!10KΩ,!10!x!100!kΩ.! ▪ Mini!interruptor!de!palanca!para!protoboard.! ▪ Pulsador!de!4!pines!para!protoboard.! ▪ Protoboard.! ▪ Multímetro!digital.!
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▪ Cortafríos.! ▪ Pinzas!de!punta!plana.! 3.2.2.! Procedimientos! A. Medición!de!continuidad!y!del!funcionamiento!de!interruptores!y!pulsadores.! ● Ubique!el!multímetro!en!modo!continuidad.! ● Tome!un!pulsador!y!ubíquelo!en!la!protoboard!de!tal!forma!que!ninguno! de!!sus!pines!quede!en!corto!con!otro.!! ● Realice!un!dibujo!de!los!pines!del!pulsador!en!la!bitácora.!! ● Realice! pruebas! de! continuidad! con! todos! los! pares! de! pines! posibles! mientras!el!pulsador!se!encuentra!en!su!estado!natural.! ● Repita!el!procedimiento!anterior!con!el!pulsador!accionado.!! ● En! el! gráfico! de! la! bitácora! consigne! los! resultados! de! continuidad! e! identifique! entre! qué! pines! se! encuentra! el! pulsador! y! qué! tipo! de! pulsador!es!(NC!o!NA).!! ● Tome! un! interruptor! y! ubíquelo! en! la! protoboard! de! tal! forma! que! ninguno!de!!sus!pines!quede!en!corto!con!otro.!! ● Realice!un!dibujo!de!los!pines!del!interruptor!en!la!bitácora.! ● Realice! pruebas! de! continuidad! en! los! pines! mientras! el! interruptor! se! encuentra!en!su!estado!natural.! ● Repita!el!procedimiento!anterior!con!el!interruptor!accionado.!! ● En! el! gráfico! de! la! bitácora! consigne! los! resultados! de! continuidad! para! cada!estado!del!interruptor.! ! B. Medición!de!resistencias.! ● Tome!10!resistencias!surtidas!y!determine!su!valor!nominal.! ● Insértelas!dentro!de!la!protoboard.! ● Mídalas!con!el!óhmetro!según!se!ilustra!en!la!Figura!21.! Calcule!el!error!porcentual!actual!que!tiene!cada!valor!de!resistencia.!Para!esto! use!la!fórmula:! ! !""#"! =
!Consigne!el!valor!nominal,!el!valor!real!y!el!error!en!una!tabla!y!observe:!
- ¿Están! estas! resistencias! dentro! de! la! tolerancia! especificada! por! el! fabricante?! ¿En!caso!contrario!indague!por!qué!no?!
- Mida! la! resistencia! de! las! puntas! del! multímetro.! ¿Son! realmente! un! corto!circuito?!¿afecta!esto!la!medida?!
