Electronica Analogica, Guías, Proyectos, Investigaciones de Electrónica Analógica

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SECRETARIA DE EDUCACIÓN

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA

DEL SURESTE DE VERACRUZ

MANUAL DE ASIGNATURA

PROGRAMA EDUCATIVO

TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN

MANTENIMIENTO

ASIGNATURA

ELECTRÓNICA ANALÓGICA

AUTORES

ING. RENE ALBERTO ORGANISTA OLIVEROS

FECHA DE ELABORACIÓN

MAYO DE 2018

TSU. EN MANTENIMIENTO ÁREA INDUSTRIAL EXT. AGUA DULCE

TEMAS II.4. FALLAS EN CIRCUITOS CON TRANSISTORES BIPOLARES

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1. INTRODUCCIÓN

OBJETIVO

El alumno construirá dispositivos electrónicos analógicos básicos utilizados en equipos industriales y comerciales, mediante el empleo de componentes electrónicos, para conservar la operación de los procesos

COMPETENCIA Gestionar las actividades de mantenimiento mediante la integración del plan maestro, para garantizar la operación y contribuir a la productividad de la organización.

La electricidad y la electrónica son disciplinas íntimamente unidas entre si. La electricidad, se encarga del estudio, generación, y distribución de la energía eléctrica, así como de sus operadores y receptores asociados entre si, que la transforman en un elemento útil. Por otra parte, la electrónica es la rama de la física aplicada que estudia la construcción y diseño de circuitos que permiten generar, modificar y manipular una señal eléctrica. Las operaciones que llevan a cabo los circuitos electrónicos consisten en aumentar o atenuar una señal (amplificación y atenuación), forzar el sentido de circulación de la carga eléctrica (rectificación) o dejar pasar únicamente aquellas señales u ondas eléctricas de determinada frecuencia (filtrado).

Los circuitos electrónicos pueden clasificarse en analógicos y digitales, (el estudio en este curso será solamente analógico), según se trate de circuitos que permiten el tratamiento de una señal analógica o digital. Una señal es analógica cuando puede tomar cualquier valor en el tiempo dentro del rango permitido, y digital (multivaluada) cuando varía en el tiempo a intervalos concretos. Sin embargo, cuando únicamente puede tomar dos valores, se denomina digital binaria.

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En la actualidad, muchos de los aparatos y dispositivos que utilizamos a diario contienen circuitos electrónicos digitales (computadoras, teléfonos celulares, DVD…etc). El funcionamiento de cualquier circuito electrónico, sólo puede explicarse a partir del conocimiento del funcionamiento y características de cada uno de los componentes interconectados que lo integran. Estos se pueden clasificar en dos grupos: componentes pasivos y componentes activos. Tanto unos como otros se fabrican, generalmente normalizados, es decir, con parámetros o valores y características determinadas. Los componentes electrónicos pasivos no generan ni amplifican por si mismos señales eléctricas. Se comportan como receptores que pueden compensar o ajustar una señal eléctrica en un circuito.

Los componentes pasivos incluidos habitualmente en los circuitos electrónicos son las resistencias, capacitores y las bobinas. Por otra parte los componentes electrónicos activos pueden generar, modificar y amplificar el valor de una señal eléctrica. Son componentes activos las baterías, generadores, los diodos y los transistores. En general en todo sistema electrónico podemos encontrar tres tipos de elementos: los dispositivos de entrada (interruptores, resistencias variables con la luz, con la temperatura, etc, los dispositivos de salida (diodos led, relés, zumbadores….), y los dispositivos de control o proceso, que son los componentes capaces de realizar por si mismos una función concreta de control sobre las señales de salida en función de la señal de entrada recibida (transistores, circuitos integrados, etc).

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Construir y poner en funcionamiento rectificadores de onda completa con dos diodos y puente rectificador. Ser: Ordenado, Ético, Analítico, Observador, Proactivo

TEMA I.3. DIODOS ESPECIALES (ZENER Y LED)

Saber: Describir las características, parámetros y aplicaciones de los diodos zener. Describir las características, parámetros y aplicaciones de los diodos emisores de luz. Saber hacer: Construir y poner en funcionamiento circuitos que involucren diodos zener en aplicaciones de regulación de tensión. Resolver circuitos que permitan determinar la resistencia limitadora del diodo emisor de luz. Ser : Ordenado, Ético, Analítico, Observador, Proactivo:

TEMA I. 4. FUENTES DE TENSIÓN DE CORRIENTE DIRECTA (CD).

Saber : Describir las características, parámetros y aplicaciones de las fuentes de tensión no reguladas. Describir las características, parámetros y aplicaciones de las fuentes de tensión reguladas. Saber hacer: Desarrollar y poner en funcionamiento fuentes no reguladas de tensión. Desarrollar y poner en funcionamiento fuentes reguladas de tensión, tanto fijas como variables con circuitos integrados reguladores de tensión. Ser: Ordenado, Ético, Analítico, Observador, Proactivo

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I. DIODOS

I.1. DIODOS RECTIFICADORES

EL DIODO IDEAL.

Uno de los dispositivos electrónicos más sencillos que existen, pero no menos importante es el diodo. Sus características son muy similares a las de un interruptor sencillo y este, aparece en una amplia cantidad de aplicaciones, que van desde las mas sencillas a configuraciones realmente complejas. Para analizar la construcción y las características de un dispositivo real, es preciso considerar al diodo como un elemento ideal, lo cual nos ofrecerá, una base de comparación efectiva. El diodo ideal es un dispositivo de dos terminales, con el símbolo y características de operación que se muestran en la figura 1.1.

Figura 1.1. a) Símbolo del diodo, b) características de conducción.

VD

+ ID

- +

VD

ID VD

ID

+ -

- +

VD

ID

a) Símbolo b) Características

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De manera inversa, y relacionada con la conductividad de un material, se encuentra su resistencia al flujo de carga o corriente. Esto es, mientras mas alto es el nivel de conductividad, menor es el nivel de resistencia. En las tablas, el termino resistividad (ρ, la letra griega rho) se utiliza a menudo para comparar los niveles de resistencia de los materiales. En unidades métricas, la resistividad de un material se mide en Ω – cm, o en Ω – m. las unidades Ω-cm se derivan de la sustitución de las unidades para cada cantidad de la figura 1.2, en la siguiente ecuación.

Donde:

ρ = = Ω-cm

DIODO SEMICONDUCTOR

El diodo al ser un dispositivo de dos terminales, la aplicación de un voltaje a través de sus terminales permite tres posibilidades; sin polarización, polarización directa y sin polarización.

 Sin polarización aplicada ( VD = 0 V )

En ausencia de un voltaje de polarización aplicado, el flujo neto de la carga en cualquier dirección para un diodo semiconductor es cero.

R

1 cm

ρ l

A

R = ____

A

Fig 1.3. Definición de las unidades de resistividad R A

l

(Ω) (cm)^2 cm

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Figura 1.4. Diodo sin polarización

 Polarización inversa ( VD < 0V )

A la corriente que existe bajo las condiciones de polarización inversa se le llama corriente de saturación inversa, y se representa mediante Is

Figura 1.5. Diodo con polarización inversa.

 Polarización directa ( VD > 0V )

Un diodo semiconductor tiene polarización directa cuando se ha establecido la asociación tipo p y tipo n y negativo.

Figura 1.6. Diodo con polarización directa.

VD = 0v

ID = 0 mA

VD

Is

- +

(Opuestos)

VD

ID

+ -

(Similares)

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EJEMPLO 1. Para la configuración de diodos en serie de la siguiente figura, determine VD, VR e IR

VD = 0.7 V VR = E – VD = 8 V – 0.7 = 7.3 V ID = IR = VR / R = 7.3 V / 2.2 KΩ  3.32mA

EJEMPLO 2. Repetir el ejercicio anterior con el diodo invertido

E – VD – VR = 0

VD = E – VR = 8 – 0 = 8V

EJEMPLO 3. Para la configuración de diodos en serie de la siguiente figura, determinar VD, VR e ID

ID = 0A VR = IRR = IDR = (0A) 1.2 KΩ = 0V VD = E = 0.5V

Figura 1.8. Diodo en serie con una resistencia

Figura 1.9. Diodo invertido en serie con una resistencia.

Figura 1.10. Diodo invertido en serie con una resistencia sin polarización.

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EJEMPLO 4. Determinar Vo e ID, para el circuito en serie de la siguiente figura.

Vo = E – VT1 – VT2 = 12V – 0.7V – 0.3V = 11V ID = IR = VR / R = Vo / R = 11 / 5. KΩ  1.96mA

EJEMPLO 5. Determinar ID, VD y Vo para el siguiente circuito

Vo = IRR = IDR = (0A)R = 0V VD2 = circuito abierto = E = 12V E – VD1 – VD2 – Vo = 0 VD2 = E – VD1 – Vo = 12 – 0 -0 = 12v Vo = 0V

EJEMPLO 6. Determinar I, V 1 , V 2 Y Vo, para la configuración de dc en serie del sig. Circuito. I = E1 + E2 – VD / R1 + R2 = 10 + 5 – 0.7 / 4.7K + 2.2K = 14.3/6.9 KΩ = 2.07mA y los voltajes son : V 1 = IR 1 = 2.07 (4.7 KΩ) = 9.73 V V 2 = IR 2 = 2.07 (2.2 KΩ) = 4.55 V -E 2 + V 2 – Vo = 0 Vo = V 2 – E 2 = 4.55 – 5 = -.45V

Figura 1.11. Configuración de dos diodos en serie con una resistencia y Vo.

Figura 1.12. Configuración de dos diodos invertidos en serie con una resistencia y Vo.

Figura 1.13. Configuración de un diodo en serie con una resistencia y dos fuentes de alimentación Vo.

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PRÁCTICA NO. 1 NOMBRE DE LA PRÁCTICA: DIODOS EN SERIE Y PARALELO UNIDAD TEMÁTICA: I. DIODOS TEMA: (^) I. DIODOS RECTIFICADORES OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Que el alumno conozca y realice circuitos electrónicos con diodos en su configuración en serie y paralelo. TIEMPO DE LA PRÁCTICA: 2 horas FECHA: DESCRIPCIÓN: Realizar la simulación y la práctica de las siguientes configuraciones de diodos, observando su funcionamiento y sus parámetros de voltaje y corrientes correspondientes. MATERIALES Y EQUIPOS:  Software Electronic Workbench o de simulación de ctos. electrónicos  Protoboard  Diodos serie 1N4002- 4003  Multímetro  Osciloscopio  Herramienta para electrónica PROCEDIMIENTO:

1. Realice los problemas en Electronic workbench que se muestran en las figuras, desde el 1.8 hasta el 2.5.
2. Realice los problemas utilizando una tableta protoboard, que se muestran en las figuras, desde el 1.8 hasta el 2.5.
3. en cada una de los ejercicios, se tendrá que obtener las mediciones eléctricas correspondientes. RESULTADOS Y ANÁLISIS: El análisis sobre este tipo de componente electrónica, se basa en su estructura de material semiconductor, además de corroborar su funcionamiento dentro de la electrónica actual. CONCLUSIÓN Con esta practica, se pretende analizar el principio de conversión de la corriente alterna a directa. CUESTIONARIO
4. Investiga en libros e Internet, que otros tipos de diodos existen y sus aplicaciones REFERENCIAS

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I.2. RECTIFICACIÓN

ENTRADAS SENOIDALES; RECTIFICACIÓN DE MEDIA ONDA Ahora el análisis se ampliara para incluir las funciones variables en el tiempo, tales como la forma de onda senoidal y la onda cuadrada. La red mas simple que se examinara con una señal variable en el tiempo aparece en la siguiente figura.

Figura 1.16. Rectificador de media onda.

Durante el primer semi-ciclo de la corriente alterna que es en el periodo T → T/2, el diodo rectificador solo deja pasar al pulso positivo de la onda senoidal, con lo cual, al invertir su polaridad, el diodo se comporta como un circuito abierto y no permite pasar el ciclo correspondiente a T/2 → T, que es el semi-ciclo negativo en este caso solo los pulsos positivos cumpliendo con la rectificación de media onda. Como se muestra a continuación en la figura.

 Figura 1.17. Región de conducción (0 → T/2)

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EJEMPLO DE RECTIFICACIÓN DE MEDIA ONDA.

a) Dibujar la salida Vo y determinar el nivel de dc de la salida de la sig. Fig. b) Repetir el inciso a, si el diodo ideal es reemplazado por un diodo de silicio c) Repetir los incisos a y b, si Vm se incrementa a 200V

Figura 1.20. Voltaje de entrada y circuito

SOLUCIÓN:

a) en este caso, la configuración del diodo nos dice que solo conducirá la parte negativa, el cual, para el periodo completo el nivel de d.c. es: Vdc = -0.318 (Vm) = -0.318 (20V) = -6.36V El signo menos nos indica la polaridad de salida. b) Cambiando el diodo ideal por uno de silicio tendremos: Vdc  - 0.318 (Vm – VT) = - 0.318(20 – 0.7V) = - 0.318 (19.3V) = - 6.14V c) Para el incremento de 20 a 200V, tendremos: Ideal: Vdc  -0.318 (200V) = -0.318 (200V) = -63.6V

Silicio: Vdc  -0.318 (200-0.7V) = -0.318 (199.3V) = -63.38V

El nivel que se desea a partir de una entrada senoidal, se puede depurar al 100% si se utiliza un proceso llamado rectificación de onda completa. La forma mas común de realizarlo se muestra en la siguiente figura.

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 Figura 1.21. Puente rectificador de onda completa.

 Figura 1.22. Trayectoria de conducción para la región positivas de vi.

 Figura 1.23. Trayectoria de conducción para la región negativa de vi.

 Figura 1.24. Formas de onda de entrada y salida para un rectificador de onda completa.

Vdc = 0.636Vm