FASE 1- PRESENTAR SOLUCIÓN AL PROBLEMA DEL CIRCUITO CON DIODOS Y TRANSISTORES BIPOLARES INTEGRANTES: OSKAR ANDRES DELGADO DIAZ CESAR AUGUSTO HERNANDEZ LOBO ALDAIR DAVID POLO No. DE GRUPO: 243006_20 TUTOR: JUAN ALEJANDRO CHICA UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA, INGENIERIA ECBTI PROGRAMA: INGENIERIA ELECTRONICA ELECTRONICA ANALOGA BARRANCABERMEJA MARZO-13-2022 1 TABLA DE CONTENIDO INTODUCCION…………………………………………………………………....…….. PAG 3 OBJETIVOS………………………………….……………………………………....……PAG 4 DESARROLLO DEL PUNTO NUMERO 1 …………………..…………………....... PAG 5 DESARROLLO DEL PUNTO NUMERO 2 …………...……...…………………...... PAG 10 DESARROLLO DEL PUNTO NUMERO 3 .………………...……………..……...... PAG 13 CONCLUSIONES……………………………………………………………..…...….... PAG 17 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS……………………………………………...…. PAG 18 2 INTRODUCCION En esta actividad, aprenderemos a emplear los principios de funcionamiento de dispositivos semiconductores como diodos y transistores bipolares para el desarrollo de sistemas electrónicos análogos mediante apropiación de conceptos y solución a problemas de aplicación. Asumiremos que trabajamos en una compañía y vamos a dar solución de manera teórica, argumentativa, simulada y de manera real, realizando el componente practico en los laboratorios asignados. 3 OBJETIVOS 1. Analizar el funcionamiento de una fuente de poder básica que convierte AC, a DC. 2. Identificar cada uno de los elementos usados en el circuito entregado por la rúbrica, familiarizarse con ellos y comprender cuál es su función dentro de las etapas del circuito. 3. Se debe escoger una etapa del ejercicio y responder las preguntas solicitadas, para luego compartirlas en el foro de aprendizaje y generar conocimiento colectivo en el grupo. 4. Tomar capture de las simulaciones y compartirlas en este informe y el foro de participación de esta unidad. 4 DESARROLLO DEL PUNTO NUMERO 1. PARTICIPACION INDIVIDUAL ESTDIANTE – OSKAR DELGADO PARTICIPACION INDIVIDUAL ESTDIANTE – CESAR HERNANDEZ 5 PARTICIPACION INDIVIDUAL ESTDIANTE – ALDAIR DAVID POLO 6 El problema: presentar trabajando en equipo con cuatro compañeros, una solución llamada interruptor crepuscular, el cual permite automatizar el encendido y apagado de una lampara según las condiciones de iluminación existentes, de modo tal, que esta, permanezca encendida por ejemplo durante la noche y apagada durante el día. Figura 1. Diagrama esquemático del sistema a resolver. Nota: imagen tomada de la rubrica el cual es el circuito simulado en Proteus de nuestro interruptor crepuscular 1. Luego de la lectura de los recursos educativos requeridos para la unidad 1, Cada estudiante debe describir con sus propias palabras la teoría de funcionamiento del circuito anterior. Observando la figura 1, nos muestra el diagrama esquemático de el interruptor crepuscular el cual voy a dividir en 3 etapas del circuito para dar mi propia explicación del funcionamiento. • primera la llamare la etapa de control o reducción de voltaje de 120v AC a 9v o 12v ac: esta etapa esta compuesta por una fuente de AC, que para efectos prácticos seria una conexión a 120 voltios de una toma normal del circuito de una casa, luego esta es conectada a un transformador, el cual su función en este circuito es la de reducir ese voltaje inicial de entrada de 120v a 9v de corriente alterna. Los transformadores se basan en la inducción electromagnética. Al aplicar una fuerza electromotriz en el devanado primario, es decir una tensión, se origina un flujo magnético en el núcleo de hierro. Este flujo viajará desde el devanado primario hasta el secundario. Con su movimiento originará una fuerza electromagnética en el devanado secundario. Este concepto ya fue estudiado en semestres anteriores en electromagnetismo y es muy significativo el poder entender el fenómeno físico que en esta etapa se presenta. 7 Figura 2 Etapa de reducción en el circuito. Nota: ala izquierda la parte llamada reducción en la figura 1, y ala derecha imagen real de un transformador. • La segunda etapa la llamare de rectificación y filtrado, en esta sección podemos ver el puente rectificador el cual se compone de cuatro diodos rectificadores, los cuales realizan la función de hacer una rectificación de onda completa, y es aquí donde solo vamos a tener picos positivos, y la frecuencia va a aumentar, debido a esta rectificación. Luego tenemos el condensador electrolítico el cual va a tomar esta señal realizando un filtrado en esta onda y la va a tratar de minimizar su forma llevándola un poco a lo que conocemos como corriente directa o continua, pero aun acá va a ver un rizado en la onda, la cual luego es corregida totalmente por el diodo Zener la cual tiene una resistencia de protección. Los diodos Zener están diseñados para mantener un voltaje fijo a través del diodo cuando se polariza inversamente. Esta capacidad se utiliza para proporcionar voltajes de referencia conocidos, una operación importante en las fuentes de alimentación. Figura 3 Etapa de rectificación y filtrado Nota: a la izquierda, diagrama esquemático en el circuito, a la derecha, componentes reales en una tarjeta electrónica cumpliendo la función de rectificación y filtrado. 8 Figura 4 Diagrama de ondas en el proceso de filtrado. Nota: se representa lo que sucede con la señal de entrada de corriente alterna y su rectificación y filtrado para convertirse en una señal continua. • La tercera etapa la denomino el accionamiento o control crepuscular. Esta seria la etapa final que brinda al usuario el funcionamiento para el cual fue desarrollado y diseñado el circuito, en nuestro caso la función de este es ser un interruptor, que cuando exista luz sobre el circuito este accione el relé y prenda una carga al final, llámese bombilla, led, motor etc. Tenemos los siguientes componentes, el primero es la fotocelda LDR o también llamado foto resistor (Light Dependent Resistor), es un componente electrónico pasivo, que disminuye su resistencia con el aumento de intensidad de luz incidente. El funcionamiento es muy simple, cuando hay luz sobre la foto resistencia, la resistencia de esta cae, tirando a masa la tensión que había en la resistencia de la base del transistor. En palabras simples, cuando hay luz el relé no funciona, cuando la hay, la bobina del relé es excitada y cierra sus contactos, y el led que hay con el relé en paralelo se enciende. El potenciómetro que está en serie con la foto resistencia sirve para ajustar la cantidad de luz con la que quieres que el relé se abra o se cierre. Tenemos también un diodo rectificador el cual protege al transistor de las corrientes acumuladas en la bobina del relé, y la resistencia protege al diodo led para que no se queme. 9 Figura 5 Diagrama de ondas en el proceso de filtrado. Nota: se representa al lado izquierdo el diagrama esquemático de esta etapa, y alado derecho como se vería en una bakelita sus partes ya conectadas con los componentes mencionados. DESARROLLO DEL PUNTO NUMERO 2. ARGUMENTACION: Para Argumentar matemáticamente el diseño presentado cada participante debe seleccionar y realizar uno de los siguientes cálculos no será válido que dos participantes den respuesta al mismo calculo: Estudiante 1: Calcular la relación de transformación del transformador reductor teniendo como entrada en el primario 120VAC RMS y como salida en el secundario de 9VAC o 12VAC. Calcule también cuál sería la inductancia del primario Lp en el transformador TRAN-2P2S de Proteus para tener la salida de voltaje AC deseada. Para el desarrollo de este ejercicio tenemos 3 posibles fórmulas para hallar esta relación. 𝑵𝒑 𝑽𝒑 𝑰𝒑 = = 𝑵𝒔 𝑽𝒔 𝑰𝒔 Como tengo los voltajes de primario y secundario, usare la formula del medio 10 𝑽𝒑𝑹𝑴𝑺 𝟏𝟐𝟎 𝒗 = = 𝟏𝟑. 𝟑𝟑 𝒆𝒔 𝒍𝒂 𝒓𝒆𝒍𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑽𝒔𝑹𝑴𝑺 𝟗𝒗 Pero siendo curiosos voy a hallar esta relación en los voltajes pico, ya que estos son RMS. 𝐕𝐩𝟏 = 𝐕𝐫𝐦𝐬 𝟏𝟐𝟎 = = 𝟏𝟔𝟗. 𝟕𝒗 𝟎. 𝟕𝟎𝟕𝟏 𝟎. 𝟕𝟎𝟕𝟏 𝐕𝐩𝟐 = 𝐕𝐫𝐦𝐬 𝟗 = = 𝟏𝟐. 𝟕𝒗 𝟎. 𝟕𝟎𝟕𝟏 𝟎. 𝟕𝟎𝟕𝟏 𝑽𝒑𝑷𝑰𝑪𝑶 𝟏𝟔𝟗. 𝟕 𝒗 = = 𝟏𝟑. 𝟑𝟑 𝒊𝒈𝒖𝒂𝒍 𝒓𝒆𝒔𝒖𝒍𝒕𝒂𝒅𝒐 𝒒𝒖𝒆 𝒆𝒍 𝒂𝒏𝒕𝒆𝒓𝒊𝒐𝒓. 𝑽𝒔𝑷𝑰𝑪𝑶 𝟏𝟐. 𝟕 𝒗 Para calcular la inductancia del primario Lp en el transformador usamos la formula: 𝑉𝐼 2 𝐿𝑝 = ( ) × 𝐿𝑠 𝑉0 Como tenemos los dos voltajes los cuales son 120V y 9V y 1H reemplazamos los valores: 120𝑉 2 𝐿𝑝 = ( ) × 1𝐻 9𝑉 𝑳𝒑 = 𝟏𝟕𝟕. 𝟕𝟕𝑯 Estudiante 2Calcular del capacitor de filtrado del rectificador para obtener un rizado de 0.33 Vpp. Tenemos los siguientes datos • • • • F=Frecuencia= 120 Hz, ya que después del puente se duplica la inicial Vppr = 0.33 voltaje pico a pico de rizado Im= 100 mA= 0.1 Amperios= intensidad máxima de la carga del circuito. C= ???= capacitancia de mi condensador que no la conozco aun Procedo a usar la siguiente formula. 𝐶= 𝐼𝑚 100 𝑚𝐴 = = 2.52 ∗ 10−3 𝐹𝑎𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜𝑠 = 2.52𝑚𝐹 = 𝟐𝟓𝟐𝟓. 𝟐𝟓𝝁𝑭 (𝑉𝑝𝑝𝑟 ∗ 2𝑓) (0.33𝑉 ∗ 120𝐻𝑧) Pero si solo tengo en cuenta las corrientes del diodo led y el relé será Im=90Ma 𝐶= 𝐼𝑚 90 𝑚𝐴 = = 2.27 ∗ 10−3 𝐹𝑎𝑟𝑎𝑑𝑖𝑜𝑠 = 2.27𝑚𝐹 = 𝟐𝟐𝟕𝟐. 𝟕𝟐𝝁𝑭 (𝑉𝑝𝑝𝑟 ∗ 2𝑓) (0.33𝑉 ∗ 120𝐻𝑧) _____________________________________________________________________________ 11 Estudiante 3 Calcular el valor de la resistencia limitadora Zener. Para el ejercicio vamos a tomar como referencia el Diodo Zener 1N4733A, y vamos a usar los valores referenciados en la tabla de la teleconferencia los cuales nos dice lo siguiente: • • • Vs= voltaje de salida de la fuente ya rectificado= 12.7v-1.4v = 11.3v Vz= voltaje nominal del Diodo Zener = 5.1 v Izmax= intensidad máxima soportable del Diodo= 178 mA. Procedo a encontrar la intensidad mínima del Diodo usando la formula: 𝑰𝒛𝒎𝒊𝒏 = 𝑰𝒛𝒎𝒂𝒙 ∗ 𝟎. 𝟏𝟓 = 𝟐𝟔. 𝟕 𝒎𝑨 Luego continuamos hallando la resistencia mínima para el Diodo usando la formula: 𝑹𝒔𝒎𝒊𝒏 = 𝑽𝑺 − 𝑽𝒁 𝟏𝟏. 𝟑𝒗 − 𝟓. 𝟏𝒗 = = 𝟑𝟒. 𝟖𝟑 𝛀 𝑰𝒛𝒎𝒂𝒙 𝟏𝟕𝟖 𝒎𝑨 Luego continuamos hallando la resistencia máxima para el Diodo usando la formula: 𝑹𝒔𝒎𝒂𝒙 = 𝑽𝑺 − 𝑽𝒁 𝟏𝟏. 𝟑𝒗 − 𝟓. 𝟏𝒗 = = 𝟐𝟑𝟐. 𝟐𝟎 𝛀 𝑰𝒛𝒎𝒊𝒏 𝟐𝟔. 𝟕 𝒎𝑨 Por último, resuelvo la resistencia usando la formula: 𝑹𝒔𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑹𝒔𝒎𝒂𝒙 + 𝑹𝒔𝒎𝒊𝒏 𝟐𝟑𝟐. 𝟐𝟎 𝛀 + 𝟑𝟒. 𝟖𝟑 𝛀 𝟐𝟔𝟕 𝛀 = = = 𝟖𝟗 𝛀 𝟑 𝟑 𝟑 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒆𝒇𝒆𝒄𝒕𝒐𝒔 𝒅𝒆𝒍 𝒄𝒐𝒎𝒑𝒐𝒏𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒑𝒓𝒂𝒄𝒕𝒊𝒄𝒐 𝒖𝒔𝒂𝒓𝒆𝒎𝒐𝒔 𝒍𝒂 𝒅𝒆 𝟏𝟎𝟎 𝛀 Estudiante 4 Calcular el valor de la resistencia limitadora del LED. Revisando la tabla de datos, para los Diodos Led que nos muestran en la teleconferencia tenemos los siguientes: 𝑉𝐶𝐶 = 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝐷𝑖𝑜𝑑𝑜 𝑍𝑒𝑛𝑒𝑟 = 5.1 𝑣 𝑉𝑓 = 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐷𝑖𝑜𝑑𝑜 𝐿𝑒𝑑 = 3.6 𝑣 𝐼𝑓 = 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝐷𝑖𝑜𝑑𝑜 𝐿𝑒𝑑 = 20𝑚𝐴 𝑅𝐿𝐸𝐷 = (𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝑓 ) 5.1𝑣 − 3.6 𝑣 1.5 𝑣 = = = 𝟕𝟓𝛀 𝐼𝑓 20𝑚𝐴 20 𝑚𝐴 12 Estudiante 5: Por análisis deduzca la corriente de colector “no es necesario calcularla”. La corriente en el colector, será igual a la corriente que va a consumir la bobina del relé, la cual nos entregan en los datos del relé que es igual a 70 miliamperios. Y como están en serie con el transistor este será también su valor de corriente DESARROLLO DEL PUNTO NUMERO 3. Cada participante debe presentar la simulación del circuito utilizando Proteus, Multisim o cualquier otro simulador de circuitos electrónicos en que pueda evidenciar el correcto funcionamiento del sistema y realizar las siguientes mediciones: Figura 6 Capture de circuito simulado en Proteus Nota: se representa el circuito dado en la rúbrica, para poder aprender uno mismo a manejarlo en Proteus. 13 • Voltaje RMS (Eficaz) del primario y secundario del Transformador. utilizando el voltímetro AC. Figura 7 Capture de circuito simulado en Proteus. Transformador. Nota: capture de simulación de los valores de voltajes en el trasformador. • Voltaje Pico del Primario y Secundario del Transformador. utilizando el osciloscopio. Figura 8 Capture de circuito simulado en Proteus. Con osciloscopio. Nota: capture de simulación de los valores de voltajes en el trasformador, pero medido con el osciloscopio, señal amarilla es el primario, señal secundaria la azul. 14 • Voltaje de salida del rectificador con filtrado. Figura 9 Capture de circuito simulado en Proteus voltaje salida de fuente. Nota: capture de simulación de los valores de voltajes en la salida del Diodo Zener, • Voltaje VBE (Voltaje Base Emisor) del BJT. Figura 10 Capture de circuito simulado en Proteus funcionamiento del LDR. Nota: capture de simulación de los valores de voltaje entre base y emisor. Con led encendido. 15 Figura 11 Capture de circuito simulado en Proteus funcionamiento del LDR. Led apagado. Nota: capture de simulación de los valores de voltaje entre base y emisor y led apagado es 0.85v • Corriente de Colector IC del BJT. Figura 11 Capture de circuito simulado en Proteus medida de corriente de colector. Nota: capture de simulación de los valores de corriente de colector que es casi la misma que la teórica del relé. 16 CONCLUSIONES De acuerdo con las mediciones realizadas en las resistencias y el análisis de las mediciones con respecto a las magnitudes eléctricas podemos observar que fueron las esperadas con un mínimo error, el cual se encuentra dentro de un rango de tolerancia. Por lo que podemos concluir que la lectura de los cálculos realizados está acorde con los valores simulados. Conocimos el funcionamiento de cada una de las etapas de rectificación de una onda de corriente alterna a continua y aprendimos a calcular el valor de los elementos del circuito. De igual forma también conocimos el manejo de tablas de datasheet. También aprendimos un poco más a afianzar los conceptos de los circuitos electrónicos y con los simuladores, recordamos como utilizar de manera correcta los instrumentos de medida, como amperímetro y voltímetro. Pudimos ver la gran importancia del manejo de Proteus. 17 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Referencias GUILLEN, E. L. (s.f.). entorno de aprendizaje unidad 1, UNAD. Recuperado el 01 de MARZO de 2022, de Biblioteca Virtual E-LIBRO: https://elibronet.bibliotecavirtual.unad.edu.co/es/ereader/unad/53477?page=14 TORREZ, J. L. (s.f.). Entorno de aprendizaje UNAD. Recuperado el 02 de MARZO de 2022, de FORO creado para el curso: https://bit.ly/3hqbrPS TORREZ, J. L. (s.f.). Entorno de aprendizaje UNAD. Recuperado el 03 de MARZO de 2022, de foro creado para el curso: https://bit.ly/3Iu3WmQ FUENTES DE LAS IMÁGENES UTILIZADAS EN EL TRABAJO Referencias (s.f.). Recuperado el 03 de marzo de 2022, de https://www.areatecnologia.com/electricidad/potenciaelectrica.html www.asifunciona.com. (s.f.). pagina del navegador google. Recuperado el 03 de marzo de 2022, de http://www.asifunciona.com/electrotecnia/ke_voltaje/ke_voltaje_1.htm 18
