Compendio de Practicas Sensores 2005

CENTRO DE ESTUDIOS CIENTFICOS Y TECNOLGICOS No. 3

ESTANISLAO RAMREZ RUIZ

SISTEMAS DE CONTROL ELCTRICO 2005

Prcticas para la asignatura de:

Sensores

Autor: Ing. Luis Armando Loera Cervantes

SISTEMAS DE CONTROL ELCTRICO 2005 LABORATORIO DE SENSORES




PRCTICA No. 1.

SENSOR DE LUZ.

OOBBJJEETTIIVVOO:: El alumno obtendr los conocimientos necesarios acerca de los fotorresistores (LDR), para aplicarlos en la elaboracin de un sensor de iluminacin y as poder fabricar un sistema de control automtico de alumbrado.

MMAATTEERRIIAALL EEMMPPLLEEAADDOO:: 1 RESISTOR DE 330, 1 RESISTOR DE 1 K 1 POTENCIOMETRO DE 100K 1 TRANSISTOR NPN (TIP 41) 1 FOTORRESISTOR (2M o 10M) 1 RLE DE 5Vcd

EEQQUUIIPPOO EEMMPPLLEEAADDOO:: PROTOBOARD FUENTE DE ALIMENTACIN (5Vcd y 127 Vca) ALAMBRE DE CONEXIN PINZAS DE CORTE PINZAS DE PUNTA LMPARA INCANDESCENTE CLAVIJA DE CONEXIN PORTALAMPARAS

CCOONNOOCCIIMMIIEENNTTOOSS MMNNIIMMOOSS NNEECCEESSAARRIIOOSS:: FUNCIONAMIENTO DE LOS LDR. DIVISOR DE TENSIN (LEY DE OHM, CIRCUITOS SERIE). FUNCIONAMIENTO DE LOS BJT EN SATURACIN Y CORTE. IDENTIFICACIN DE TERMINALES Y USO DE LOS MINIRELEVADORES ELECTRNICOS.

Te recomendamos reafirmar tus conocimientos sobre estos temas, o en su defecto, realizar la investigacin correspondiente. De esta manera no tendrs prdidas de tiempo de prctica en el laboratorio.

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IINNTTRROODDUUCCCCIINN::

Los resistores dependientes de la luz LDR (Light Dependent Resistor) o fotoresistores son dispositivos que varan su resistencia en funcin de la luz que incide en su superficie fotosensible.

Se construyen a base de

semiconductores que no tienen una unin PN, el semiconductor principal es el sulfuro de cadmio, que tiene una sensibilidad a la luz similar a la del ojo humano. Por lo general, requieren de algunos milisegundos para responder a los cambios de la intensidad luminosa.

En el fotorresistor vara la resistencia segn la cantidad de luz

que incida sobre su superficie. Cuando no llega luz, o es muy poca la cantidad de luz incidente, su resistencia es muy alta (puede ser del orden de M), en cambio, cuando percibe luz externa, la resistencia es baja (del orden de cientos de ohms). Los fotorresistores se usan principalmente en relevadores que estn controlados por luz, un ejemplo tpico son las lmparas de alumbrado pblico en su encendido.

Nota: Su valor resistivo nominal se especifica sin que incida luz externa en ellos. DDEESSCCRRIIPPCCIINN DDEELL CCIIRRCCUUIITTOO::

El circuito a montar en esta prctica consta de dos etapas bsicas, la primera llamada divisor de tensin y la segunda es un interruptor electrnico. Primera Etapa Divisor de tensin: R1 cumple la funcin de limitar la corriente que fluye a travs del

LDR en el caso extremo en el cual R2 tenga un valor mnimo (casi cero) y la resistencia en el LDR sea muy pequea (cuando incide en la LDR una gran cantidad de Luz). De esta manera evitamos generar una corriente excesiva, la cual podra llegar a daar el potencimetro R2 o incluso al LDR.

El potencimetro R2 Ajusta el nivel de tensin en el que cambia

de estado el interruptor electrnico (T1) provocado por las variaciones de resistencia, y por lo tanto de tensin en el LDR, por esta razn se le puede llamar Ajuste de sensibilidad.

R3 (LDR), es el elemento sensible a la luz que permitir activar al

transistor T1 como consecuencia de la luz incidente en l.

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Segunda Etapa Interruptor Electrnico: Rb que tiene la funcin de proporcionar la corriente de base necesaria al transistor T1 para que

ste entre en un estado de saturacin o en un estado de corte. El Transistor T1 cumple la funcin de un

interruptor electrnico. En su posicin cerrada cuando exista una corriente de base suficiente para saturarlo. Y en su posicin abierta cuando la corriente de base sea cero, o al menos, lo suficientemente pequea para no saturar la base. El objetivo de esto es activar o desactivar algn dispositivo electrnico conectado a su colector como un Led o un miniRelevador electrnico.

El miniRelevador electrnico, tambin llamado simplemente Rle, es un Acoplador magntico que contiene una pequea bobina que funciona por medio de CD, comnmente trabajan con 5Vcd, 6Vcd, 12Vcd y 24Vcd, pero pueden existir otros valores comerciales (incluso, se fabrican Rles con bobinas controladas por CA).

Su funcionamiento se basa en crear un campo electromagntico en un Inductor (bobina) al hacer fluir una corriente elctrica por l, que sea capaz de mover mecnicamente un elemento metlico, de tal forma que logren hacer contacto un par de Platinos mecnicamente.

Es decir que un Rle es un interruptor

electromagntico, que contiene una bobina de control que al ser energizada provoca el cambio mecnico de un interruptor (Abre, o Cierra), este interruptor est totalmente aislado del funcionamiento de la bobina, por lo tanto es posible controlar cargas elctricas de diferente tensin y corriente a la utilizada por el circuito de control electrnico, e incluso controlarlas por otro tipo de fuente (de Corriente Alterna), lo cual es muy prctico para poner en marcha dispositivos elctricos (de mediana o alta potencia), como Lmparas o Motores controlados por medio de sistemas electrnicos (de baja potencia).

En general un Rle no contiene un solo interruptor (en nuestra rea de Sistemas de Control Elctrico, le llamaremos a este interruptor CONTACTO), los ms comunes estn formados por un Contacto Normalmente Abierto (N.O.) y otro Normalmente Cerrado (N.C.), ambos dependientes de una terminal llamada Comn (C). Nota: Es importante obtener los siguientes datos acerca de un Rle: Tensin y corriente de trabajo nominal de la bobina (de CD o CA). Nmero de Contactos Normalmente Cerrados y Normalmente Abiertos. Tensin y corriente capaz de controlar con sus contactos en CD y en CA

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PPRROOCCEEDDIIMMIIEENNTTOO PPRRCCTTIICCOO::

1. Mide la resistencia existente entre las terminales del LDR haciendo incidir un alto nivel de iluminacin en su superficie fotosensible y registra la resistencia obtenida.

2. Repite el procedimiento anterior pero con un nivel de iluminacin muy bajo (tapa completamente

la superficie fotosensible), registra nuevamente tus resultados.

CONDICIONES RESISTENCIA DEL LDR ()

Luz ambiente

Oscuridad

3. Mediante el uso del multmetro o un manual de reemplazos define la posicin de las terminales

del transistor (Colector, Base y Emisor). 4. Determina la configuracin de las terminales del miniRelevador electrnico (Te recomendamos

lo hagas con base en el uso del multmetro en su funcin de ohmetro).

5. Con todos los datos anteriores obtenidos podrs conectar el siguiente circuito.

Nota: Mantn alejada la lmpara de la superficie sensible del LDR para evitar un funcionamiento errneo. 6. Ajusta el potencimetro R2 a un nivel adecuado y estable en el cual el LDR detecte la presencia

o ausencia de la luz.

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EEJJEERRCCIICCIIOO PPRRCCTTIICCOO 11:: 7. Acerca tu mano lentamente sobre una distancia moderada de la superficie fotosensible del LDR,

a fin de disminuir gradualmente el nivel de iluminacin incidente en ella. Observa y registra el comportamiento del circuito.

8. Retira lentamente tu mano para aumentar gradualmente el nivel de iluminacin en el elemento

sensor. Observa y registra el comportamiento del circuito.

Despliega una conclusin de la forma de comportamiento del circuito, es decir emite un juicio sobre Para que aplicaciones sirve este circuito? No dudes en pedir auxilio a tus profesores de laboratorio si tu circuito no presenta un comportamiento adecuado. Recuerda que antes de solicitar ayuda debes verificar que tus conexiones sean correctas, que tus dispositivos funcionen adecuadamente y que las condiciones de trabajo sean ideales. EEJJEERRCCIICCIIOO PPRRCCTTIICCOO 22:: 9. Pon en funcionamiento la lmpara incandescente limitando la cantidad de luz incidente en la

superficie del sensor. Pero en esta ocasin, mantn la fuente de luz cerca del sistema, de tal forma que la luz de lmpara influya en el cambio de estado del circuito.

De esta manera tu circuito presentar un comportamiento inestable, pero no te preocupes, esto es lo que estamos buscando.

Define el Por qu? de este comportamiento de manera fsica y elctrica.

Resuelve tus dudas con tus profesores de laboratorio. Propn tus ideas y trata de mejorar o ampliar el circuito propuesto en esta prctica. Puedes redisear el circuito posteriormente dependiendo de de tus necesidades prcticas y el uso que quieras darle. CCUUEESSTTIIOONNAARRIIOO::

1. Explica brevemente el comportamiento de un LDR, define sus aplicaciones y limitaciones. 2. Justifica el uso de R1 en el divisor de Tensin. 3. Cul es la funcin Elctrica del potencimetro dentro del circuito? y Cual es su efecto

fsico en el sistema? 4. Cul es la funcin del transistor T1? Define en cual de las 2 regiones de trabajo de los

BJTs est operando este transistor. 5. Cmo podras evitar el comportamiento incorrecto del sistema cuando mantienes muy

cerca la fuente de luz que est controlada por l mismo?

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CCOONNCCLLUUSSIIOONNEESS::

Refiere tus conclusiones al funcionamiento del circuito, sus aplicaciones y desventajas. Trata de mejorarlo o cambiarlo dependiendo del uso que t quieras darle.

BBIIBBLLIIOOGGRRAAFFAA:: MICROCONTROLADOR PIC16F84. PALACIOS Enrique. Edit. Alfaomega Ra-Ma. Mxico 2004. PRINCIPIOS DE ELECTRNICA. MALVINO Albert Paul, Sexta edicin Edit. Mc Graw Hill.

Espaa. 2000 NOTAS PERSONALES Y OBSERVACIONES DE LOS PROFESORES DE LA ACADEMIA DE

SISTEMAS DE CONTROL ELCTRICO. 2005.

Ampla esta Bibliografa con el material usado para tu investigacin, es probable que te pueda ayudar en prcticas posteriores.

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AANNEEXXOO 11:: POR QU RB TIENE EL VALOR DE 1 K? Como puedes recordar de tu curso de Electrnica bsica y de Circuitos Lgicos los transistores de unin bipolar (Bipolar Juntion Transistor), conocidos como BJTs pueden funcionar en dos regiones. La primera es la regin lineal, en la cual puedes controlar gradualmente una tensin o corriente que sea variable en el tiempo e incluso amplificar su valor. En esta prctica no estamos utilizando esta regin, lo que hacemos es aprovechar la segunda regin de trabajo un BJT, sta es la de Saturacin y Corte. En la regin de saturacin y corte, un transistor puede controlar el flujo de corriente que viaja a travs de sus terminales de Colector y Emisor, dependiendo de la corriente que existe en su Base. Recuerda que esta relacin esta dada por:

= IC / IB

Como puedes observar la cantidad de corriente que fluye a travs del colector (Que es la misma que fluye por el emisor) depende de la ganancia del transistor () multiplicada por la corriente de Base. Ahora razona: La ganancia es un valor fsico del transistor que no podemos cambiar, por lo tanto la corriente que pasa por el colector solo depender de la cantidad de corriente que fluya por la base, de esta manera:

IC = () (IB) B

Donde es una constante fsica propia de cada transistor.

Analicemos el circuito simple de saturacin y corte del sensor de luz:

Como puedes observar, el circuito del transistor esta configurado para que trabaje en su regin de saturacin y corte. Sabemos:

9 Que la tensin aplicada en la bobina del Rle es de 5V. 9 Que el Tip 41 tiene una tpica de 100. Pero vara en

cada transistor. En este caso la consideraremos de 50. Pero no sabemos:

x Qu corriente fluir por el colector cuando el transistor se sature.

x Cul es la corriente de base. Primero, para poder determinar la corriente del colector debes

hacerte esta pegunta: Cunta corriente quiero que fluya entre el colector y el emisor? Lo que debemos lograr es activar la bobina del Rle, comnmente, stas bobinas consumen entre 50mA y 200mA. Tomaremos el caso extremo de 200mA. O sea que IC = 0.200 A.

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Bien, ahora, razonando un poco te podrs dar cuenta del circuito del sensor de luz que existen dos posibles casos:

Cuando la resistencia del LDR tiene un valor mnimo (que tiende a cero, por que existe una gran cantidad de luz en su superficie fotosensible), aqu su tensin tendr un valor cercano a cero y por lo tanto la corriente de Base tambin ser prxima a cero. Por lo tanto este caso no nos sirve de mucho, ya que si la corriente de base es cero, la corriente de colector ser cero y la bobina del Rle no se activar.

El otro caso se da cuando la resistencia del LDR tiende a infinito (no existe luz incidente en su

superficie fotosensible), esto implica que su tensin tomar el valor de la fuente, es decir 5 V. En este momento existir una corriente de base dada por IB = (VB B VBE) / RBB y por lo tanto tambin habr una corriente de colector que activar la bobina de nuestro Rle. Por esta razn podemos definir la tensin de Base con el valor de 5V para lograr la saturacin.

Pues lo nico que nos falta averiguar en este punto es la corriente de Base. Pero, si ya sabemos cual es la tensin de Base, lo que debemos calcular es la Resistencia de Base RB. Cmo la calculamos?

Ya con todas nuestras variables definidas: VB = 5V, IC = 200mA, = 50, VBE = 0.7V

Y analizando el circuito desde la Base haca el emisor:

(1) IB = (VB BB - 0.7V) / RBB

Ahora bien, sabemos que:

(2) IB = IC /

Sustituyendo (2) en (1):

IC = (VB -0.7V) / RB BB

Despejando RB: RB = (VB -0.7V) / IB C

Sustituyendo los valores iniciales:

RB = 50 (5 - 0.7) V / 0.2 A B

RB = 215V/ 0.2A = 1075 B

Si consideramos el valor comercial de resistores ms cercano, la RB deber tener un valor de

1000 . Es decir que RB = 1 k. Esta es la razn del Por qu? colocamos el resistor RB con este valor. NOTA: Si deseas lograr una saturacin ms estable de tu transistor, mide la , establece tus

variables y recalcula tu circuito, despus de todo, cada circuito tiene sus valores particulares dependiendo de las condiciones de trabajo en la que se encuentre funcionando.

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PRCTICA No. 2.

SENSOR DE TEMPERATURA.

OOBBJJEETTIIVVOO:: El alumno adquirir los conocimientos necesarios en la aplicacin y fabricacin de un sistema controlado por la temperatura, a travs de un sensor que produzca cambios elctricos en funcin de sus variaciones de temperatura.

MMAATTEERRIIAALL EEMMPPLLEEAADDOO:: 1 RESISTOR DE 330. 2 RESISTORES DE 1K. 1 POTENCIOMETRO DE 10K. 2 TRANSISTORES NPN (BC 548). 1 TERMISTOR DE COEFICIENTE NEGATIVO (NTC). 1 AMPLIFICADOR OPERACIONAL (LM741). 1 RLE DE 6Vcd

EEQQUUIIPPOO EEMMPPLLEEAADDOO:: PROTOBOARD FUENTE CALORIFICA (UN ENCENDEDOR, CERILLO O CAUTN) FUENTE DE ALIMENTACIN (SIMTRICA DE 6Vcd ,Y DE 127Vca) ALAMBRE DE CONEXIN PINZAS DE CORTE PINZAS DE PUNTA LMPARA O MOTOR (CARGA ELCTRICA), PORTALAMPARAS, CLAVIJA DE CONEXIN

CCOONNOOCCIIMMIIEENNTTOOSS MMNNIIMMOOSS NNEECCEESSAARRIIOOSS::

FUNCIONAMIENTO DE TERMISTORES DE COEFICIENTE POSITIVO Y NEGATIVO. FUENTES DE ALIMENTACIN SIMTRICAS (TENSIONES NEGATIVAS). CIRCUITOS NO LINEALES CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES (COMPARADORES

CON PUNTO DE CONMUTACIN DISTINTO DE CERO). ARREGLOS DARLINGTON CONSTRUIDOS CON BJTS SIMPLES. Te recomendamos reafirmar tus conocimientos sobre estos temas, o en su defecto, realizar la investigacin correspondiente. De esta manera no tendrs prdidas de tiempo de prctica en el laboratorio.

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IINNTTRROODDUUCCCCIINN:: En esta ocasin nos propondremos realizar un sistema de encendido y apagado de cargas elctricas activado por el cambio en la temperatura de un elemento sensor. El elemento sensor en esta practica ser un Termistor.

Los termistores, o resistores trmicos, son dispositivos semiconductores que se comportan como resistencias con un coeficiente de temperatura de resistencia alto y, generalmente negativo. En algunos casos, la resistencia de un termistor a temperatura ambiente puede disminuir hasta un 6% por cada 1C que se eleve la temperatura. Dada esta alta sensibilidad al cambio de temperatura hacen al termistor muy conveniente para mediciones, control y compensar con precisin la temperatura. El uso de termistores est muy difundido en tales aplicaciones, en especial en el rango ms bajo de temperatura de -100C a 300C.

Los termistores se componen de una mezcla sinttica de xidos metlicos, como manganeso, nquel, cobalto, cobre, hierro y uranio. Su rango de resistencia va de 0.5 ohms a 75 ohms y estn disponibles en una amplia gama de formas y tamaos. Los ms pequeos son cuentas con un dimetro de 0.15 mm a 1.25 mm. Las cuentas se pueden colocar dentro de una barra de vidrio para formar sondas que son ms fciles de montar que las cuentas. Se hacen disco y arandelas presionando el material termistor en condiciones de alta presin en forma cilndrica y plana con dimetros de 2.5 mm a 25 mm.

Los termistores aprovechan la dependencia que presenta la resistencia elctrica de cualquier material conductor con la temperatura. La sensibilidad a la temperatura se incrementa gracias al uso de materiales semiconductores, especficamente diseados para que su resistencia dependa agudamente de la temperatura del elemento. En los termistores se observan relaciones de la resistencia con la temperatura que no son lineales, sino ms bien de carcter exponencial.

Existen termistores de coeficiente positivo PTC (Positive Thermistor Coefficient) o negativo NTC (Negative Thermistor Coefficient), siendo este ltimo el ms tpico y de bajo costo.

Un termistor de coeficiente negativo de temperatura (NTC) es aquel cuya resistencia disminuye a medida que la temperatura aumenta, y un termistor de coeficiente positivo de temperatura (PTC) es aquel cuya resistencia aumenta conforme aumenta la temperatura. La variacin de temperatura puede tener dos orgenes distintos. El calentamiento es externo cuando la energa calorfica procede del ambiente en el que se encuentra la resistencia. El calentamiento es interno (y se denomina autocalentamiento), cuando la fuente de calor est generada, por efecto Joule, o sea por la propia corriente que atraviesa el termistor. Los NTC funcionan generalmente por calentamiento externo y son utilizados como sensores de temperatura, mientras que los PTC la mayora de las veces funcionan por autocalentamiento y se

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emplean para proteger los componentes electrnicos de un circuito de las sobrecorrientes que aparecen en el funcionamiento del mismo. Los termistores tienen, frente a otros componentes sensibles a las modificaciones de temperatura, las ventajas de su bajo precio, sus dimensiones reducidas, su rpida respuesta y su elevada resistencia nominal, es decir, su resistencia a 25C. DDEESSCCRRIIPPCCIINN DDEELL CCIIRRCCUUIITTOO::

En esta prctica, el circuito a fabricar esta formado por tres etapas: Primera etapa: Elemento Sensor

Esta conformado por un resistor de proteccin de sobrecorrientes (RT) para formar un divisor de tensin variable con los cambios en la temperatura del termistor. Por la ley de ohm para circuitos simples, te podrs dar cuenta que la corriente que fluye por este circuito depende primordialmente de la corriente que el termistor permite circular, ya que RT es constante. Despus, la tensin que se obtiene entre los terminales del termistor es igual a esta corriente multiplicada por el valor resistivo que presenta; y el valor resistivo del termistor esta determinado por su temperatura. Expresado matemticamente:

It = Vcd / (RT + R TERMISTOR ), si la ley de ohm dice: I = (V) / (R), Entonces:

V TERMISTOR = R TERMISTOR ( Vcd / RT + R TERMISTOR ) As, proporcionamos al circuito un punto de tensin variable con la temperatura, el cual nos servir para detectar los cambios en la temperatura de nuestro elemento sensor, o sea el termistor. Segunda Etapa: Divisor de Tensin de Ajuste

En esta parte del circuito se aprecia un divisor de tensin variable formado por 2 resistores, R1 es un resistor fijo, que impide una sobrecorriente cuando R2 tiende a un valor extremadamente pequeo, protegindolo de un dao elctrico. R2 es un potencimetro el cual se conecta en su terminal variable a la tensin de alimentacin. De tal forma que obtenemos un nivel de tensin variable en el punto VREF, ajustable a travs del valor resistivo de R2. Apoyo Tcnico: Considera que una derivacin de la ley de ohm dice: V = (i) (R), en este caso lo que determina la VREF es el valor de la corriente que fluye por la R Total, multiplicado por R1, por lo tanto VREF = (iT) (R1). Sabiendo que iT = 6Vcd / (R1+R2):

VREF = ( 6 Vcd * R1 ) / (R1+R2).

Que no es ms que la expresin matemtica para calcular la tensin de un resistor especifico en un divisor de tensin formado por 2 resistores.

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Tercera Etapa: Comparador de nivel formado por un Op-Amp El Op-Amp (Amplificador Operacional) es un dispositivo electrnico lineal el cual tiene una gran cantidad de aplicaciones y la ms sencilla es como comparador de nivel de tensin. Su estructura simple se basa en 5 terminales:

1.- Entrada Inversora: Es una entrada activa de operacin del circuito. 2.- Entrada No Inversora: Es la contraparte de la entrada inversora. Tambin es una entrada de

operacin. 3.- Alimentacin Positiva: Es la Alimentacin del circuito de tensin positiva. 4.- Alimentacin Negativa: Es la alimentacin negativa del circuito y debe tener una tensin de

valor negativo; comnmente este valor se obtiene de una fuente simtrica. En varias aplicaciones de encendido y apagado de dispositivos (en donde solo se necesita un valor positivo de tensin y un valor cero, esta terminal se conecta al punto comn de la alimentacin del circuito).

5.-Salida: Esta salida puede entregar una infinidad de valores de tensin (salida lineal) desde el

mximo valor de tensin positiva, hasta el mximo valor de tensin negativa, dependiendo del circuito formado con el Op-Amp.

El Amplificador Operacional Como Comparador Un circuito bsico formado con el Op-Amp es el comparador de nivel de tensin, su conexin ms simple es un Op-Amp con una de sus entradas referida a una tensin prefijada (Vref) y la entrada restante se llama Vin la cual ser nuestra entrada de tensin a comparar como se muestra a continuacin:

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En este circuito, cuando Vin recibe una tensin ms positiva (mayor) que la que se aplica en Vref, o incluso si es igual, la salida toma el valor de alimentacin negativo, polarizando en inversa el diodo Led y apagndolo. En el caso Contrario, en el que Vin es menor y solo menor a Vref, la salida adquiere el valor de tensin positivo +V, polarizando en directa el diodo Led, encendindolo. Esto se explica mejor en la grfica de tensin es que se muestra a lado. Con diferentes valores para R1 y R2 Se puede fijar el punto de conmutacin entre V y +V. Ahora, tenemos todas las herramientas para desarrollar nuestro sensor de temperatura con 2 niveles de tensin: Una Tensin Preestablecida por el usuario (calibracin de ajuste). Una tensin Variable y sensible a los cambios en la temperatura (con un termistor conectado a

Vin del comparador de nivel). Etapa final: Interruptor electrnico

Esta etapa esta formada por dos transistores en un arreglo Darlington bsico en su regin de saturacin y corte que sirve para controlar el flujo de corriente que puede circular a travs de nuestro Rle, para este entonces esta etapa no te debe presentar mayor problema, recuerda que al existir una tensin en la entrada de Rb se genera una corriente de base capaz de saturar al transistor, el cual dejar fluir toda la corriente de la fuente de alimentacin en la bobina del Rle. En este caso la corriente del colector estar multiplicada por la ganancia en arreglo Darlington. Si tienes problemas en entender la funcin de un Transistor en arreglo Darlington revisa el anexo 1 de este instructivo. PPRROOCCEEDDIIMMIIEENNTTOO PPRRCCTTIICCOO::

1. Utiliza tu multmetro en la funcin ohmetro para obtener la resistencia de tu termistor NTC a

temperatura ambiente (aprox. De 23C a 27C). Registra este valor. 2. Utiliza una fuente de energa calorfica (como un cerillo, una lmpara incandescente, una

plancha, un cautn o un encendedor) para aumentar gradualmente la temperatura de la superficie del NTC y observa lo que sucede con su valor resistivo. Despus de un tiempo corto Registra su valor resistivo actual.

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NOTA: Recuerda no calentar directamente la superficie del termistor, solo permite que su temperatura aumente a travs de la radiacin del calor. Trata de evitar el contacto directo del termistor con la fuente de calor. 3. Permite que el NTC se enfre, registra tus resultados y define tus conclusiones sobre el

cambio de la temperatura y el cambio de su resistencia. Realiza tus observaciones.

Condiciones R TERMISTOR NTC () Temperatura Ambiente

Temperatura incrementada 4. Determina cuales son las diferencias existentes entre los termistores PTC y los NTC, con

base en los cambios en sus propiedades elctricas a travs de sus alteraciones en su temperatura. Trata de determinar las aplicaciones para cada tipo de termistor.

5. Conecta el Siguiente circuito:

6. Establece un punto de conmutacin del sistema ajustando el potencimetro R2, trata que tu circuito sea lo ms sensible posible a los cambios de temperatura.

Si tienes problemas con este paso, por favor revisa el Anexo 2 de esta prctica. 7. Una vez conectado el circuito, calienta (sin que exista contacto total) la superficie del

termistor NTC1 hasta llegar a un valor menor al del nivel de tensin de referencia que hayas establecido y observa el comportamiento del circuito como sensor de temperatura.

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8. Permite que el termistor NTC1 se enfre a la temperatura ambiente y observa el comportamiento del circuito.

Si tu circuito presenta problemas no dudes en pedir ayuda a tus profesores de laboratorio, ya que ellos tienen la experiencia prctica suficiente para detectar errores, e indicrtelos para que t los puedas resolver.

9. Concluye tus juicios sobre el funcionamiento de este sensor, observa sus caractersticas y

define si cumple tus necesidades como usuario, propn tus ideas con tus compaeros y profesores y trata de mejorar el diseo de este circuito.

CCUUEESSTTIIOONNAARRIIOO::

1. A que se deben los cambios en la resistencia de los termistores al aumentar o disminuir su temperatura? Menciona si estas variaciones slo se presentan en estos componentes.

2. Explica la forma de operacin de un comparador de nivel hecho con Op-Amps.

3. Menciona otros dispositivos electrnicos con los cuales se pueden detectar cambios en la

temperatura (dispositivos termosensibles). Estos dispositivos pueden acoplarse al circuito presentado en esta prctica?

4. Da un ejemplo de aplicacin para este circuito implicando las ventajas y desventajas de su

uso. 5. Describe algunos ejemplos en los cuales puedas aplicar los comparadores de nivel de

tensin fabricados con Op-Amps.

CCOONNCCLLUUSSIIOONNEESS:: Refiere tus conclusiones al funcionamiento del circuito, sus aplicaciones y trata de definir nuevos circuitos que cumplan tus necesidades.

BBIIBBLLIIOOGGRRAAFFAA:: PRINCIPIOS DE ELECTRNICA. MALVINO Albert Paul, Sexta edicin Edit. Mc Graw Hill.

Espaa. 2000. ELECTRNICA INDUSTRIAL MODERNA. MALONEY Timothy J., Tercera edicin Edit. Prentice Hall. http://proton.ucting.udg.mx NOTAS PERSONALES Y OBSERVACIONES DE LOS PROFESORES DE LA ACADEMIA DE

SISTEMAS DE CONTROL ELCTRICO. 2005.


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AANNEEXXOO 11::

EL TRANSISTOR DARLINGTON El transistor Darlington es un dispositivo semiconductor que

combina dos transistores bipolares. Es un tipo especial de transistor que tiene una alta ganancia de corriente. Est compuesto internamente por dos transistores de la forma que muestra en la figura.

El transistor T1 entrega la corriente que sale por su emisor a la base del transistor T2.

Razonando, la ecuacin de ganancia de un transistor tpico es: IE = () (IB) (Corriente de colector es igual a beta por la corriente de base).

B

Entonces:

La ecuacin para el primer transistor es: IE1 = (1) (IB1) (1) La ecuacin para el segundo transistor es: IE2 = (2) (IB2) (2)

Observando el diagrama, la corriente de emisor del transistor (T1) es la misma que la corriente de base del transistor T2. Entonces:

IE1 = IB2 (3)

Utilizando la ecuacin (2) y la ecuacin (3)

IE2 = (2) (IB2) = (2) (IE1)

Sustituyendo en la ecuacin anterior el valor de IE1 de la ecuacin 1, se obtiene la ecuacin final de ganancia del transistor Darlington.

IE2 = (2) (1) (IB1)

Como se puede deducir, este amplificador tiene una ganancia mucho mayor que la de un transistor ordinario, pues aprovecha la ganancia de los dos transistores. Ya que sus ganancias se multiplican.

Si se tuvieran dos transistores con ganancia 100 (=100) conectados como un transistor Darlington y se utilizara la formula anterior, la ganancia sera, en teora: (2) (1) = 100 x 100 = 10000. Como se ve es una ganancia muy grande. En la realidad la ganancia es un poco menor.

Se utilizan ampliamente en circuitos en donde es necesario controlar cargas grandes con corrientes muy pequeas.

La cada de tensin entre la base y el emisor del transistor Darlington es 1.4 volts, que resulta de la suma de las cadas de tensin de base a emisor del primer transistor VB1E1 (0.7 voltios) y base a emisor del segundo transistor VB2E2 (0.7 voltios).

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AANNEEXXOO 22:: Cmo puedo establecer mi punto de conmutacin en el comparador de nivel? Como ya lo mencionamos el punto de conmutacin es el nivel en donde nuestro OP-Amp puede cambiar su estado de salida entre +V y V al cual hemos llamado Vref, a ste lo hicimos variable conectando un potencimetro para Calibrar el nivel de temperatura adecuado para nuestra aplicacin. Por esta razn debemos definir a qu temperatura queremos que nuestro circuito active su salida. Por Ejemplo: Mi termistor NTC tiene una cada de tensin de 0.65V a temperatura ambiente (27C). Al calentar su superficie hasta 100C su cada de tensin se reduce hasta 0.5V. Si quiero que mi circuito se active al alcanzar los 100C, debo colocar el punto de tensin

Vref en un valor muy cercano o igual a 0.5 V, digamos 0.52 V. Entonces Vref =0.52 V.

Aplicando la ecuacin para un divisor de tensin de 2 resistores:

VREF = (Vcd) * (R1 / (R1+R2))

Resolviendo la ecuacin para R2, para obtener el valor de resistencia en el cual debo colocar mi potencimetro:

R2 = R1 [ ( Vcd Vref ) / Vref ]

Si la tensin total en mi divisor de tensin es de Vcd = 6V. Y R1 = 330:

R2 = (330) (6V - 0.52V) / 0.52V = 3.477 K

Para efectos prcticos podemos considerar a R2 = 3.5K. Entonces, debo ajustar el potencimetro R2 de 10K al valor de 3.5K para que mi circuito se active a una temperatura aproximada a los 100C o ms.

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PRCTICA No. 3.

SENSOR INFRARROJO DE BARRERA.

OOBBJJEETTIIVVOO:: El alumno adquirir los conocimientos bsicos de funcionamiento y aplicacin de los dispositivos optoelectrnicos que trabajan con luz no visible (infrarroja), as como la fabricacin de un sistema de deteccin a travs de ellos.

MMAATTEERRIIAALL EEMMPPLLEEAADDOO:: 3 RESISTORES DE 330 1 RESISTOR DE 220 1 POTENCIOMETRO DE 220K 1 TRANSISTOR NPN (BC 548) 1 LED INFRARROJO 2 LEDS DE LUZ VISIBLE 1 FOTOTRANSISTOR SENSIBLE A LUZ INFRARROJA

EEQQUUIIPPOO EEMMPPLLEEAADDOO:: 2 PROTOBOARDS FUENTE DE ALIMENTACIN ALAMBRE DE CONEXIN PINZAS DE CORTE PINZAS DE PUNTA CUERPOS OPACOS Y TRASLUCIDOS EQUIPO DE MEDICIN

CCOONNOOCCIIMMIIEENNTTOOSS MMNNIIMMOOSS NNEECCEESSAARRIIOOSS:: FUNCIONAMIENTO DE LOS LEDS INFRARROJOS Y FOTOTRANSISTORES. DIVISOR DE TENSIN (LEY DE OHM, CIRCUITOS SERIE). LIMITADOR DE CORRIENTE (ELECTRNICA BSICA). FUNCIONAMIENTO DE LOS BJT EN SATURACIN Y CORTE.


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IINNTTRROODDUUCCCCIINN::

La electrnica es una tcnica bastante extensa de la cual se derivan varias ramas como la electrnica digital, la electrnica de potencia, la electrnica lineal, etc.

En esta prctica vamos a utilizar dos nuevos dispositivos electrnicos que pertenecen a la rama

de la electrnica que se dedica a los dispositivos pticos, la Optoelectrnica. Puesto que para generar un sensor de barrera ptico es necesaria la emisin de luz, debemos

tener un circuito que la genere, a este le llamaremos circuito emisor, ser nuestra fuente luminosa y adems debemos procurar que no existan perturbaciones de fuentes luminosas externas (interferencias pticas) en l. Una de las formas de lograr esto es usando luz que no se encuentre en la zona visible, tal vez, con una longitud de onda menor (luz Ultravioleta), o con una longitud de onda mayor (luz Infrarroja). En esta prctica, optamos por generar esta fuente de luz no visible con un diodo emisor de luz Infrarroja (LED IRED).

Empleando elementos como el galio, el arsnico y el

fsforo, un fabricante puede producir leds que emitan luz roja, verde, amarilla, azul, naranja o infrarroja (invisible). Los leds que producen radiacin visible son tiles en las maquinas, los instrumentos, las calculadoras, etc. como dispositivos indicadores. Mientras que los que emiten luz invisible tienen aplicacin en sistemas de alarma antirrobos, sistemas de monitoreo nocturno, etc.

El led infrarrojo al igual que los leds comunes tienen una tensin de polarizacin en directa que

flucta entre 1.2 y 2.2 volts para una corriente de trabajo que vara entre 10 y 50 miliampers. En segundo lugar, se requiere un circuito receptor. Para esta prctica optamos por construirlo

con otro dispositivo optoelectrnico llamado fototransistor IRed. El fototransistor es un transistor bipolar con la Base

abierta y adems es sensible a la luz, es decir, se comporta de la misma manera que un transistor BJT de tipo NPN, sin embargo, la corriente de base ser proporcionada por algn tipo de fuente luminosa.

El fototransistor sigue el mismo principio de funcionamiento de la fotorresistencia, su peculiaridad consiste en su amplificacin de seal debido al efecto transistor, la fotogeneracin de portadores se realiza en la base, los smbolos con los que nos podemos encontrar un fototransistor podemos verlos en la figura adjunta. Hay dos smbolos (en este caso para dispositivos npn, que son los normales).

Uno con la terminal de base y el otro sin ella, en el primer caso la corriente que entra por la base es la suma de la seal electrnica y la fotogenerada mientras que en el segundo caso slo

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podemos tener seal fotogenerada. Si nos olvidamos por un momento de la seal fotogenerada el comportamiento del dispositivo es exactamente igual que el del transistor convencional.

En la configuracin de tres terminales, comnmente, se elimina la terminal de base, de modo que el dispositivo pueda usarse como un transistor bipolar convencional con o sin la caracterstica adicional de fotosensibilidad. En la configuracin de dos puntas, la base no est disponible elctricamente y el dispositivo slo puede usarse con luz como entrada. En muchas aplicaciones, el fototransistor se usa en la versin de dos terminales. LA BARRERA PTICA INFRARROJA Para esta prctica hemos optado por realizar una barrera infrarroja que active un dispositivo cuando sea interrumpida fsicamente, es decir, que nuestra salida se activar cuando algn objeto (comnmente opaco) obstruya la recepcin de luz IRED en el circuito receptor, que estar construido con el fototransistor. Podemos decir, entonces que el circuito de recepcin se basa en la saturacin y el corte de nuestro fototransistor, y ste, a su vez, estar controlado por la emisin la luz IRED proveniente del circuito emisor. Es importante que te quede claro que entre el circuito emisor y el circuito receptor no existe contacto elctrico, el nico tipo de conexin fsica que los une es la barrera ptica, de ah la importancia de los sistemas construidos con elementos optoelectrnicos. Con este tipo de sistemas se pueden controlar dispositivos a distancia (Controles remotos), enviar informacin codificada (Como los puertos infrarrojos de las PC o celulares), acoplar diferentes etapas de control (Optoaisladores u Optoacopladores) o activar sistemas de seguridad (Alarmas). Uno de los puntos clave para el buen funcionamiento de una barrera infrarroja es que el dispositivo emisor y el dispositivo receptor se encuentren exactamente uno frente al otro para que se aproveche la mayor cantidad de energa luminosa posible, y la deteccin de los cuerpos sea ms estable. Algo ms que debes recordar, es que a pesar de que las alteraciones de funcionamiento que la luz externa (luz ambiental) produce en los dispositivos infrarrojos son mnimas, si calculas tu sistema a fin que sea extremadamente sensible, puedes hacer que sea vulnerable a la luz natural. Esto se debe a que el espectro electromagntico de la luz contiene un rango de luz IRED, el cual si no se tiene en cuenta puede afectar las acciones de nuestro circuito. DDEESSCCRRIIPPCCIINN DDEELL CCIIRRCCUUIITTOO::

El circuito a fabricar en esta ocasin consta de tres etapas: Primera etapa: Circuito Emisor

La primera etapa esta formada por un limitador de corriente para un led IRED, esta etapa es solo un circuito que permite polarizar correctamente al led para que emita luz infrarroja. Adems contiene un led de luz visible (rojo, verde, amarillo, etc.) conectado en serie. La funcin de este led es la de permitirte determinar si

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existe una corriente fluyendo a travs de toda la rama, y as poder asegurar que el IRED esta emitiendo luz. Esto se hace por que el IRED no emite luz visible para el ojo humano y por lo tanto, no podrs ver cuando se encuentre encendido incluso, si fluye corriente a travs de l. Apoyo Tcnico: Calculando R1, por la ley de ohm, con Ifor = 15 mA

VR1 = Vcd VforIRED VforLED

Para Vcd = 6V , VforIRED = 1.3V, VforLED = 1.3V Despejando

R1 = VR1 / Ifor Al final:

R1 = (6V - 1.3V - 1.3V ) / 0.015A = 226.66 El valor comercial ms cercano es de 220, por lo que R1 = 220 .

Segunda etapa: Circuito Receptor

La segunda etapa es el circuito receptor de luz infrarroja. Esta formado bsicamente por un fototransistor de luz infrarroja de dos terminales.

Cuando el Led IRED emite su luz sobre la superficie de la Base del fototransistor Q1 la resistencia de su unin Colector-Emisor se vuelve extremadamente pequea (casi cero), comportndose como un interruptor cerrado, lo cual significa que la tensin entre sus terminales tendr un valor muy prximo a cero, que se refleja en el transistor Q2 como una corriente de base cero, esto implica que la corriente que fluye a travs de Q2 ser lo suficientemente pequea para que el Led indicador de luz visible D3 permanezca apagado.

Cuando la luz proveniente del circuito emisor es interrumpida de alguna forma

(rompiendo la barrera ptica), la unin Colector-Emisor del fototransistor Q1 adquiere una resistencia extremadamente grande (casi infinita), comportndose como un interruptor abierto. Esto significa que la diferencia de potencial entre las terminales de Q1 ser la tensin mxima de rama (que estar determinada por los valores de R2 y R3), generando una corriente de base en Q2 para que la corriente en su colector sea suficiente para encender el Led indicador D3.

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Tercera etapa: Circuito Actuador El actuador es el elemento del circuito que te proporciona la posibilidad del control de salida final, que en este caso, viene dada por el transistor Q2, que sirve para excitar el led de luz visible D3, nicamente como un indicador. Es posible acoplar esta etapa a otros elementos, como miniRelevadores, optoacopladores o incluso, con otros de procesamiento de seal como lo pueden ser dispositivos digitales (Circuitos Lgicos), con lo cual podras realizar operaciones lgicas, conteos de eventos, y el monitoreo o codificacin de las seales que te proporciona el sensor de barrera.

PPRROOCCEEDDIIMMIIEENNTTOO PPRRCCTTIICCOO 11 FFUUNNCCIIOONNAAMMIIEENNTTOO BBSSIICCOO::

1. Conecta el circuito emisor como se explica en la introduccin asegurndote de que a travs

del led IRED fluya una corriente adecuada. 2. Coloca el fototransistor enfrente (totalmente alineado) al circuito emisor de luz IRED y mide

su valor resistivo entre sus terminales de Colector y Emisor y registra tus resultados. (el circuito emisor debe estar funcionando).

3. Continua midiendo el valor resistivo del Fototransistor, pero esta vez sita un cuerpo opaco

(como un papel, una moneda o una credencial) en medio de la barrera de luz IRED que formaste. Registra tu resultado.

CONDICIONES DE LA BARRERA PTICA RESISTENCIA DEL FOTOTRANSISTOR ()

SIN OBSTRUCCIN

OBSTRUIDA

4. En base a este procedimiento, dictamina tus conclusiones acerca del funcionamiento del

fototransistor IRED y cmo lo puedes aplicar.

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5. Conecta el siguiente circuito:

NOTA: Mantn una separacin del receptor y el emisor entre 2cm y 3cm de distancia lineal.

6. Ajusta el Potencimetro R2 apenas hasta que la luz natural no interfiera el funcionamiento del circuito, o sea que el circuito se mantenga estable (El led indicador debe estar apagado).

7. Observa el comportamiento del circuito cuando no existe una obstruccin en la barrera

ptica y analiza por que se comporta as basndote en los pasos 2 y 3 del este procedimiento.

8. Obstruye la barrera ptica formada entre los dos elementos mnimos de circuito (emisor y

receptor) con un cuerpo opaco y observa los cambios que presenta. Puedes determinar por qu pasa esto?

No dudes en pedir auxilio a tus profesores de laboratorio si tu circuito no presenta un comportamiento

adecuado. Recuerda que antes de solicitar ayuda debes verificar que tus conexiones sean correctas, que tus dispositivos funcionen adecuadamente y que las condiciones de trabajo sean ideales.

PPRROOCCEEDDIIMMIIEENNTTOO PPRRCCTTIICCOO 22 SSEENNSSIIBBIILLIIDDAADD DDEE DDEETTEECCCCIINN::

9. Obstruye la barrera ptica formada entre los dos elementos del circuito (emisor y receptor) con un cuerpo Traslucido (como una mica, o un vidrio), Existen cambios en el circuito?

10. Si tu circuito no presenta una respuesta ante cuerpos traslucidos, tal vez es necesario

ajustar la sensibilidad del circuito receptor. Para ello sigue los siguientes pasos:

Coloca tu cuerpo traslucido obstruyendo la barrera ptica. Ajusta el Potencimetro R2 justo hasta que el indicador del circuito se active. Quita tu cuerpo traslucido de la barrera. El indicador se debe desactivar. Ahora tu barrera debe detectar incluso cuerpos traslucidos.

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El procedimiento anterior lo puedes aplicar para cualquier tipo de cuerpos que quieras que tu barrea sea capaz de detectar.

NOTA: Recuerda que al aumentar demasiado la sensibilidad de tu circuito puedes provocar que la luz natural influya en su funcionamiento, lo cual debes tomar en cuenta para que tu circuito no se comporte de manera inestable.

11. Reflexiona Por qu el potencimetro R2 te permite cambiar la sensibilidad de deteccin? PPRROOCCEEDDIIMMIIEENNTTOO PPRRCCTTIICCOO 33 AALLCCAANNCCEE DDEE LLAA BBAARRRREERRAA::

Como te dars cuenta la separacin que estamos utilizando en la barrera (de 2cm a 3cm), no parece ser muy til para muchas aplicaciones, bien, pues R2 nos sirve para controlar tanto la sensibilidad de deteccin como el alcance de la barrera.

12. Trata de colocar el circuito emisor en un protoboard distinto al del receptor. Ajusta el

Potencimetro R2 para que el sistema se mantenga estable. 13. Separa lentamente el circuito emisor del circuito receptor, no olvides que la barrera ptica

debe permanecer alineada en todo momento. 14. Cuando alcances una distancia adecuada reajusta el potencimetro R2 hasta el indicador se

desactive. 15. introduce nuevamente un cuerpo opaco en la barrea y debers observar la activacin del

indicador.

16. Reflexiona Por qu el potencimetro R2 te permite cambiar la distancia de alcance de la Barrera?

Con este circuito puedes llegar a obtener una distancia cercana a 30cm establemente,

dependiendo de la calidad de tus componentes y las condiciones ambientales. Pero recuerda que si recalculas tu circuito puedes llegar a obtener la distancia que t desees. No sin olvidar los efectos que la luz ambiental causan en el comportamiento del circuito cuando este es demasiado sensible.


1. Cmo opera un Led IRED? 2. Cul es el funcionamiento del Fototransistor? 3. Por qu el elemento emisor debe estar alineado fsicamente con el elemento receptor? 4. Cules son las ventajas y desventajas de usar un sistema de luz IRED? 5. Describe cmo podras evitar las alteraciones del la luz ambiental cuando el sistema es muy

sensible.

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CCOONNCCLLUUSSIIOONNEESS:: Refiere tus conclusiones al funcionamiento del circuito, sus aplicaciones y desventajas as como su estabilidad ante el ambiente. Trata de mejorarlo o cambiarlo dependiendo de la uso que t quieras darle.


Espaa. 2000. ELECTRNICA INDUSTRIAL MODERNA. MALONEY Timothy J., Tercera edicin Edit. Prentice

Hall. NOTAS PERSONALES Y OBSERVACIONES DE LOS PROFESORES DE LA ACADEMIA DE

SISTEMAS DE CONTROL ELCTRICO 2005.


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AANNEEXXOO 11:: EELL SSEENNSSOORR PPTTIICCOO DDEE BBAARRRREERRAA HH2211AA11 En la prctica numero tres realizamos una barrera ptica infrarroja formada por dos elementos

independientes compatibles entre s, sin embargo, existen dispositivos compactos que se encuentran encapsulados en un solo empaque, a estos se les llama optointerruptores.

El representante ms popular de los optointerruptores compactos es el H21A1 fabricado entre

otros por Isocom Components (www.isocom.com) y Fairchild Semiconductors (www.fairchildsemi.com).

Estos sensores tambin tienen como emisor un diodo de rayos

Infrarrojos y como receptor un fototransistor. En este caso el emisor y el receptor estn enfrentados linealmente una distancia de 3 mm y entre ellos existe un espacio para que un objeto pueda introducirse y romper la barrera IRED.

El circuito de aplicacin para este tipo de dispositivos es similar al utilizado en la prctica numero tres. Los valores de las resistencias de polarizacin deben limitar la corriente por el Led

IRED emisor Ifor a 60mA y por el colector del transistor a una corriente no superior a 20mA. El fabricante facilita los valores de prueba indicados en la siguiente tabla:

Condiciones de prueba Smbolo Valor mnimo Ifor = 5mA, VCE = 5V IC (ON) 0.15mA Ifor = 20mA, VCE= 5V IC (ON) 1.0mA

Corriente de colector cuando el Transistor esta saturado

Ifor = 30mA, VCE = 5V IC (ON) 1.9mA Tensin de saturacin Ifor = 30mA, IC =1.8mA VCE (SAT) 0.40V

Una aplicacin de estos sensores es medir la velocidad de un motor. Para ello se acopla al eje

del motor un encoger, que es una lmina circular con una seria de ranuras que pasan por el centro del sensor y cortan el haz de luz, el nmero de cortes del haz en la unidad de tiempo ser proporcional a la velocidad del motor.

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PRCTICA No. 4.

SENSOR INFRARROJO REFLEX.

OOBBJJEETTIIVVOO:: El alumno Aprender la forma bsica de empleo de los dispositivos optoelectrnicos insensibles a luz natural para generar un circuito capaz de detectar cuerpos por medio de reflexin de luz IRED a travs de ellos.

MMAATTEERRIIAALL EEMMPPLLEEAADDOO:: 4 RESISTORES DE 330 1 RESISTOR DE 220 1 RESISTOR DE 10K 1 POTENCIOMETRO DE 500K 2 TRANSISTORES NPN (BC 548) 1 LED INFRARROJO 2 LEDS DE LUZ VISIBLE 1 FOTOTRANSISTOR SENSIBLE A LUZ INFRARROJA

EEQQUUIIPPOO EEMMPPLLEEAADDOO:: PROTOBOARD FUENTE DE ALIMENTACIN ALAMBRE DE CONEXIN PINZAS DE CORTE PINZAS DE PUNTA CUERPOS: OPACO CLARO, OPACO OSCURO, TRANSPARENTE, Y BRILLANTE. EQUIPO DE MEDICIN

CCOONNOOCCIIMMIIEENNTTOOSS MMNNIIMMOOSS NNEECCEESSAARRIIOOSS:: FUNCIONAMIENTO DE LOS LEDS INFRARROJOS Y FOTOTRANSISTORES. DIVISOR DE TENSIN (LEY DE OHM, CIRCUITOS SERIE). FUNCIONAMIENTO DE LOS BJT EN SATURACIN Y CORTE. LEYES FSICAS DE LA REFLEXIN (OPCIONAL).


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IINNTTRROODDUUCCCCIINN:: En esta prctica nos daremos a la tarea de elaborar un sensor reflexivo. Un sensor reflexivo, el cual en el campo de la electrnica es comnmente llamado sensor Reflex es un tipo de sensor el cual basa su forma de operacin en las leyes de la fsica de la reflexin, para ello se compone de un circuito emisor, similar al que construido para el sensor infrarrojo de barrera y un circuito receptor. La diferencia entre el sensor Reflex y el sensor de Barrera es la disposicin de sus elementos optoelectrnicos. Como podrs recordar, en el sensor de barrera el emisor estaba alineado con precisin con el receptor para mantener un haz de luz constante y que al momento de ser interrumpido se generaba una seal de activacin. Esta vez la seal de activacin de salida se generar cuando el circuito receptor capte la existencia de un haz de luz infrarroja. Para ello, nos valdremos de los dispositivos optoelectrnicos que ya conoces, un led IRED y un fototransistor sensible a luz IRED. Antes de iniciar los mtodos de diseo para la electrnica del circuito es necesario conocer algunos conceptos de la Reflexin ptica. La reflexin es una propiedad del movimiento ondulatorio por la que una onda retorna al propio medio de propagacin tras incidir sobre una superficie. Cuando una forma de energa como la luz se transmite por un medio y llega a un medio diferente, lo comn es que parte de la energa penetre en el segundo medio y parte sea reflejada. La reflexin regular (en la que la direccin de la onda reflejada est claramente determinada) cumple dos condiciones: el rayo incidente y el rayo reflejado forman el mismo ngulo con la normal (una lnea perpendicular a la superficie reflectante en el punto de incidencia), y el rayo reflejado est en el mismo plano que contiene el rayo incidente y la normal. Los ngulos que forman los rayos

incidente y reflejado con la normal se denominan respectivamente ngulo de incidencia y ngulo de reflexin. Las superficies rugosas reflejan la luz en muchas direcciones diferentes, y en este caso se habla de reflexin difusa.

Cuando se utilicen sensores reflexivos hay que tener un cuidado especial con el tipo de reflexin que proporcionarn los objetos a detectar:

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Si son altamente brillantes o reflectantes, la reflexin de la luz es casi siempre de tipo regular y el haz de luz se dirigir en un ngulo exactamente igual al de incidencia, adems la intensidad del haz reflejado en este tipo de cuerpos es total, es decir que la intensidad del haz proveniente del emisor incidente ser la misma que la del haz reflejado al receptor.

Si los objetos son muy obscuros o de textura mate absorben la mayor parte de la luz incidente y reflejan muy poca para ser detectados. Estos objetos pueden ser muy difciles de sensar, a no ser que el sensor se site muy cercano a los objetos que se desea detectar.

Los cuerpos transparentes comnmente

presentan adems del fenmeno de reflexin, el fenmeno de la refraccin, por lo tanto, adems de emitir un haz reflejado hacia el emisor, se generar un haz trasmitido o refractado el cual se transmitir a travs del cuerpo a detectar, lo que produce que cierta cantidad de energa del haz reflejado se pierda, haciendo a estos cuerpos un poco ms difciles de detectar que los dos anteriores.

Muchos tipos de sensores reflex, tienen una pequea rea ciega cerca del sensor. Para obtener una operacin confiable, los objetos difusos se deben colocar ms lejos del sensor que esta distancia mnima de deteccin para que el dispositivo de salida cambie de estado. Para la mayora de los sensores el tiempo de respuesta es una nica especificacin para ambos tiempos de activacin y desactivacin. Hay otros tipos de sensores en los que se pueden proporcionan dos valores diferentes. Los tiempos de

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respuesta dependen del diseo del sensor. El polvo, la contaminacin, las nebulizaciones, etc. disminuirn el rea de deteccin y el rango de operacin del sensor. Si sabemos que la luz IRED tiene el mismo comportamiento que la luz comn, podemos definir que esta no se encuentra exenta de los conceptos anteriores, por lo tanto debemos considerarlos para realizar un buen diseo de nuestro circuito sensor Reflex con dispositivos optoelectrnicos infrarrojos. De manera anloga, debes recordar es que a pesar de que las alteraciones de funcionamiento que la luz externa (luz ambiental) produce en los dispositivos infrarrojos son mnimas, si calculas tu sistema a fin que sea extremadamente sensible, puedes hacer que sea vulnerable a la luz natural. DDEESSCCRRIIPPCCIINN DDEELL CCIIRRCCUUIITTOO::

El circuito a fabricar en esta ocasin consta de dos etapas:

Primera etapa: Circuito Emisor La primera etapa esta formada por un limitador de corriente para un led IRED, esta etapa es solo un circuito que permite polarizar correctamente al led para que emita luz infrarroja. Adems contiene un led de luz visible (rojo, verde, amarillo, etc.) conectado en serie. La funcin de este led es la de permitirte determinar si existe una corriente fluyendo a travs de toda la rama, y as poder asegurar que el IRED esta emitiendo luz. Esto se hace por que el IRED no emite luz visible para el ojo humano y por lo tanto, no podrs ver cuando se encuentre encendido incluso, si fluye corriente a travs de l.

Segunda etapa: Circuito Receptor La segunda etapa es el circuito receptor de luz infrarroja. Esta formado bsicamente por un fototransistor de luz infrarroja de dos terminales.

Cuando el Led IRED emite su luz sobre la superficie de un objeto y este la refleja sobre la Base del fototransistor Q1 la resistencia de su unin Colector-Emisor se vuelve extremadamente pequea (casi cero), comportndose como un interruptor cerrado, lo cual significa que la tensin entre sus terminales tendr un valor muy prximo a cero, que se refleja en el transistor Q2 como una corriente de base cero o por lo menos insuficiente para saturarlo, de esta manera Q2 se comportar como un interruptor abierto, dirigiendo la mayor cantidad de corriente hacia la base de Q3, consecuentemente, ste entrar en su zona de saturacin provocando que a travs de su unin colector-emisor fluya una corriente

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mxima capaz de polarizar directamente al led de luz visible encendiendo para indicar que el sensor Reflex ha detectado la proximidad de un cuerpo.

Si la luz proveniente del

circuito emisor no es capaz de llegar al circuito receptor es casi seguro que no existe ningn cuerpo en el rango de deteccin de nuestro sensor, de esta manera la unin Colector-Emisor del fototransistor Q1 adquiere una resistencia extremadamente grande (casi infinita), comportndose como un interruptor abierto. Esto significa que la diferencia de potencial entre las terminales de Q1 ser la tensin mxima de rama (que estar determinada por los valores de R2 y R3), generando una corriente de base en Q2 para que la tensin en su colector sea suficientemente pequea para generar una corriente mnima en la base de Q3 lo que causar que ste entre en corte, es decir se comporte como un interruptor abierto, y al final, el Led indicador permanezca apagado indicndonos que no existe ningn cuerpo en la proximidad del sensor en su zona de deteccin.

PPRROOCCEEDDIIMMIIEENNTTOO PPRRCCTTIICCOO 11:: NNGGUULLOO DDEE RREEFFLLEEXXIINN


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2. Coloca el dispositivo emisor (Led IRED) con un ngulo aproximado a 45 con respecto a la superficie de tu protoboard.

3. Coloca el dispositivo receptor (Fototransistor

IRED) con un ngulo casi igual al del emisor procurando que se encuentre colocado en direccin contraria a la del emisor (a 135 aproximadamente con respecto de la superficie de tu protoboard).

Para un funcionamiento ms adecuado procura que el dispositivo emisor y el dispositivo receptor se encuentren separados por lo menos de 1.5cm a 3cm. 4. Ajusta el Potencimetro R2 apenas hasta que la luz natural no interfiera el funcionamiento

del circuito, o sea que el circuito se mantenga estable (El led de luz visible indicador D4 debe permanecer apagado).

5. Acerca un objeto que sea capaz de reflejar la luz infrarroja de forma difusa con facilidad, te

recomendamos utilizar una hoja de papel de un color claro, preferiblemente blanca. Observa el funcionamiento del circuito y del led indicador. Mide la distancia que existe entre los dispositivos optoelectrnicos infrarrojos y la superficie de tu hoja de papel. Registra tus resultados.

6. Coloca el dispositivo emisor (Led IRED) con un ngulo aproximado a 90 con respecto a la

superficie de tu protoboard. 7. Coloca el dispositivo receptor (Fototransistor

IRED) con un ngulo casi igual al del emisor (a 90 aproximadamente con respecto de la superficie de tu protoboard).

Para un funcionamiento ms adecuado procura que el dispositivo emisor y el dispositivo receptor se encuentren separados por lo menos 1cm.

8. Reajusta el Potencimetro R2 apenas hasta

que la luz natural no interfiera el funcionamiento del circuito, o sea que el circuito se mantenga estable (El led de luz visible indicador D4 debe permanecer apagado).

9. De nuevo acerca tu hoja de papel, observa el funcionamiento del Led indicador y mide la

distancia que lograste obtener desde el punto en el que se encuentran el emisor y el receptor y la superficie de tu hoja.

NGULO DE POSICIN DEL EMISOR

Y RECEPTOR DISTANCIA DE DETECCIN

OBTENIDA (cm) 45 90

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10. Compara tus resultados y define la razn de tus resultados. Si te es necesario haz ms

pruebas a diferentes ngulos.

No dudes en pedir auxilio a tus profesores de laboratorio si tu circuito no presenta un comportamiento adecuado. Recuerda que antes de solicitar ayuda debes verificar que tus conexiones sean correctas, que tus dispositivos funcionen adecuadamente y que las condiciones de trabajo sean ideales.

PPRROOCCEEDDIIMMIIEENNTTOO PPRRCCTTIICCOO 22 CCAAPPAACCIIDDAADD DDEE DDEETTEECCCCIINN::

11. Ajusta los ngulos de tu emisor y receptor a un nivel que considres apropiado (no mayor a 90) y reajusta el potencimetro R2 hasta que el led indicador marque que no existe la presencia de un objeto reflejante.

12. Acerca un cuerpo que te proporcione reflexin regular mxima de la luz IRED del emisor al

receptor, es decir un espejo plano pequeo y mide la distancia que obtuviste. Este valor te puede indicar la eficiencia de tu sensor Reflex para detectar cuerpos brillantes totalmente reflejantes. Anota tus resultados.

13. Ahora acerca un cuerpo que te proporcione reflexin difusa casi total de la luz IRED del

emisor al receptor, es decir una hoja de papel blanca mide la distancia que obtuviste. Este valor te puede indicar la eficiencia de tu sensor Reflex para detectar cuerpos claros opacos. Anota tus resultados.

14. Ahora acerca un cuerpo que te proporcione reflexin difusa mnima de la luz IRED del

emisor al receptor, es decir una hoja de papel negra o de un color muy obscuro mide la distancia que obtuviste. Este valor te puede indicar la eficiencia de tu sensor Reflex para detectar cuerpos obscuros opacos. Anota tus resultados.

15. Ahora acerca un cuerpo que te proporcione reflexin regular mnima de la luz IRED del

emisor al receptor, es decir una mica o vidrio transparente plano, mide la distancia que obtuviste. Este valor te puede indicar la eficiencia de tu sensor Reflex para detectar cuerpos transparentes. Anota tus resultados.

TIPO DE OBJETO A SENSAR DISTANCIA OBTENIDA (cm) ESPEJO

HOJA BLANCA HOJA NEGRA

VIDRIO O MICA TRANSPARENTE

16. Determina tus conclusiones para este procedimiento en base a la capacidad de tu sensor reflex para detectar diversos materiales dependiendo de la capacidad reflectante de cada uno. En base a esta caracterstica del sensor Reflex determina las aplicaciones que podras darle a este tipo de sensor.

Si tu circuito presenta problemas no dudes en pedir ayuda a tus profesores de laboratorio, ya que ellos tienen la experiencia prctica suficiente para detectar errores, e indicrtelos para que t los puedas resolver.

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NOTA: Con este circuito puedes llegar a obtener una distancia cercana a 15cm para cuerpos opacos de color claro, dependiendo de la calidad de tus componentes y las condiciones ambientales. Pero recuerda que si recalculas tu circuito puedes llegar a obtener la distancia que t desees. No sin olvidar los efectos que la luz ambiental causan en el comportamiento del circuito cuando este es demasiado sensible.


1. Explica el funcionamiento de un Sensor Reflex 2. Da una explicacin del por que el emisor y el receptor comnmente se colocan con los

mismos ngulos con respecto a la superficie del protoboard. 3. Qu ventajas te ofrece el tener al emisor y al receptor prcticamente en un mismo sitio en

el sensor Reflex? 4. Menciona algunas aplicaciones en las cuales podras utilizar un sensor Reflex 5. Describe cmo podras ampliar la distancia de deteccin para el circuito presentado en esta

prctica

CCOONNCCLLUUSSIIOONNEESS::

Refiere tus conclusiones al funcionamiento del circuito, sus aplicaciones y desventajas as como su estabilidad ante el ambiente. Trata de mejorarlo o cambiarlo dependiendo de la uso que t quieras darle.


Espaa. 2000. GUIA DE LOS DIFERENTES SENSORES. Tecnologa electrnica del Futuro.

Ing. Lucas Manuel Ramrez Chvez. 2004. NOTAS PERSONALES Y OBSERVACIONES DE LOS PROFESORES DE LA ACADEMIA DE



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AANNEEXXOO 11:: EELL SSEENNSSOORR PPTTIICCOO RREEFFLLEEXX CCNNYY7700

El CNY70 es un sensor ptico reflexivo que tiene una construccin compacta dnde el emisor de luz y el receptor se colocan en la misma direccin para detectar la presencia de un objeto utilizando la reflexin del infrarrojo sobre el objeto. La longitud de onda de trabajo es 950nm. El detector consiste en un fototransistor. Caractersticas. La construccin compacta con distancia de del centro-a-centro de 0.1 in (pulgadas) No necesita ningn ambiente especial Seal de salida alta El coeficiente de temperatura bajo Detector provisto de filtro ptico El radio de corriente de transferencia (CTR) tpico es del 5% Aplicaciones. Escner optoelectrnico y detector de movimiento de objetos, es decir, sensor de ndice, lectura de discos codificados etc., (codificador optoelectrnico montado como sensor de cambio de marcha).

Como ya hemos visto el CNY70 tiene cuatro pines de conexin que se corresponden con el emisor, colector del transistor y al nodo y ctodo del diodo emisor, en la figura de las vistas donde se indica rea Marcada, se muestra la inscripcin con letras blancas del fabricante. Se pueden utilizar cualquiera de los siguientes montajes para su utilizacin que permiten obtener a la salida un nivel alto o un nivel bajo respectivamente cuando estn activados por la reflexin del haz infrarrojo.

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Circuitos de aplicacin.

El circuito (a) entrega a la salida un nivel bajo cuando no refleja el haz infrarrojo y un nivel alto cuando encuentra un material sobre el que refleja el haz. El circuito (b) entrega un nivel alto cuando el haz no refleja y un nivel bajo cuando se detecta un material reflectante. Si la seal se quiere introducir a un microcontrolador es conveniente hacer pasar las salidas a travs de un circuito trigger Schmitt que conforme las seales. Otra posibilidad es conectar la salida a una entrada analgica. De este modo, mediante un conversor A/D se pueden obtener distintos valores. Esto permite la deteccin dinmica de blanco y negro (muy til cuando el recorrido presenta alteraciones en la iluminacin). Pero tambin, si empleamos el sensor con objetos de distintos colores o escalas de grises, establecer un mecanismo para la deteccin de los mismos, determinando los valores marginales que separan unos colores de otros. Esto permite emplear el sensor para alguna aplicacin donde la deteccin del color sea necesaria.

Dimensiones del CNY70 en mm.

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PRCTICA No. 5.

SENSOR MAGNTICO.

OOBBJJEETTIIVVOO:: El alumno obtendr las bases prcticas en las reas elctricas y electrnicas sobre los dispositivos de deteccin de campos magnticos, de tal forma que sea capaz de generar un circuito sensible a los cambios de los campos magnticos cercanos.

MMAATTEERRIIAALL EEMMPPLLEEAADDOO::

1 RESISTOR DE 220 1 RESISTOR DE 330 1 RESISTOR DE 1K 1 RESISTOR R (El valor estar determinado por tus clculos) 1 CAPACITOR ELECTROLTICO C (El valor estar determinado por tus clculos) 1 CAPACITOR DE 0.1 F 1 REED SWITCH (de un polo, un tiro) 1 C.I. 555 (LM 555, NE 555, etc.) 1 LED DE LUZ VISIBLE

EEQQUUIIPPOO EEMMPPLLEEAADDOO:: PROTOBOARD FUENTE DE ALIMENTACIN ALAMBRE DE CONEXIN PINZAS DE CORTE, PINZAS DE PUNTA IMN PERMANENTE CUERPOS: PLSTICO, TELA, METAL NO MAGNETIZABLE (ALUMINIO O COBRE), METAL

MAGNETIZABLE (HIERRO) Y PAPEL.

CCOONNOOCCIIMMIIEENNTTOOSS MMNNIIMMOOSS NNEECCEESSAARRIIOOSS:: FUNCIONAMIENTO DE LOS REED SWITCHS. FUNCIONAMIENTO Y CONEXIN DEL TEMPORIZADOR 555 EN MODO MONOESTABLE. FORMAS DE CONEXIN DE INTERRUPTORES SIMPLES (FUENTE Y SUMIDERO)


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IINNTTRROODDUUCCCCIINN:: Para esta prctica nos concentraremos a realizar un sensor magntico, por ello es necesario conocer un nuevo dispositivo, que sea capaz de cambiar sus parmetros elctricos con las alteraciones del campo magntico que le rodea. Esta vez ser un REED SWITCH, tambin llamado interruptor magntico o llave magntica. Un Reed Switch es un interruptor elctrico que consiste en un par de laminillas de material metlico contenidas en un empaque de vidrio hermticamente sellado. Las laminillas tienen la forma de dos pequeas caas a las cuales se les llama Reeds, de ah el nombre del dispositivo. Los ReedSwitch son comnmente usados como interruptores de proximidad en sistemas de seguridad para alarmas antirrobo en puertas y ventanas. Las caractersticas de los Reed Switch son las siguientes: Compactos y livianos: Los ReedSwitch pueden ser colocados en espacios muy pequeos, por lo que son ideales para sistemas de tamao miniatura. Hermticamente sellados: Los elementos de contacto de los ReedSwitch se encuentran inmersos en una atmsfera de gas inerte dentro del empaquetado sellado lo que hace que nunca estn expuestos al medio externo. Larga Vida: los Reed Switch no emplean elementos de rozamiento por lo que casi no existe un desgaste en la calidad de los materiales. Asegurando una vida mecnica virtualmente ilimitada. Alta velocidad de operacin: todos los elementos de funcionamiento de los ReedSwitch presentan poca densidad y masa, por lo que la velocidad de respuesta de estos dispositivos es alta. Lo que permite al ReedSwitch poder ser utilizado con transistores o circuitos integrados directamente. FUNCIONAMIENTO DE LOS REED SWITCH Los Reed Switch estn formados por un par de laminillas flexibles fabricadas de un material magnetizable encapsuladas en tubo de vidrio lleno de un gas inerte. Las laminillas se encuentran muy juntas pero separadas por un espacio extremadamente pequeo. El rea de contacto de cada laminilla cuenta con un recubrimiento de un metal noble como puede ser el Rodio o el Rutenio, que proporcionan al Switch larga vida y gran estabilidad de contacto.

Cuando se aplica un campo magntico, generado por un magneto permanente o una bobina (electromagneto), este causa en el Reed Switch que ambas laminillas se magneticen, lo cual produce que se genere un polo N (Norte) en una de las reas de contacto de una de ellas y un polo S (Sur) en el rea de contacto de la otra laminilla.

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Si la fuerza de atraccin entre las laminillas es lo suficiente para vencer su rigidez, se vern forzadas a unirse, haciendo contacto fsico (Pull-In). De esta forma, si el Reed Switch forma parte de un circuito elctrico, este quedar completado, como si hubieras cerrado in interruptor comn. Una vez que el campo magntico es alejado del Reed Switch las laminillas son separadas por los efectos de la elasticidad de los materiales (Drop-Out) por lo que el Reed Switch se encontrar abierto. DDEESSCCRRIIPPCCIINN DDEELL CCIIRRCCUUIITTOO:: El circuito a fabricar en esta ocasin consta de dos etapas:

Primera etapa: Circuito Disparador

En el circuito propuesto para esta prctica usaremos un circuito integrado que ya haz trabajado anteriormente, el 555, en su funcin monoestable, para ello recordars que este C.I. cuenta con una terminal de disparo (trigger), la cual es activada normalmente con un nivel de tensin nulo (0 volts). En esta ocasin debemos encontrar la manera de activar esta terminal haciendo uso de un Reed Switch para logar que nuestro 555 monoestable sea capaz de activarse al producir cambios en el campo magntico que lo rodee. Recordando tu curso de Circuitos Lgicos, existen 2 formas de conectar un interruptor comn de un polo y un tiro (SPDT), como Fuente (Source) y como Sumidero (Sink). Sin embargo, como debemos hacer uso de un Reed Switch, sustituiremos a este interruptor simple por un interruptor magntico. Tal que:

Reed Switch en conexin Fuente (Source): Reed Switch en conexin Sumidero (Sink):

Como te puedes dar cuenta podemos disparar al 555 monoestable con ambos tipos de conexin del Reed Switch.

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Para el caso de la conexin Source:

Cuando un imn permanente se acerca al Reed Switch, este se cierra y la terminal de disparo

se conecta a un potencial cero, lo cual activa la salida del temporizador en tiempo al que se haya programado. Sin embargo, razona: Si el imn permanece cerca del Reed Switch todo el tiempo, el monoestable no podr realizar su funcin de tiempo adecuadamente, ya que continuamente se estar activando, lo que causar que la salida siempre este activa. Por esta razn decidimos agregar un pequeo circuito de disparo de pico, con un arreglo RC como se muestra abajo:

Con este arreglo se asegura que an y cuando el imn permanezca todo el tiempo produciendo un campo magntico en un rea cercana al Reed Switch, la terminal de disparo solo reciba un pulso de activacin, provocado por la descarga que este realiza en el capacitor. Para activar de nuevo el monoestable ser necesario retirar el campo magntico y acercarlo de nuevo al Reed Switch. Para el caso Sink: En estas circunstancias, cuando un imn se acerca al Reed Switch, la terminal la terminal de disparo se conecta a travs de l al potencial positivo de la fuente, con esto, la salida del monoestable adquiere un nivel bajo (0 Volts). Cuando el imn es retirado de las cercanas del Reed Switch, la terminal de disparo se conecta instantneamente hacia el potencial creo del circuito causando la activacin de su salida durante el tiempo programado.

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An as, una conexin de este tipo podra generar un disparo permanente en la terminal de disparo del 555 cuando el imn se retire permanentemente de los alrededores del Reed Switch. Para evitar este problema, decidimos colocar el arreglo RC similar al de la conexin Source que se muestra:

De esta forma, cuando el imn influye en el Reed Switch al estar ceca de l, nuestro capacitor se encontrar cargado, y en el momento en el que el imn sea retirado, este capacitor de descargar instantneamente, proporcionando un pulso negativo, lo suficiente para activar la terminal de disparo y casi inmediatamente conectarla al potencial positivo de la alimentacin. Con esto se asegura que an y cuando el imn re aparte permanentemente del Reed Switch, el 555 en su forma monoestable solo se disparar una vez, hasta que el imn se acerque al Reed Switch y sea retirado de nuevo.

Segunda etapa: Temporizador Esta etapa es muy simple y consta solamente de la construccin de un temporizador fabricado a base de un C.I. 555 el cual al ser disparado por uno de los circuitos de la primera etapa generar una tensin de salida la cual tendr una duracin preestablecida por un capacitor C y un resistor R de la forma que ya conoces. Recuerda que la formula para determinar este tiempo es:

T = - ln 1/3 (R) (C) = 1.098 (R) (C)

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DDEESSAARRRROOLLLLOO PPRRCCTTIICCOO::


2. Acerca un imn lentamente hacia las cercanas del Reed Switch y observa su

funcionamiento. Define que tipo de conexin es (Source o Sink) y su aplicacin. 3. Modifica el circuito anterior de la manera siguiente:

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4. Acerca un imn lentamente hacia el Reed Switch y observa su funcionamiento. Define que tipo de conexin es (Source o Sink) y su aplicacin.

EEJJEERRCCIICCIIOO PPRRCCTTIICCOO 11 DDEETTEECCCCIIOONN DDEE CCAAMMPPOO MMAAGGNNEETTIICCOO::


6. Calcula R y C para que el tiempo de activacin de la salida del 555 monoestable sea lo

suficientemente extensa para poder apreciarla en el led indicador (entre 5 y 10 segundos). 7. Acerca el imn al Reed Switch y observa el funcionamiento del circuito como un sensor

activado al detectar la presencia de un campo magntico. Recuerda que para que el circuito pueda volver a activarse una vez que el monoestable ha dejado de temporizar es necesario retirar el imn y volverlo a acercar.

No dudes en pedir auxilio a tus profesores de laboratorio si tu circuito no presenta un comportamiento

adecuado. Recuerda que antes de solicitar ayuda debes verificar que tus conexiones sean correctas, que tus dispositivos funcionen adecuadamente y que las condiciones de trabajo sean ideales.

EEJJEERRCCIICCIIOO PPRRCCTTIICCOO 22:: 8. Retira el imn y vuelve a acercarlo lentamente pero esta vez coloca entre este y el Reed

Switch una barrera que obstruya su conexin magntica, como una hoja de papel. Observa su funcionamiento. Esta accin alter la deteccin del circuito del campo magntico?

9. Repite el paso anterior con diferentes materiales con los que creas que es posible evitar la

deteccin del campo magntico del circuito. Registra tus resultados en la tabla.

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Material de obstruccin Deteccin del circuito? (S/N) Papel

Plstico Metal Magnetizable (hierro)

Metal no magnetizable (Aluminio o Cobre) Tela

A raz de estos resultados determina las posibilidades y ventajas as como los inconvenientes

de los sensores de tipo magntico con respecto a los dems tipos de sensores vistos en las prcticas anteriores.

EEJJEERRCCIICCIIOO PPRRCCTTIICCOO 33:: 10. Modifica el circuito de la siguiente forma:

11. Mantn cerca un imn que proporcione un campo magntico en el elemento sensor (Reed

Switch). Retira el imn lentamente y observa el funcionamiento del circuito como un sensor magntico activado cuando NO detecta un campo magntico cercano.

12. Espera a que la salida del 555 monoestable se desactive y vuelve a acercar el imn e

inmediatamente retralo. Concluye las diferencias de este circuito con respecto al presentado en el paso 5. Determina las aplicaciones posibles para cada uno.

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1. Describe el funcionamiento de un Reed Switch al estar bajo la influencia de un campo Magntico.

2. Qu ventajas aprecias de utilizar un campo magntico como parmetro a sensar? 3. Debido a las caractersticas fsicas de un Reed Switch. Es posible acoplaros con circuitos

TTL (C.Is. digitales)? Para que aprovecharas esta caracterstica? 4. Menciona en que tipo de lugares sera poco recomendable el uso de los Reed Switch 5. Cmo podras modificar la sensibilidad de un Reed Switch?

CCOONNCCLLUUSSIIOONNEESS:: Refiere tus conclusiones al funcionamiento del circuito, sus aplicaciones y desventajas as como su estabilidad ante el ambiente. Incluye tus observaciones acerca de las ventajas que este tipo de sensor presenta con respecto a los vistos con anterioridad. Trata de mejorarlo o cambiarlo dependiendo de la uso que t quieras darle.

BBIIBBLLIIOOGGRRAAFFAA:: PRINCIPIOS DE ELECTRNICA. MALVINO Albert Paul, Sexta edicin Edit. Mc Graw Hill.

Espaa. 2000. http://www.ceejay.com (Sitio electrnico en ingls) NOTAS PERSONALES Y OBSERVACIONES DE LOS PROFESORES DE LA ACADEMIA DE



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AANNEEXXOO 11:: TTIIPPOOSS DDEE RREEEEDD SSWWIITTCCHHSS Nota. Los modelos y caractersticas de los siguientes dispositivos fueron extrados del catalogo de Reed Switchs de la compaa Aleph Reed Switchs de estado seco: Reed Switchs de uso general: Este tipo de Reed Switch tiene un rango de potencia de interrupcin de 10watts. Sus aplicaciones incluyen el manejo directo de cargas elctricas, control de miniRelevadores electromecnicos, etc.

HYR 1532 HYR 2001 HYR 2034 HYR 4001 HYR 5051

Reed Switchs Ultraminiatura: Cuentan con un encapsulado de vidrio con una longitud mxima de 9.5mm a 12mm. Son utilizados en espacios muy reducidos. Sus aplicaciones incluyen miniRelevadores electromagnticos con contactos magnticos (ReedRelays), teclados, etc.

HYR 1002 HYR 1003

Reed Switchs de alta potencia: Cuentan con una capacidad de interrupcin de 20 watts a 70 watts, pueden ser utilizados para el manejo directo de las lneas de suministro de tensin de 120VC.A. o 220VC.A.

HYR 1531 (for 110 VAC)

HYR 2003-1(220VAC), HYR 2003-2(high power)

HYR 2016 (for more than 220 VAC)

Reed Switchs de alta tensin de ruptura: Su rango de manejo de tensin se encuentra de 1000 Volts a 2000 Volts. Existen Reed Switchs con rangos de 15 KVolts en empaquetados de gran tamao.

HYR 1559 HYR 2016 HYR 5006 HYR 5007

Reed Switchs de alto aislamiento: Este tipo de Reed Switchs puede llegar a adquirir una resistencia superior a los 10x1013 en circuito abierto.

HYR 2010

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Reed Switchs de interrupcin de corriente de arranque alta: Pueden ser usados para controlar directamente lmparas incandescentes y cargas capacitivas sin la necesidad de colocar resistores de limitacin de corriente externos.

HYR 1506 Reed Switchs de diferencial reducido: Estos presentan una baja histresis magntica entre la apertura y el cerrado de las reas de contacto de sus laminillas.

HYR 2031-1 Reed Switchs de forma C: Son interruptores de un polo y doble tiro (SPDT), con un contacto normalmente abierto N.O. y otro normalmente cerrado N.C.

HYR 1554 HYR 1555 HYR 4003

Reed Switchs de Estado Lquido. Reed Switch de mercurio: Su funcionamiento se basa en el uso de mercurio e Hidrogeno (H2) presurizado de alta pureza dentro del encapsulado de vidrio. El contacto que presentan este tipo de Reed Switch se encuentra libre de rebotes mecnicos, presentan resistencia baja y estable de sus contactos, alta capacidad de potencia, muy alta tensin de ruptura y larga vida.

HYR 9001 (general purpose)

HYR 9001-1 (High Voltage breakdown)

HYR 9004-9 (High insulation resistance)

HYR 9004-1 (general purpose)

HYR 9005-1 (High operating speed)

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AANNEEXXOO 22:: NNOOTTAASS DDEE AAPPLLIICCAACCIINN MANEJO DE LOS REED SWITCHS. Formas de montaje. Cortes y dobleces. Cuando te dispongas a doblar o cortar las terminales de un Reed Switch debes tener extremo cuidado de no ejercer mucha tensin en ellas ya que podras daar o deteriorar la unin del sello entre el metal de las terminales y el vidrio del encapsulado. Se recomienda que formes con las terminales un tipo de abrazadera para evitar lo anterior como se muestra a continuacin. La distancia mnima recomendada para que cortes o dobles las terminales del Reed Switch, a partir del empaque de vidrio es de 3mm para Reed Switchs miniatura (con longitud del encapsulado de 9mm a 20mm) y de 8 mm para Reed Switchs (comunes con un empaque de longitud mayor a 30mm). Soldadura

Se debe tener cuidado cuando vas a soldar un Reed Switch ya que la exposicin a altas temperaturas durante un largo tiempo pueden daar la unin de las terminales y el vidrio del empaque agrietando o rompiendo el vidrio, para ello es necesario que apliques las tcnicas para soldar rpidamente que ya conoces. Las condiciones de soldado ptimas para los Reed Switchs son de 250 C a 300C por debajo de 10 segundos.

Cuando montas el Reed Switch en una placa de circuito impreso es necesario que proporciones una separacin entre la ampolla de vidrio y la superficie de la placa (Clearance, espacio libre) para que el flujo magntico que rodear al empaque se distribuya adecuadamente, este espacio queda a disposicin de la aplicacin que debas darle, pero siempre debe existir.

Golpes y Vibraciones:

Si un Reed Switch se deja caer hacia una superficie rgida desde una distancia mayor a 30 cm de altura, sus caractersticas elctricas (Apertura y Cerrado de sus contactos, etc) pueden ser alteradas. Sin embargo, despus de un golpe de este tipo, puede ser que un Reed Switch pueda seguir funcionando dentro de los lmites aceptables para diversas aplicaciones. En algunas aplicaciones en donde existen vibraciones mecnicas, como en motores o vehculos de movimiento, debes tener en cuenta las caractersticas especificas de funcionamiento de tu Reed Switch, ya que estas vibraciones pueden tener en consecuencia la activacin o desactivacin indeseada de estos dispositivos, por ello no debes sobrepasar el limite de frecuencia de resonancia que puede soportar tu Reed Switch.

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Campos Magnticos Externos:

Cuando un Reed Switch esta operando con magnetos permanentes o bobinas electromagnticas de activacin y en el espacio en el que se encuentra situado existen elementos que pueden producir campos magnticos muy fuertes como algunos balastros de lmparas, transformadores, etc., los Reed Switch pueden presentas un funcionamiento incorrecto en su activacin o desactivacin. Los casos en los que ocurre esto son especficos y mu

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Compendio de Practicas Sensores 2005