Práctica Virtual de Electrónica Con El Programa Cocodrile Clips[1]

Tecnología Industrial I -1º de Bachillerato

MONTAJE DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS CON EL PROGRAMA COCODRILE CLIPS

INTRODUCCIÓN

Crocodile Clips es un simulador de circuitos electrónicos que se ha establecido como estándar mundial para el aprendizaje de electrónica y electricidad. Fue el primer simulador que combinó con éxito lo sofisticado de la simulación en el sector industrial con las necesidades que requiere la docencia. Como resultado de ello, se utiliza mucho a nivel mundial en las escuelas secundarias, universidades y departamentos de formación industrial.

Abrir el programa Cocodrile Clips y conocer sus herramientas básicas

EJERCICIO 01.- Abrir el programa Cocodrile Clips y conocer sus herramientas básicas siguiendo las indicaciones que se muestran a continuación.

Para acceder al programa Cocodrile Clips seguiremos este camino:

Botón de Inicio > Accesorios > Explorador de Windows > Mis Documentos > Carpeta Crocclip > Carpeta Crocclip >

En ese momento aparecerá la ventana del programa con un área de trabajo encabezada por una barra de título, una barra de menús y una barra de herramientas que se pueden apreciar en la figura.

Para aprender cómo funciona Crocodile Clips, se puede observar algunos de los ejemplos de diseño realizados con este programa. Estos se encuentran en la carpeta llamada 'ejemplos' situada en la carpeta de Crocodile Clips. Para mirar en ella, se debe abrir el programa Cocodrile Clips y después hacer clic sobre el menú Archivo y después volver hacer clic sobre la opción Abrir de ese menú, y finalmente seleccionar de la carpeta ejemplos uno de los archivos ejemplos que contiene.

Hay más de cincuenta ejemplos de diseños en la carpeta Ejemplos. Puedes consultar cualquiera de ellos abriéndolos de la misma forma que hemos indicado anteriormente. Hay información acerca de cada diseño en el archivo 'Léame' en la carpeta de Crocodile Clips.

Los diseños de Crocodile Clips se graban siempre con la extensión de archivo '.ckt'.

Montaje de circuitos eléctricos y electrónicos con el programa Cocodrile Clips Página 1


Realización de un primer diseño con el programa Cocodrile Clips

EJERCICIO 02.-

Dibujar un circuito eléctrico sencillo utilizando las herramientas que facilita el programa Cocodrile Clips.

Nota: Para realizar este ejercicio se deberán seguir las indicaciones que aparecen a continuación.

Para realizar un diseño con el programa Cocodrile Clips se seleccionan los componentes del mismo de la biblioteca de componentes y posteriormente se enlazan entre sí.

Existen varias formas de agregar componentes:

1. Desde la barra herramienta principal2. Desde las barras herramienta de los componentes3. Utilizando los menús de Agregar y Medir

1. Para agregar un componente arrastrándolo desde la barra de herramientas principal

Éste es el medio más rápido de agregar un componente pero se limita a los componentes visibles en la barra herramienta principal mostrada a continuación.

Para agregar un componente desde la barra herramienta principal deberás seguir el procedimiento que se indica a continuación:

Mueve el puntero del ratón sobre el componente que deseas agregar.Pulsa la tecla del ratón y mueve el puntero hacia abajo mientras mantienes la tecla del ratón pulsada. El componente seguirá al puntero.Suelta la tecla del ratón en el lugar deseado para colocar el componente. Hay lugares en que está prohibido colocar componentes. Por ejemplo no puedes colocar un componente sobre el espacio ocupado por otro componente, y tampoco puedes colocarlo sobre las conexiones. El puntero del ratón cambiará su aspecto desde una cruz a una señal de prohibido el paso si el lugar no es apropiado.

Puntero de arrastre: Puntero de prohibición: Para ubicar componentes, sólo suelta la tecla del ratón si se muestra el puntero de arrastre. Suelta la tecla del ratón con el puntero por encima de la barra herramienta para 'eliminar' lo que estabas arrastrando.



2. Agregar desde las barras herramienta del componente.

Hay muchos más componentes que elegir que los mostrados en la barra herramienta principal. Para ver una barra herramienta de componente, se hace clic en uno de los botones en la barra herramienta principal. La barra herramienta de componente aparecerá, mostrándole un botón por cada componente. Los componentes que realizan funciones similares, o que a menudo se usan juntos, se agrupan en una barra herramienta. Por ejemplo, hay una barra herramienta para interruptores y otra para los suministros eléctricos.

A continuación se indica el camino que hay que seguir para mostrar una barra herramienta de componente.

En primer lugar hay que mover el puntero del ratón sobre uno de los componentes en la barra herramienta principal. Por ejemplo, para ver la barra herramienta de Contadores hay que mover el puntero sobre el voltímetro. Luego hay que hacer clic sobre la tecla del ratón y aparecerá la barra herramienta de contadores, mostrando todos sus componentes. La siguiente figura muestra precisamente la barra de herramientas de contadores.

Para agregar un componente de la barra herramienta del componente se sigue un procedimiento idéntico al explicado anteriormente en el apartado 1 Para agregar un componente arrastrándolo desde la barra de herramientas principal

Para volver a la barra herramienta principal, se hace Clic en el botón Volver a la Barra-Herramienta Principal en la barra herramientas.

3. Agregar desde el menú Agregar

Si conoces el nombre de un componente pero no sabes su símbolo, puedes agregar el componente eligiéndolo del menú Agregar.

Vincular (conectar) componentes entre sí

Ya “hemos aprendido” a agregar los componentes de un circuito ahora ha llegado el momento de vincularlos o conectarlos entre sí. En la realidad esta tarea se realiza mediante cables eléctricos. En el programa Cocodrile Clips la conexión se realiza mediante cables virtuales siguiendo el procedimiento que se explica a continuación.



Si los terminales (cables) de dos componentes se tocan entre sí, entonces los terminales están conectados. Para conectar los terminales que no se tocan entre sí deberás agregar vínculos (conexiones).

Los cables eléctricos pueden conectar:

1. El extremo de un terminal con otro2. El extremo de un terminal y un punto en otro alambre3. Un punto en un alambre con otro punto en otro alambre

Los alambres eléctricos están hechos de segmentos de alambre horizontales o verticales. Como las conexiones entre terminales mecánicos no son alambres, la palabra general que utilizamos para las conexiones entre componentes es 'vínculos'.

Siguiendo las pautas indicadas hasta ahora podremos fácilmente realizar el ejercicio dibujando el siguiente circuito eléctrico que nos puede servir de ejemplo:

Realización virtual de distintos circuitos eléctricos

EJERCICIO 03.- Siguiendo un procedimiento similar al indicado en el EJERCICIO 02 se pide realizar los dibujos de los circuitos eléctricos que se indican a continuación contestando las preguntas que en ellos aparecen.Guardar estos dibujos con los nombres de Dibujo 1, Dibujo 2, Dibujo 3, Dibujo 4, Dibujo 5 y Dibujo 6 en la carpeta que previamente deberéis crear denominada Prácticas Cocodrile Clips dentro de la carpeta de Mis Documentos.

Nota: La contestación por escrito de las preguntas relacionadas con los dibujos que se formulan a continuación se realizará en hoja aparte.

Dibujo 1

a) Comprueba que al accionar el interruptor se encienden todas las bombillas.

b) Quita una bombilla

¿Qué ocurre y por qué?________________________________________________

___________________________________________________________________



Dibujo 2

a) Comprueba que al accionar el interruptor se encienden todas las bombillas.

b) Quita una bombilla


___________________________________________________________________

c) ¿Que diferencias encuentras entre el comportamiento de las bombillas en este circuito y en el anterior (circuito serie)?____________________________________

___________________________________________________________________

Dibujo 3

a) Comprueba que al apretar el pulsador gira el motor.

¿En que sentido gira el motor en el de las agujas del reloj o en el contrario?

b) ¿Qué utilidad puede tener la bombilla del circuito? ________________________

___________________________________________________________________

c) Sustituye la pila por otra que tenga invertidos los polos con respecto a ella ¿Qué observas?__________________________________________________________

___________________________________________________________________

Dibujo 4

a) ¿Qué bombilla luce mas y por qué?____________________________________

__________________________________________________________________


A

B C


Dibujo 5

a) ¿Cómo se llama y que magnitud eléctrica mide el aparato de medida de la figura?

¿Cómo se debe conectar siempre este aparato en serie o en paralelo?___________

Dibujo 6

a) ¿Cómo se llama y que magnitud eléctrica mide el aparato de medida de la figura?

¿Cómo se debe conectar siempre este aparato en serie o en paralelo?___________

EJERCICIO 04.- Los circuitos de las figuras reciben el nombre de divisores de tensión se pide:

a) Justificar el nombre de estos circuitos

b) Indicar cual será el valor óhmico del potenciómetro de la figura 3 para que los voltímetros de la misma marquen esos voltajes. Justifíquese la respuesta.



EJERCICIO 05.- Las figuras representan las formas de onda correspondientes a las tensiones en los terminales de una pila de petaca y de un enchufe de una vivienda. Se pide contestar en hoja aparte a las preguntas que figuran en los apartados que aparecen a continuación de las mismas.

Voltaje continuo de pila de petaca

Voltaje alterno en el enchufe de una vivienda

a) ¿Cuál es la diferencia más importante entre estas formas de onda

b) ¿Cómo se definen y cual es el valor de los siguientes parámetros de la forma de onda periódica senoidal que representa el voltaje en un enchufe de una vivienda representado?



Voltaje instantáneo ( Vins )

Voltaje máximo o de pico ( Vmax )

Voltaje eficaz ( Vef )

Periodo ( T )

Frecuencia ( f )

c) Utilizando las herramientas que proporciona el programa Crocodile Clips denominadas: osciloscopio, sonda, generador de alterna y pila, obtener las formas de onda que han aparecido en este ejercicio.

Realización del montaje virtual de distintos circuitos electrónicos

EJERCICIO 06.- ¿Cómo se llama el dispositivo semiconductor que tiene la apariencia de punta de flecha y que aparece en la siguiente figura? ¿Cuál es su comportamiento cuando se le polariza directa e inversamente?



EJERCICIO 07.-

Realizar con el programa Crocodile Clips el montaje virtual de los circuitos electrónicos que se indican a continuación contestando las preguntas que en ellos aparecen.

Guardar estos dibujos con los nombres de Dibujo 1A, Dibujo 2A, Dibujo 3A, Dibujo 4A y Dibujo 5A en la carpeta que previamente deberéis crear denominada Prácticas Cocodrile Clips dentro de la carpeta de Mis Documentos..

Nota: Sería muy interesante que previamente al montaje virtual de los circuitos hicierais el esfuerzo de imaginar, con los conocimientos de electrónica que tenéis, que es lo que va suceder.

Dibujo 1A

a) Pulsa el interruptor


___________________________________________________________________

b) Da la vuelta al diodo


___________________________________________________________________

Dibujo 2A





b) ¿Qué utilidad tiene el diodo LED en este circuito?

Dibujo 3A


¿Qué ocurre y por qué? _______________________________________________

____________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Dibujo 4A

a) Pulsa el interruptor I1


____________________________________________________________________________________________________

b) Con el interruptor I1 pulsado, pulsa el interruptor I2




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___________________________________________________________________

Dibujo 5A

a) Pulsa el interruptor I


Comprobación del funcionamiento de un rectificador de media onda y de onda completa con diodos semiconductores

EJERCICIO 08

Realizar el montaje del rectificador de media onda que se indica en la figura anterior y contestar los siguientes apartados:

a) Explica brevemente el funcionamiento del circuito

b) Dibuja utilizando los ejes coordenados que se facilitan las formas de onda de Ve y de Vs que son respectivamente los voltajes de entrada y de salida del rectificador de media onda.

Nota: Para ayudarte a realizar el dibujo puedes utilizar el osciloscopio que proporciona el programa Crocodile Clips y las sondas que se encuentran en la barra de herramientas.

Ve (voltaje de entrada del circuito rectificador)



Vs (voltaje de salida del circuito rectificador)

c) Justifica las formas de onda dibujadas así como los valores observados tanto de voltajes como de tiempos.

EJERCICIO 09.-

Realizar el montaje del rectificador de onda completa con puente de diodos que se indica en la figura y contestar los siguientes apartados:

a) Explica brevemente el funcionamiento del circuito

b) Dibuja utilizando los ejes coordenados que se facilitan las formas de onda de Ve y de Vs que son respectivamente los voltajes de entrada y de salida del rectificador de onda completa.



Nota: Para ayudarte a realizar el dibujo puedes utilizar el osciloscopio que proporciona el programa Crocodile Clips y las sondas que se encuentran en la barra de herramientas.

Ve (voltaje de entrada del circuito rectificador)

Vs (voltaje de salida del circuito rectificador)

c)

Comprobación del proceso de carga y descarga de un condensador a través de una resistencia


Justifica las formas de onda dibujadas así como los valores observados tanto de voltajes como de tiempos.


EJERCICIO 10.- Montar el circuito que se indica en la Figura 1 para comprobar el proceso de carga y descarga de un condensador a través de una resistencia. Se seguirán estos pasos:

1º Se seleccionarán los controles del osciloscopio para que sea capaz de medir una tensión máxima de 10 voltios y un intervalo en el eje de los tiempos de 2 segundos por división.

2ª Se cambiará de posición el conmutador, tal y como se indica en la Figura 2, para que comience la carga del condensador. Se medirá el tiempo que transcurre hasta que se produce la carga total del condensador y se comparará esta cantidad con el producto 5 x R x C ( ó 5 ) que es tiempo aproximado que tarda en cargarse un condensador de capacidad C sobre una resistencia de valor R.

3ª Se cambiará de posición el conmutador tal y como se indica en la Figura 3 para que el condensador se descargue sobre la resistencia R. Se medirá el tiempo que transcurre hasta que se produce la descarga total del condensador y se comparará esta cantidad con el producto 5 x R x C ( ó 5 ) que es tiempo aproximado que tarda en descargarse un condensador de capacidad C sobre una resistencia de valor R.

4ª Se dibujará sobre el sistema de ejes cartesianos que se adjunta las curvas que se han podido observar en el osciloscopio correspondientes a la carga y descarga del condensador.

El condensador trabajando como filtro en una fuente de alimentación


Figura 2: Carga del condensador Figura 3: Descarga del condensadorFigura 1: Situación inicial


EJERCICIO 11.- Montar los circuitos de las figuras 1 y 2 correspondientes respectivamente a un rectificador de doble onda y a un rectificador de doble onda mas la etapa de filtrado (el condensador). Utilizar el osciloscopio para observar en el mismo sistema de ejes cartesianos las formas de onda en los extremos de ambos circuitos.

Nota: El valor máximo o de pico o amplitud de la señal alterna del generador es de 10 voltios.

Contestar a los siguientes apartados.

a) Que diferencias existen entre la forma de onda de salida de los circuitos de las figuras 1 y 2.

b) Explicar a que se debe la forma de onda de diente de sierra que se obtiene en los extremos del condensador en la figura 2

c) Dibujar en los ejes cartesianos que se adjuntan las formas de onda de salida del rectificador de doble onda con y sin filtro.

Comprobación del funcionamiento del diodo zener


Figura 1 Figura 2


Como sabemos el diodo zener es un diodo especial que está caracterizado por trabajar con polarización inversa. Con este tipo de polarización y trabajando en la llamada región zener, que está limitada por Izmín e Izmáx tal y como se indica en la figura, el diodo zener está caracterizado porque su voltaje permanece constante e igual a Vz (voltaje zener).

Observación: Resistencia de protección de un diodo zener

Un diodo zener no trabaja nunca solo sino que lo hace en pareja con una resistencia de protección (R en la figura). La misión de esta resistencia es mantener siempre la intensidad que circula por el diodo dentro de los limites de Izmin e Izmax o lo que es lo mismo de mantenerle en la región zener. De esta forma el diodo zener cumplirá su función de mantener un voltaje constante en sus extremos (Vz)

EJERCICIO 12.-

a) Montar el circuito de la figura y dibujar utilizando el sistema de ejes cartesianos dado la forma de onda de salida de la fuente de alimentación variable y la forma de onda existente en los extremos del zener.

b) Justificar las formas de onda dibujadasc) Variar el valor de la fuente de alimentación variable de la figura, corriendo

hacia arriba y hacia abajo el botón gris de dicha fuente. Observar en el osciloscopio virtual del programa Crocodile Clips las formas de onda de salida de la fuente y la existente en los extremos del zener. Justificar las formas de onda obtenidas.

El diodo zener trabajando como estabilizador en una fuente de alimentación

El bloque estabilizador es el último bloque de una fuente de alimentación y por tanto su salida coincide con la salida de la fuente. Los tres bloques anteriores (transformador, rectificador y filtro) consiguen un voltaje de salida “casi” continuo pero no del todo. Esto es así porque ese voltaje puede sufrir variaciones con la



temperatura, con las variaciones en la tensión de la red, de la carga, etc. Para evitar estas variaciones se recurre al bloque estabilizador o regulador cuya misión es mantener constante la señal de salida de la fuente frente a las perturbaciones a las que se ha hecho alusión.

El componente fundamental en el bloque estabilizador es el diodo zener. Si en una fuente de alimentación el diodo zener y su resistencia de protección están bien elegidos, las variaciones que se produzcan en la salida del filtro o las variaciones en la tensión de red o las variaciones que se produzcan por la temperatura, etc. provocarán que la intensidad que circula por el zener varíe pero solamente dentro de los límites de la región zener (Izmin y Izmax). Esto traerá como consecuencia que su voltaje Vz permanezca siempre constante y de esta manera conseguiremos que la tensión de salida de la fuente también lo sea. Esto es así porque, como ya hemos comentado, en una fuente de alimentación con un diodo zener como regulador el voltaje de salida de la fuente coincide con el voltaje en este elemento.

EJERCICIO 13.-

a) Montad la fuente de alimentación que se indica en la figura y dibujar en el sistema de ejes cartesianos dado las formas de onda en la entrada de la fuente y en su salida. Tened en cuenta que el voltaje máximo del voltaje de entrada de la fuente son 10 voltios y su frecuencia f = 0,25 Hz.

b) Justificar estas formas de onda.


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Práctica Virtual de Electrónica Con El Programa Cocodrile Clips[1]