Colegio Secundario destinado Cautivas Correntinas

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INDICE INDICE INDICE INDICE

Introducción………………………………………………………………………………..3

Fundamentación…………………………………………………………………………...4

Objetivos generales………………………………………………………………………..5

Desarrollo………………………………………………………………………………….6

Contenidos conceptuales ………………………………………………………………….7

Contenidos procedimentales………………………………………………………………7

Actividades para desarrollar los objetivos…………………………………………………8

Marco teórico……………………………………………………………………………..12

Bibliografía……………………………………………………………………………….23

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INTRODUCINTRODUCINTRODUCINTRODUCCIONCIONCIONCION

La electrónica y su desarrollo han evolucionado a través del tiempo con el fin de dar solución a

diversas problemáticas cotidianas. Su desarrollo ha sido atribuido durante mucho tiempo a científicos,

técnicos o especialistas de esta área. Pero con el transcurrir de la sociedad de la información, pareciera ser

que se han derribado muchas barreras lográndose así un acceso casi total a diversos tipos de

conocimientos.

Parte de dicha circunstancia es el presente proyecto, el cual puede realizarse como parte de la

asignatura “tecnología” especialmente cuando abordamos temas relacionados a la electrónica, electricidad,

sistemas, sistemas de control, automatización etc., y con el que se pretende participar del control de

procesos cotidianos de la vida doméstica, como así también de la seguridad de hogares. Para ello se ha

utilizado como base teórica los conocimientos adquiridos por los alumnos en las actividades precedentes y

el acompañamiento del profesor de este espacio, apuntando principalmente al desarrollo de un sistema que

dependiendo de la luz que exista en el medio, active o desactive un relé el cual nos brinde la posibilidad de

encender una lámpara al caer la noche.

A partir de la ejecución de éste proyecto, los alumnos estarán en condiciones de realizar un

circuito electrónico de fácil montaje y funcionamiento. Sin embargo, gracias al marco teórico que envuelve

este proyecto, también serán capaces de realizar intervenciones críticas para mejorar o modificar

convenientemente el diseño.

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FUNDAMENTACIONFUNDAMENTACIONFUNDAMENTACIONFUNDAMENTACION

Los fenómenos físicos que rigen nuestro mundo, al igual que otras magnitudes, pueden ser

cuantificados, ya sea para un estudio profundo de los mismos o para ser empleados como elementos de

control. La luz ha sido talvez una de las magnitudes físicas que con mayor frecuencia se emplea con este

fin. Para cumplir con este objetivo, es necesario emplear un elemento capaz de convertir dichas

magnitudes en una señal eléctrica que pueda ser manejada por un circuito. Dichos elementos reciben el

nombre de transductores y pueden ser de muchas clases dependiendo del tipo de tarea para la cual han

sido diseñados.

En el presente proyecto, se necesita un elemento que permita medir, o por lo menos diferenciar,

entre una mayor o menor cantidad de luz: para tal efecto se apunta al uso de una fotocelda pues en esta el

valor de la resistencia medida entre sus terminales varía de acuerdo a la cantidad de luz que incida sobre

ella.

Este sencillo circuito, además, puede tener múltiples aplicaciones, entre ellas podemos contar con

el encendido de lámparas cuando se hace de noche, empleando el contacto normalmente abierto del relé

para ello. Si en lugar de éste empleamos el contacto normalmente cerrado, y en él conectamos una sirena u

otro elemento generador de sonido tal como una radio, tendremos un sencillo despertador que

permanecerá apagado mientras la fotocelda no esté recibiendo luz. Esta configuración requiere de un alto

consumo de energía, para evitar esto basta intercambiar la posición de la fotocelda y el potenciómetro en el

circuito.

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OBJETIVOS GENERALESOBJETIVOS GENERALESOBJETIVOS GENERALESOBJETIVOS GENERALES

Al finalizar el cursado, mediante los conocimientos y capacidades adquiridas el alumno será capaz

de:

Interpretar la automatización de sistemas mediante la realización del proyecto propuesto.

Comprender e intervenir en el funcionamiento de sistemas de control sencillos.

Armar y poner en funcionamiento un circuito electrónico correspondiente a un interruptor

crepuscular.

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DESARROLLODESARROLLODESARROLLODESARROLLO

Este sencillo circuito, dependiendo de la luz que exista en el medio, activa o desactiva un relé con

el cual nos brinda la posibilidad de encender una lámpara, una sirena, una radio o cualquier otro

elemento exterior ya sea al caer la noche o al amanecer.

El circuito está conformado esencialmente por un par de transistores en configuración Darlington

polarizados como interruptores, los cuales, al recibir una señal alta en la base debido a la poca luz que cae

sobre la fotocelda, ponen un nivel bajo en su colector polarizando el relé en forma correcta y

permaneciendo así hasta que la señal que llega a la base alcance un nivel bajo debido a la gran cantidad de

luz que incide sobre ella.

Este mismo circuito puede ser empleado para medir la temperatura y controlar el enfriamiento o

calentamiento de lugares cerrados, basta con reemplazar la fotocelda por un termistor, el cual se comporta

de la misma manera que ésta variando la resistencia entre sus terminales de acuerdo a la temperatura. Por

ello debemos tener en cuenta las mismas consideraciones ue con la fotocelda.

Antes de empezar a ensamblar el circuito, usted debe estar seguro de que posee todos los

componentes y materiales necesarios. Para ello, revise con cuidado la lista de materiales adjunta. De esta

forma el trabajo se hace más rápido.

Lista de materialesLista de materialesLista de materialesLista de materiales

1. 2 Transistores NPN 2N3904 o similares Q1 y Q2

2. 1 Resistencia de 1kΩ

3. 1 Diodo LED

4. 1 Potenciómetro de 100kΩ

5. 1 Fotocelda (LDR)

6. 1 interruptor de dos posiciones

(SI)

7. 1 Diodo IN4004 (DI)

8. 1 Relé de 12V (KI)

9. 4 Espadines

10. 1 Conector de tornillo de 3 pines (J2)

11. 1 Conector de tornillo de 2 pines (J1)

12. 1 Circuito impreso EF-01

13. 1m de soldadura

El interruptor crepuscular se ensambla sobre un circuito impreso CEKIT referencia EF-01, en la

cual se indican la posición de los componentes, se incluyen las conexiones para la fuente de alimentación y

los contactos del relé de salida. Tenga mucho cuidado en ubicar los componentes en la forma correcta,

especialmente el diodo, ya que una equivocación puede causar un mal funcionamiento del circuito.

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Cuando este seguro de que ha hecho todo el montaje correctamente, conecte la fuente de

alimentación de 12V. Luego, dirija el sensor hacia un rayo luminoso proveniente, por ejemplo, de una

linterna. Interrumpa con la mano el rayo de luz, en ese momento debe escuchar como se cierran los

contactos del relé. De no ser así ajuste el control de sensibilidad hasta escucharlo. Si ha instalado un

control de temperatura acerque el termistor (sin tocarlo) un cautín caliente hasta escuchar que se activa el

relé: de la misma forma que con la fotocelda, usted puede ajustar por medio de PI la sensibilidad del

circuito.

CONTENIDOS CONCEPTUALESCONTENIDOS CONCEPTUALESCONTENIDOS CONCEPTUALESCONTENIDOS CONCEPTUALES

Enfoque sistémico Enfoque sistémico Enfoque sistémico Enfoque sistémico –––– fuentes de energíafuentes de energíafuentes de energíafuentes de energía

Revisión de enfoque sistémico. Sistemas y subsistemas. Aspectos estructurales y funcionales. Los sistemas y

la realimentación. Diagramas y representación. Fuentes de energía: clasificación.

Sistemas de control. Proyecto tecnológicoSistemas de control. Proyecto tecnológicoSistemas de control. Proyecto tecnológicoSistemas de control. Proyecto tecnológico

Sistemas de control manual y automático. De lazo abierto o cerrado: definición, elementos. Electrónica y

automatismo: chips, sensores y actuadotes. Procesos industriales: producción en serie y en lote.

El proyecto tecnológico: revisión de conceptos y etapas. Construcción de prototipos y maquetas con

sistemas de control.

CONTENIDOS PROCEDIMENTALESCONTENIDOS PROCEDIMENTALESCONTENIDOS PROCEDIMENTALESCONTENIDOS PROCEDIMENTALES

Preparación del soldador: 1.- Conectar el soldador a línea de 220 V. 2.- Comprobar temperatura. 3.- Estañar. 4.- Limpiar exceso. Práctica de soldadura:Práctica de soldadura:Práctica de soldadura:Práctica de soldadura: 1.- Colocar componentes. 2.- Soldar. 3.- Comprobar soldadura. Armado de un interruptor crepuscularArmado de un interruptor crepuscularArmado de un interruptor crepuscularArmado de un interruptor crepuscular 1.- Trazar circuito sobre papel 2.- Fijar sobre plaqueta virgen. 3.- Marcar islas. 4.- Trazar circuito con tinta indeleble 5.- Realizar perforaciones. 5.- Introducir plaqueta en ácido percloruro férrico. 6.- Colocar 2 transistores NPN 2N3904, 1 Resistencia de 1 kΩ, 1 diodo LED, 1 potenciómetro de 100 kΩ, 1 fotocelda (LDR), 1 interruptor de dos posiciones, 1 diodo de 1ª, 1 relé de 12V 7.- Soldar. 8- Probar funcionamiento.

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ACTIVIDADES PARA DESARROLLAR LOS OBJETIVOSACTIVIDADES PARA DESARROLLAR LOS OBJETIVOSACTIVIDADES PARA DESARROLLAR LOS OBJETIVOSACTIVIDADES PARA DESARROLLAR LOS OBJETIVOS

* Definir el diseño de circuito a desarrollar.

*Preparar la plaqueta virgen de 5 x10., en donde se imprimirá el circuito.

*Dibujar las pistas del circuito sobre la plaqueta virgen, teniendo en cuenta que el ancho de las mismas (aprox. 2mm) debe ser suficiente para que las perforaciones quepan dentro de las pistas y además lograr buenas soldaduras.

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* Realizar las perforaciones necesarias, utilizando una mecha de

Ø 1mm. A continuación aplicar corrector o esmalte de uñas

sobre las pistas dibujadas, y verificar que se logre una buena

cobertura para que el ácido no elimine el cobre d e las pistas.

* Sumergir la plaqueta en percloruro de hierro durante aproximadamente 10 minutos. Esta sustancia eliminará la parte de cobre no utilizada de la plaqueta. Este proceso se acelerará si el percloruro de hierro adquiere m ayor temperatura.

* Retirar la plaqueta del percloruro de hierro, lavar con agua y aplicar una virulana para quitar el corrector y lograr una buena soldadura.

* Ubicar los elementos del circuito en sus correspondientes lugares, verificando su polaridad.

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* Soldar los elementos a la plaqueta utilizando estaño y chequear que las soldaduras sean correctas. Después cortar con un alicate los sobrantes de los pines de los componentes.

* Comprobar el correcto funcionamiento del circuito.

* Por último, ubicar convenientemente el circuito dentro de una caja plástica o de madera para lograr una mejor presentación y mayor seguridad.

ACTIVIDADES SUGERIDAS:ACTIVIDADES SUGERIDAS:ACTIVIDADES SUGERIDAS:ACTIVIDADES SUGERIDAS:

* Armar el circuito

* Buscar información en Internet

* Investigar las partes del circuito y para que sirven cada uno

Integrantes:Integrantes:Integrantes:Integrantes: Barreto, Anahí Josefina

Maciel, Miriam Gabriela

Mayorquín, Darío Sebastián

Quiroz, Javier Nicolás

Sánchez, Ramón Santiago

4º año 1era Profesorado en Tecnología

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MARCO TEORICOMARCO TEORICOMARCO TEORICOMARCO TEORICO

ResistorResistorResistorResistor

Resistor

Aspecto físico

Símbolo electrónico

Dos: entrada y salida (sin polaridad)

Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En el propio argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., se emplean resistencias para producir calor aprovechando el efecto Joule. Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corriente máxima en un resistor viene condicionada por la máxima potencia que puede disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los valores más comunes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W.

Existen resistencias de valor variable, que reciben el nombre de potenciómetros. Comportamiento en un circuito Los resistores se utilizan en los circuitos para limitar el valor de la corriente ó para fijar el valor de

la tensión. Utilizando la Ley de Ohm. Codificación de resistoresCodificación de resistoresCodificación de resistoresCodificación de resistores Código de coloresCódigo de coloresCódigo de coloresCódigo de colores

Para caracterizar un resistor hacen falta tres valores: resistencia eléctrica, disipación máxima y precisión o tolerancia. Estos valores se indican normalmente en el encapsulado dependiendo del tipo de éste; para el tipo de encapsulado axial, el que se observa en las fotografías, dichos valores van rotulados con un código de franjas de colores.

Estos valores se indican con un conjunto de rayas de colores sobre el cuerpo del elemento. Son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de tolerancia (normalmente plateada o dorada) a la derecha, se leen de izquierda a derecha. La última raya indica la tolerancia (precisión). De las restantes, la última es el multiplicador y las otras indican las cifras significativas del valor de la resistencia.

El valor de la resistencia eléctrica se obtiene leyendo las cifras como un número de una, dos o tres cifras; se multiplica por el multiplicador y se obtiene el resultado en Ohmios (Ω). El coeficiente de temperatura únicamente se aplica en resistencias de alta precisión o tolerancia menor del 1%).

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Código de coloresCódigo de coloresCódigo de coloresCódigo de colores

Color de la banda

Valor de la 1°cifra

significativa

Valor de la 2°cifra

significativa Multiplicador Tolerancia

Coeficiente de

temperatura

Negro - 0 1 - -

Marrón 1 1 10 ±1% 100ppm/°C

Rojo 2 2 100 ±2% 50ppm/°C

Naranja 3 3 1 000 - 15ppm/°C

Amarillo 4 4 10 000 ±4% 25ppm/°C

Verde 5 5 100 000 ±0,5% 20ppm/°C

Azul 6 6 1 000 000 ±0,25% 10ppm/°C

Violeta 7 7 10000000 ±0,1% 5ppm/°C

Gris 8 8 100000000 ±0.05% 1ppm/°C

Blanco 9 9 1000000000 - -

Dorado - - 0,1 ±5% -

Plateado - - 0,01 ±10% -

Ninguno - - - ±20% -

Como leer el valor deComo leer el valor deComo leer el valor deComo leer el valor de una resistenciauna resistenciauna resistenciauna resistencia En una resistencia tenemos generalmente 4 líneas de colores, aunque podemos encontrar algunas que contenga 5 líneas (4 de colores y 1 que indica tolerancia) vamos a tomar la más general las de 4 líneas, las primeras 3 y dejamos aparte la tolerancia que es plateada o dorada

• La primera línea representa el dígito de las decenas. • La segunda línea representa el dígito de las unidades. • El número así formado se multiplica por la potencia de 10 expresada por la tercera línea

(multiplicador). Por ejemplo: Tenemos una resistencia con los colores verde, amarillo, rojo y dorado.

• Registramos el valor de la primera línea (verde): 5 • Registramos el valor de la segunda línea (amarillo): 4 • Registramos el valor de la tercera línea (rojo): X 100 • Unimos los valores de las primeras dos líneas y multiplicamos por el valor de la tercera

54 X 100 = 5400Ω o 5,4 kΩ y este es el valor de la resistencia expresada en Ohmios Ejemplo

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Resistencia de valor 2.700.000 Ω y tolerancia de ±10%.

• La caracterización de una resistencia de 2.700.000 Ω (2,7 MΩ), con una tolerancia de ±10%, sería la representada en la figura 3:

1ª cifra: rojo (2) 2ª cifra: violeta (7) Multiplicador: verde (100000) Tolerancia: plateado (±10%) Codificación de los resistores de montaje superficial

Esta imagen muestra cuatro resistores de montaje de superficie (el componente en la parte superior izquierda es un condensador) incluyendo dos resistores de cero ohmios. Los enlaces de cero ohmios son usados a menudo en vez de enlaces de alambre

Resistencia de montaje superficial o SMD. A los resistores cuando se encuentran en circuitos con tecnología de montaje de superficie se les imprimen valores numéricos en un código similar al usado en los resistores axiales. Los resistores de tolerancia estándar en estos tipos de montajes (Standard-tolerance Surface Mount Technology) son marcados con un código de tres dígitos, en el cual los primeros dos dígitos representan los primeros dos dígitos significativos y el tercer dígito representa una potencia de diez (el número de ceros). Codificación en Resistencias SMD En las resistencias SMD ó de montaje en superficie su codificación más usual es: 1ª Cifra = 1º número 2ª Cifra = 2º número 3ª Cifra = Multiplicador En este ejemplo la resistencia tiene un valor de: 1200 ohmios = 1.2K 1ª Cifra = 1º número La " R " indica coma decimal 3ª Cifra = 2º número En este ejemplo la resistencia tiene un valor de: 1,6 ohmios La " R " indica " 0. " 2ª Cifra = 2º número 3ª Cifra = 3º número En este ejemplo la resistencia tiene un valor de: 0.22 ohmios ejemplo: "334" 33 × 10,000 Ω = 330 kΩ Los resistores de menos de 100 Ω se escriben: 100, 220, 470, etc. El número cero final representa diez a la potencia de cero, lo cual es 1. ejemplo: "100" = 10 × 1 Ω = 10 Ω Algunas veces estos valores se marcan como "10" o "22" para prevenir errores. Los resistores menores de 10 Ω tienen una 'R' para indicar la posición del punto decimal. ejemplo:

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"4R7" = 4.7 Ω Los resistores de precisión son marcados con códigos de cuatro dígitos, en los cuales los primeros tres dígitos son los números significativos y el cuarto es la potencia de diez. ejemplo: "1001" = 100 × 10 Ω = 1 kΩ Los valores "000" y "0000" aparecen en algunas ocasiones en los enlaces de montajes de superficie, debido a que tienen una resistencia aproximada a cero. PotenciómetroPotenciómetroPotenciómetroPotenciómetro

Aspecto físico

Potenciómetro rotatorio

Símbolo electrónico

(Europa)

(USA)

Distintos tipos de potenciómetros rotatorios.Distintos tipos de potenciómetros rotatorios.Distintos tipos de potenciómetros rotatorios.Distintos tipos de potenciómetros rotatorios. Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie. Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reóstatos, que pueden disipar más potencia. Construcción Existen dos tipos de potenciómetros:

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• Potenciómetros impresos, realizados con una pista de carbón o de cermet sobre un soporte duro como papel baquelizado, fibra, alúmina, etc. La pista tiene sendos contactos en sus extremos y un cursor conectado a un patín que se desliza por la pista resistiva.

• Potenciómetros petados. Consiste en un arrollamiento toroidal de un hilo resistivo (por ejemplo, constatan) con un cursor que mueve un patín sobre el mismo.

TiposTiposTiposTipos

Potenciómetros rotatorios multivuelta utilizados en electrónica. Estos potenciómetros permiten un mejor ajuste que los rotatorios normales.

Potenciómetros deslizantes. Según su aplicación se distinguen varios tipos:

• Potenciómetros de mando. Son adecuados para su uso como elemento de control en los aparatos electrónicos. El usuario acciona sobre ellos para variar los parámetros normales de funcionamiento. Por ejemplo, el volumen de una radio.

• Potenciómetros de ajuste. Controlan parámetros preajustados, normalmente en fábrica, que el usuario no suele tener que retocar, por lo que no suelen ser accesibles desde el exterior. Existen tanto encapsulados en plástico como sin cápsula, y se suelen distinguir potenciómetros de ajuste vertical, cuyo eje de giro es vertical, y potenciómetros de ajuste horizontal, con el eje de giro paralelo al circuito impreso.

• Según la ley de variación de la resistencia R = Ω(Ω): • Potenciómetros lineales. La resistencia es proporcional al ángulo de giro. • Logarítmicos. La resistencia depende logarítmicamente del ángulo de giro. • Senoidales. La resistencia es proporcional al seno del ángulo de giro. Dos potenciómetros

senoidales solidarios y girados 90° proporcionan el seno y el coseno del ángulo de giro. Pueden tener topes de fin de carrera o no.

• Antilogarítmicos (exponenciales?)... • En los potenciómetros impresos la ley de resistencia se consigue variando la anchura de la pista

resistiva, mientras que en los bobinados se ajusta la curva a tramos, con hilos de distinto grosor. • Potenciómetros multivuelta. Para un ajuste fino de la resistencia existen potenciómetros

multivuelta, en los que el cursor va unido a un tornillo desmultiplicador, de modo que para completar el recorrido necesita varias vueltas del órgano de mando.

• Tipos de potenciómetros de mando • Potenciómetros rotatorios. Se controlan girando su eje. Son los más habituales pues son de larga

duración y ocupan poco espacio. • Potenciómetros deslizantes. La pista resistiva es recta, de modo que el recorrido del cursor también

lo es. Han estado de moda hace unos años y se usa, sobre todo, en ecualizadores gráficos, pues la posición de sus cursores representa la respuesta del ecualizador. Son más frágiles que los rotatorios y ocupan más espacio. Además suelen ser más sensibles al polvo.

• Potenciómetros múltiples. Son varios potenciómetros con sus ejes coaxiales, de modo que ocupan muy poco espacio. Se utilizaban en instrumentación, autorradios, etc.

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• Potenciómetros digitales • Se llama potenciómetro digital a un circuito integrado cuyo funcionamiento simula el de un

potenciómetro Analógico. Se componen de un divisor resistivo de n+1 resistencias, con sus n puntos intermedios conectados a un multiplexor analógico que selecciona la salida. Se manejan a través de una interfaz serie (SPI, I2C, Microwire, o similar). Suelen tener una tolerancia en torno al 20% y a esto hay que añadirle la resistencia debida a los switches internos, conocida como Rwiper. Los valores mas comunes son de 10K y 100K aunque varia en función del fabricante con 32, 64, 128, 512 y 1024 posiciones en escala logarítmica o lineal. Los principales fabricantes son Maxim, Intersil y Analog Devices. Estos dispositivos poseen las mismas limitaciones que los conversores DAC como son la corriente máxima que pueden drenar, que esta en el orden de los mA, la INL y la DNL, aunque generalmente son monotónicos.

FotorresistenciaFotorresistenciaFotorresistenciaFotorresistencia

LDR

Foto celdaFoto celdaFoto celdaFoto celda Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado coronel fotorresistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuya siglas, LDR, se originan de su nombre en inglés light-dependent resistor. Su cuerpo está formado por una célula o celda y dos patillas.

símbolo eléctrico

El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (puede descender hasta 50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras (varios megaohmios). Características Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante. Las células de sulfuro del cadmio se basan en la capacidad del cadmio de variar su resistencia según la cantidad de luz que incide la célula. Cuanto más luz incide, más baja es la resistencia. Las células son también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV). La variación del valor de la resistencia tiene cierto retardo, diferente si se pasa de oscuro a iluminado o de iluminado a oscuro. Esto limita a no usar los LDR en aplicaciones en las que la señal luminosa varía con rapidez. El tiempo de respuesta típico de un LDR está en el orden de una décima de segundo. Esta lentitud da ventaja en algunas aplicaciones, ya que se filtran variaciones rápidas de iluminación que podrían hacer inestable un sensor (ej. tubo fluorescente alimentado por corriente alterna). En otras aplicaciones (saber si es de día o es de noche) la lentitud de la detección no es importante.

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DiodoDiodoDiodoDiodo

Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo. Diodo semiconductor

Formación de la región de agotamiento, en la gráfica z.c.e. Un diodo semiconductor moderno está hecho de cristal semiconductor como el silicio con impurezas en él para crear una región que contiene portadores de carga negativos (electrones), llamado semiconductor de tipo n, y una región en el otro lado que contiene portadores de carga positiva (huecos), llamado semiconductor tipo p. Las terminales del diodo se unen a cada región. El límite dentro del cristal de estas dos regiones, llamado una unión PN, es donde la importancia del diodo toma su lugar. El cristal conduce una corriente de electrones del lado n (llamado cátodo), pero no en la dirección opuesta; es decir, cuando una corriente convencional fluye del ánodo al cátodo (opuesto al flujo de los electrones, desde que los electrones tengan carga negativa). Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusión de electrones del cristal n al p (Je). Al establecerse una corriente de difusión, estas corrientes aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unión, zona que recibe el nombre de región de agotamiento. A medida que progresa el proceso de difusión, la región de agotamiento va incrementando su anchura profundizando en los cristales a ambos lados de la unión. Sin embargo, la acumulación de iones positivos en la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo eléctrico (E) que actuará sobre los electrones libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento, que se opondrá a la corriente de electrones y terminará deteniéndolos. Este campo eléctrico es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensión entre las zonas p y n. Esta diferencia de potencial (VD) es de 0,7 V en el caso del silicio y 0,3 V para los cristales de germanio. La anchura de la región de agotamiento una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden de 0,5 micras pero cuando uno de los cristales está mucho más dopado que el otro, la zona de carga espacial es mucho mayor. Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensión externa, se dice que el diodo está polarizado, pudiendo ser la polarización directa o inversa. Polarización directa de un diodo

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Polarización directa del diodo pn. En este caso, la batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a través de la unión; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad. Para que un diodo esté polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo de la batería al ánodo del diodo y el polo negativo al cátodo. En estas condiciones podemos observar que:

• El polo negativo de la batería repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos electrones se dirigen hacia la unión p-n.

• El polo positivo de la batería atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unión p-n.

• Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batería es mayor que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la energía suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unión p-n.

• Una vez que un electrón libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga espacial, cae en uno de los múltiples huecos de la zona p convirtiéndose en electrón de valencia. Una vez ocurrido esto el electrón es atraído por el polo positivo de la batería y se desplaza de átomo en átomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y llega hasta la batería.

De este modo, con la batería cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones de valencia de la zona p, aparece a través del diodo una corriente eléctrica constante hasta el final. Polarización inversa de un diodo

Polarización inversa del diodo pn.

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En este caso, el polo negativo de la batería se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensión en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensión de la batería, tal y como se explica a continuación:

• El polo positivo de la batería atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la batería. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los átomos pentavalentes que antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrón en el orbital de conducción, adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de valencia, ver semiconductor y átomo) y una carga eléctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones positivos.

• El polo negativo de la batería cede electrones libres a los átomos trivalentes de la zona p. Recordemos que estos átomos sólo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes con los átomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el electrón que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los electrones libres cedidos por la batería entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los átomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y una carga eléctrica neta de -1, convirtiéndose así en iones negativos.

• Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial adquiere el mismo potencial eléctrico que la batería.

• En esta situación, el diodo no debería conducir la corriente; sin embargo, debido al efecto de la temperatura se formarán pares electrón-hueco a ambos lados de la unión produciendo una pequeña corriente (del orden de 1 ΩA) denominada corriente inversa de saturación. Además, existe también una denominada corriente superficial de fugas la cual, como su propio nombre indica, conduce una pequeña corriente por la superficie del diodo; ya que en la superficie, los átomos de silicio no están rodeados de suficientes átomos para realizar los cuatro enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad. Esto hace que los átomos de la superficie del diodo, tanto de la zona n como de la p, tengan huecos en su orbital de valencia con lo que los electrones circulan sin dificultad a través de ellos. No obstante, al igual que la corriente inversa de saturación, la corriente superficial de fuga es despreciable.

Curva característica del diodo

Curva característica del diodo

• Tensión umbral, de codo o de partida (VΩ ). La tensión umbral (también llamada barrera de potencial) de polarización directa coincide en valor con la tensión de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensión externa supera la tensión umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeños incrementos de tensión se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente.

• Corriente máxima (Imax ). Es la intensidad de corriente máxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es función de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseño del mismo.

• Corriente inversa de saturación (Is ). Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formación de pares electrón-hueco debido a la temperatura, admitiéndose que se duplica por cada incremento de 10º en la temperatura.

• Corriente superficial de fugas. Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo, esta corriente es función de la

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tensión aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensión, aumenta la corriente superficial de fugas.

• Tensión de ruptura (Vr ). Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.

LedLedLedLed

• Diodo emisor de luz

• Ledes de color rojo, verde y azul de 5 mm.

• Símbolo electrónico

• Un led (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode: ‘diodo emisor de luz’) es un diodo semiconductor que emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha más frecuencia, en iluminación. Presentado como un componente electrónico en 1962, los primeros ledes emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta. Cuando un led se encuentra en polarización directa, los electrones pueden recombinarse con los huecos en el dispositivo, liberando energía en forma de fotones. Este efecto es llamado electroluminiscencia y el color de la luz (correspondiente a la energía del fotón) se determina a partir de la banda de energía del semiconductor. Por lo general, el área de un led es muy pequeña (menor a 1 mm), y se pueden usar componentes ópticos integrados para formar su patrón de radiación. Los ledes presentan muchas ventajas sobre las fuentes de luz incandescente como un consumo de energía mucho menor, mayor tiempo de vida, tamaño más pequeño, gran durabilidad y fiabilidad. Los ledes que pueden iluminar un cuarto son relativamente costosos y requieren una corriente más precisa y una protección térmica a comparación de las lámparas fluorescentes. Funcionamiento físico

Ledes de distintos colores.

El funcionamiento normal consiste en que, en los materiales semiconductores, un electrón al pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde energía; esta energía perdida se puede

A Ánodo

B Cátodo

1 Lente/encapsulado epóxico

2 Contacto metálico

3 Cavidad reflectora

4 Terminación del semiconductor

5 Plaquetas

6 Plaquetas 7

8 Borde plano

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manifestar en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria. El que esa energía perdida cuando pasa un electrón de la banda de conducción a la de valencia se manifieste como un fotón desprendido o como otra forma de energía (calor por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando un diodo semiconductor se polariza directamente, los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo.

Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse, es decir, los electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos, "cayendo" desde un nivel energético superior a otro inferior más estable. Este proceso emite con frecuencia un fotón en semiconductores de banda prohibida directa (direct bandgap) con la energía correspondiente a su banda prohibida. Esto no quiere decir que en los demás semiconductores (semiconductores de banda prohibida indirecta o indirect bandgap) no se produzcan emisiones en forma de fotones; sin embargo, estas emisiones son mucho más probables en los semiconductores de banda prohibida directa (como el nitruro de galio) que en los semiconductores de banda prohibida indirecta (como el silicio).

La emisión espontánea, por tanto, no se produce de forma notable en todos los diodos y sólo es visible en diodos como los ledes de luz visible, que tienen una disposición constructiva especial con el propósito de evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante, y una energía de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible. En otros diodos, la energía se libera principalmente en forma de calor, radiación infrarroja o radiación ultravioleta. En el caso de que el diodo libere la energía en forma de radiación ultravioleta, se puede conseguir aprovechar esta radiación para producir radiación visible, mediante sustancias fluorescentes o fosforescentes que absorban la radiación ultravioleta emitida por el diodo y posteriormente emitan luz visible.

El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un led es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón por la cual el patrón de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.

Para obtener buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el led; para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operación va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente (lo que está relacionado con el material de fabricación y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que debe circular por él varía según su aplicación. Valores típicos de corriente directa de polarización de un led corriente están comprendidos entre los 10 y los 40 mA. En general, los ledes suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos, con lo cual, en su operación de forma optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto más grande es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos). Tecnología LED

Compuestos empleados en la construcción de leds

Compuesto • Color • Long. de onda

Arseniuro de galio (GaAs) • Infrarrojo • 940 nm

Arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) • Rojo e infrarrojo • 890 nm

Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)

• Rojo, anaranjado y amarillo • 630 nm

Fosfuro de galio (GaP) • Verde • 555 nm

Nitruro de galio (GaN) • Verde • 525 nm

Seleniuro de zinc (ZnSe) • Azul •

Nitruro de galio e indio (InGaN) • Azul • 450 nm

Carburo de silicio (SiC) • Azul • 480 nm

Diamante (C) • Ultravioleta •

Silicio (Si) • En desarrollo •

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BIBLIOGRAFIA:

http://www.unicrom.com/tut_555_t1igualt2.asp

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http://es.wikipedia.org

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Maciel, Miriam Gabriela

Mayorquín, Darío Sebastián

Quiroz, Javier Nicolás

Sánchez, Ramón Santiago

4º año 1era Profesorado en Tecnología