Informe Laboratorio 5

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS ESCUELA DE CIENCIAS Nombre: Johanna Encalada Practica No. 3 Curso: Tercer Semestre Paralelo: Primero Grupo No. 2 Fecha: 08-10-2009 Tema: SISTEMA PARA POTENCIOMETRO

CONTAR

UTILIZANDO

FOTOCELDA

Y

MARCO TEÓRICO CAPACITORES ELECTROLÍTICOS

A diferencia de los capacitores comunes, los capacitores electrolíticos se han desarrollado para lograr grandes capacidades en dimensiones físicas reducidas. Este capacitor se logra con un dieléctrico especial. La capacidad de un capacitor tiene fórmula: C = EA / d donde: - A = superficie. - d = separación de placas. - E = constante dieléctrica Si el valor de la constante dieléctrica (E) aumenta, también aumenta la capacitancia del capacitor. Este dieléctrico es un electrolito constituido por óxido de aluminio impregnado en un papel absorbente. Cuando se fabrica el capacitor electrolítico, se arrollan dos láminas de aluminio, separadas por un papel absorbente impregnado con el electrolito.

Después se hace circular una corriente entre las placas, con el propósito de provocar una reacción química que creará una capa de óxido de aluminio que será el dieléctrico (aislante). Físicamente consta de un tubo de aluminio cerrado, dentro del cual se haya el capacitor. Está provisto de una válvula de seguridad que se abre en caso de que que el electrolito (de allí viene el nombre) entre en ebullición y evitando el riesgo de explosión. El capacitor electrolítico es un elemento polarizado, por lo que sus terminales no pueden ser invertidas. Generalmente el signo de polaridad viene indicado en el cuerpo del capacitor. El inconveniente que tienen estos capacitores es que el voltaje permitido entre sus terminales no es muy alto. Si fuera necesario cambiar este capacitor, se debe buscar uno de la misma capacidad y con un voltaje igual o mayor al del capacitor dañado, pero... No se recomienda utilizar un capacitor de voltaje (dato de fabrica) muy superior al dañado pues, un capacitor que recibe un voltaje mucho menor que para la que fue diseñado, siente que no estuvo polarizado en corriente continua y la capa de óxido de aluminio disminuye hasta que el elemento falla.

Nota: Este tipo de capacitores deben de utilizarse lo antes posible después de su fabricación. Si el período de almacenamiento antes de usarlo es muy largo, al no recibir voltaje, se empieza a dañar (se reduce la capa de óxido de aluminio). Es conveniente tomar en cuenta siempre la fecha de fabricación. CAPACITORES CERÁMICOS Los capacitores con dieléctrico de cerámica son una única familia con una constante dieléctrica relativamente alta, son de diseño físico de fácil fabricación, en donde se puede encontrar una gran variedad de formatos. La cerámica usada está basada en TiO2 (dióxido de titanio) y titanatos (combinación de óxido de titanio y otros óxidos). 2. Los capacitores cerámicos están clasificados en tres tipos

Cerámicos de clase I [COG (NP0)] (estable): Este tipo de capacitores empleados, usualmente a base de dióxido de titanio o titanato de calcio con aditivos, pueden ser usados para lograr las características deseadas, éstas son el coeficiente de temperatura nominal sobre el rango de 25 a 85 ºC, la constante dieléctrica relativa de 6 a 500 y un factor de potencia de 0,4 o menor. Los capacitores cerámicos de clase I son utilizados en circuitos resonantes, alta frecuencia y acoplamiento, dieléctricos de temperatura compensada, estabilidad dieléctrica y otras aplicaciones donde un alto Q son esenciales. Conocidos también como NP0 o Negativo Positivo Cero. Cerámicos de clase II [XR7] (semiestable): Son usados cuando la miniaturización es requerida para aplicaciones de radio frecuencia, filtros y acoplamiento de etapas, donde el Q y la estabilidad pueden estar comprometida. La clase II está subdividida en dos subgrupos, estable e inestable. Los cerámicos estables (estable k) tienen una constante dieléctrica de 250 a aproximadamente 2400, tienen una característica no lineal de temperatura definida dentro de un rango de -60 a 120 ºC. Los cerámicos inestables (alto k) tienen una constante dieléctrica de 3000 a 10000. Estos valores de alto k son obtenidos por formulaciones especiales de titanatos y aditivos. El rango de operación de temperatura es de –55 a 85 ºC o menos (dependiendo de la fórmula usada) causado por la disminución del k de un 30 al 80%. Cerámicos de clase III [Z5U] (propósitos generales): En estos diseños un disco cerámico aislante con un tratamiento de calor es aplicado en una atmósfera reducida para que disminuya la resistividad por debajo de 10  -cm. Los electrodos de plata son aplicados en la superficie y son soldados al mismo tiempo, un capacitor formado entre el electrodo y el cuerpo semiconductor aplicados a ambos lados del disco, es decir, que la terminación está hecha por dos capacitores en serie. Son aplicados en circuitos de acoplamiento y como supresores de interferencia. Envejecimiento: Estos dieléctricos presentan un fenómeno conocido como Transformación de la fase del cristal a la temperatura de Curie, es

decir, el rango de la temperatura en la que algunos cristales cambian su forma, dando por resultado un incremento en la constante dieléctrica (k) en o sobre la temperatura de Curie. El incremento en (k)provoca un incremento en el valor de la capacitancia. Llevar los capacitores cerámicos de la temperatura de Curie a la temperatura ambiente (25 ºC) da como resultado una disminución gradual de (k). Esta disminución es una función logarítmica dependiente del tiempo y la velocidad del cambio es la velocidad de envejecimiento. La velocidad de envejecimiento para los dieléctricos es: COG (NP0) = 0 (no envejece) X7R = 1 % (máximo de decrecimiento por década de tiempo) Z5U = 3 % (máximo de decrecimiento por década de tiempo) La temperatura de Curie envejecimiento es: X7R = alrededor de + 120 ºC Z5U = alrededor de + 8 ºC Características eléctricas:

para

dieléctricos

susceptibles

de

CIRCUITO INTEGRADO 555 El circuito integrado 555 es un circuito integrado de bajo costo y de grandes prestaciones. Inicialmente fue desarrollado por la firma Signetics. En la actualidad es construido por muchos otros fabricantes. Entre sus aplicaciones principales cabe destacar las de multivibrador estable (dos estados metaestables) y monoestable (un estado estable y otro metaestable), detector de impulsos, etcétera. Sus características Este Circuito Integrado (C.I.) es para los experimentadores y aficionados, un dispositivo barato con el cual pueden hacer muchos proyectos. Este temporizador es tan versátil que se puede utilizar para modular una señal en Amplitud Modulada (A.M.) Está constituido por una combinación de comparadores lineales, flipflops (biestables digitales), transistor de descarga y excitador de salida. Las tensiones de referencia de los comparadores se establecen en 2/3 V para el primer comparador C1 y en 1/3 V para el segundo comparador C2, por medio del divisor de tensión compuesto por 3 resistencias iguales R. En el gráfico se muestra el número de pin con su correspondiente función. En estos días se fabrica una versión CMOS del 555 original, como el Motorola MC1455, que es muy popular. Pero la versión original de los 555 sigue produciéndose con mejoras y algunas variaciones a sus circuitos internos. El 555 esta compuesto por 23 transistores, 2 diodos, y 16 resistencias encapsulados en silicio. Hay un circuito integrado que se compone de dos temporizadores en una misma unidad, el 556, de 14 pines y el poco conocido 558 que integra cuatro 555 y tiene 30 pines. Hoy en día, si ha visto algún circuito comercial moderno, no se sorprenda si se encuentra un circuito integrado 555 trabajando en él. Es muy popular para hacer osciladores que sirven como reloj (base de tiempo) para el resto del circuito. Descripción de las terminales del Temporizador 555

Pines del 555 • •

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GND (normalmente la 1): es el polo negativo de la alimentación, generalmente tierra. Disparo (normalmente la 2): Es en esta patilla, donde se establece el inicio del tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monostable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. Este pulso debe ser de corta duración, pues si se mantiene bajo por mucho tiempo la salida se quedará en alto hasta que la entrada de disparo pase a alto otra vez. Salida (normalmente la 3): Aquí veremos el resultado de la operación del temporizador, ya sea que esté conectado como monostable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será el voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7 Voltios. Esta salida se puede obligar a estar en casi 0 voltios con la ayuda de la patilla de reset (normalmente la 4). Reset (normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de 0.7 Voltios, pone la patilla de salida a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee". Control de voltaje (normalmente la 5): Cuando el temporizador se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la práctica como Vcc -1 voltio) hasta casi 0 V (aprox. 2 Voltios). Así es posible modificar los tiempos en que la salida está en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por las resistencias y condensadores conectados externamente al 555). El voltaje aplicado a la patilla de control de voltaje puede variar entre un 45 y un 90 % de Vcc en la configuración monostable. Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astable causará la frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM). Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 0.01μF para evitar las interferencias.

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Umbral (normalmente la 6): Es una entrada a un comparador interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida a nivel bajo. Descarga (normalmente la 7): Utilizado para descargar con efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento. V+ (normalmente la 8): También llamado Vcc, alimentación, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 18 voltios (máximo). Hay versiones militares de este integrado que llegan hasta 18 Voltios.

Funcionamiento del Circuito Integrado 555 El temporizador 555 se puede conectar para que funcione de diferentes maneras, entre los más importantes están: como multivibrador astable y como multivibrador monoestable. Multivibrador astable Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o rectangular) continua de ancho predefinido por el diseñador del circuito. El esquema de conexión es el que se muestra. La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo t1 y un nivel bajo por un tiempo t2. La duración de estos tiempos dependen de los valores de R1, R2 y C1, según las fórmulas siguientes: (en segundos) y (en segundos) La frecuencia con que la señal de salida oscila está dada por la

fórmula:

el período es simplemente: También decir que si lo que queremos es un generador con frecuencia variable, debemos variar la capacidad de condensador, ya

que si el cambio lo hacemos mediante las resistencias R1 y/o R2, también cambia el ciclo de trabajo o ancho de pulso (D) de la señal de salida según la siguiente expresión:

Hay que recordar que el período es el tiempo que dura la señal hasta que ésta se vuelve a repetir (Tb - Ta). Si se requiere una señal cuadrada donde el ciclo de trabajo D sea del 50%, es decir que el tiempo t1 sea igual al tiempo t2, es necesario añadir un diodo en paralelo con R1 según se muestra en la figura. Ya que, según las fórmulas, para hacer t1 = t2 sería necesario que R1 fuera cero, lo cual en la práctica no funcionaría. Multivibrador monoestable En este caso el circuito entrega a su salida un solo pulso de un ancho establecido por el diseñador. El esquema de conexión es el que se muestra. La fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo en el que la salida está en nivel alto) es: (en segundos). (en segundos). Nótese que es necesario que la señal de disparo, en la terminal #2 del 555, sea de nivel bajo y de muy corta duración para iniciar la señal de salida.

LISTA DE MATERIALES • • • • • •

Fuente de poder Multímetro Osciloscopio Cables Pinzas lagarto Circuito integrado 555

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Capacitor electrolítico Potenciómetro Capacitor cerámico Implementos varios (led’s, protoboard, resistencias, etc.)

DISEÑO Y FUNCIONAMIENTO Esquema Eléctrico del Circuito

R1 10k

U1

8 R

VCC

4

Q DC

5

3 7

CV

2

TR

1

1k

GND

RV1 TH

D1

6 555

C2

LED-GREEN

0.001u

C1

R2

10u

220R

Simulación del Circuito Eléctrico

Descripción Circuito lógico implementado con una compuerta 555 conectada como se indica en el diagrama con un potenciómetro.

En esta ocasión utilizamos un led para verificar la función de la compuerta 555, esto es que el led se enciende y se apaga de acuerdo como vaya trabaja la compuerta y esto se puede regular mediante una variación que se realiza en el potenciómetro. A continuación muestro las comparaciones en tiempo empleado: T1=ln2R1+R2C1 T1=ln2220+1000001x10-5 T1=0.6

T2=ln2R2C1 T1=ln2100000 x (1x10-5) T1=0.6

Tiempo total: T1+T2=1.2 s

Promedio de tiempos tomado en el laboratorio T=1.14+1.18+1.26+1.20+1.12+1.10+1.23+1.19+1.10+1.15/10 T=1.3

ANÁLISIS DE LA PRÁCTICA Al realizar la implementación práctica del circuito lógico se deben tener muy en cuenta los parámetros técnicos bajo los cuales funciona cada elemento electrónico como; voltajes de entrada, voltajes de salida, condiciones iníciales, etc. Todos estos datos técnicos se los encuentran en los data-sheet de cada elemento y así podremos evitar daños en los componentes con los que estamos trabajando. Podemos observar que los tiempos son casi iguales por lo que podemos concluir que la práctica está bien realizada. CONCLUSIONES –

Utilizamos algunos implementos nuevos como la compuerta 555, el capacitor electrolítico y el capacitor cerámico los cuales conectados correctamente nos permiten simular el funcionamiento de un reloj.

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El circuito integrado 555 tiene 8 pines entre entradas y salidas que deben ir conectadas como se indica en el esquema eléctrico.

EVALUACIÓN Entre estas últimas prácticas nos hemos ido familiarizando con cada implemento lo que nos facilita mucho el trabajo pero aún nos faltan detalles como por ejemplo el orden se recomienda conectar los implementos ordenadamente en el protoboard para s el caso lo requiere revisar alguna falla y corregirla. BIBLIOGRAFÍA Bibliografía • • •

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado_555 http://www.unicrom.com/Tut_capacitor-electrolitico.asp http://www.monografias.com/trabajos7/case/case.shtml