Precio Cap. Fed. Y GBA Precio Cap. Fed. Y GBA: : $14,90$14,90 Recargo envío al interior: Recargo envío al interior: $0,50$0,50 ISSN: 0328-5073 Año 26 / 2012 / ISSN: 0328-5073 Año 26 / 2012 / Nº 305Nº 305
SEC CIo NES FI JaS
Descarga de CD: Servicio Técnico a Equipos Lavavajillas 16
aRTÍCuLo DE Tapa
ascensor de “N” plantas Microcontrolado programable 3
Control de un ascensor con Compuertas Lógicas 67
CuRSo DE ELECTRÓNICa Etapa 2, Lección 5:
Reguladores de Tensión Integrados 17
Los amplificadores operacionales 21
Cómo se Estudia este Curso de Técnico Superior en Electrónica 32
MaNuaLES TÉCNICoS
500 Fallas y Soluciones en audio. Minicomponentes, Modulares, Reproductores de
CD y DVD, potencias, Etc. 50 Manuales de Servicio y 500 planos Gigantes 33
TÉCNICo REpaRaDoR
Recuperación de Microcontroladores Dañados. Muletas para Señales alternas de
alta Frecuencia 49
auTo ELÉCTRICo
Gestión Electrónica del Motor: Las Funciones de la ECu en el automóvil 53
MoNTaJES
Fuente de alimentación con Control de Carga & Teclado Microcontrolado 61
Central de alarma Inteligente con Múltiples Zonas de Entrada y Discador
Telefónico 70
EDITORIAL
QUARK
Año 26 - Nº 305
DICIEMBRE 2012
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Dis tri bu ción en Ca pi tal
CarlosCancellaroeHijosSH Gutenberg3258-Cap.4301-4942 Uru guay RoDeSol SA Ciudadela1416-Montevideo Distribución en In te rior DistribuidoraBertránS.A.C. Av.VélezSársfield1950-Cap.
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Bien, ami gos de Sa ber Elec tró ni ca, nos en con tra mos nue va men te en las pá gi nas de nues tra re vis ta pre di lec ta pa ra com par tir las no ve da des del mun do de la elec tró -ni ca.
Este año Saber Electrónica cumplió 25 años de edición ininterrumpida desde su creación, allá por 1986 y el mes próximo
comenzamos el año 24 en varios países de América Latina. Es un motivo de orgullo haber crecido de la mano de muchí-simas personas ligadas con la electrónica y que hoy no están con nosotros, Luis Horacio Rodriguez, Egon Strauss y Arnaldo Galetto son solo algunos de los “genios” que formaron parte de este equipo que mes a mes comparte con todos ustedes las “novedades de la electrónica” y que, pese a no estar físicamen-te, siguen aportando toda su sapiencia y experiencia en más de una ocasión en las páginas de nuestra querida revista.
Es cierto que la forma de divulgar contenidos ha cambiado pero la electrónica sigue siendo la misma, evolucionó la tecno-logía y aparecieron nuevos materiales pero las leyes que rigen esta disciplina siguen siendo las mismas y no creo que vayan a cambiar. También es cierto que hace 25 años existían en el mercado Latinoamericano cerca de 10 revistas hermanas y que hoy sólo Saber Electrónica sigue llegando a todos los rcones de nuestro Continente; pero también es verdad que in-tentamos mantener “vivas” sus enseñanzas publicando artícu-los en la edición impresa y colocando información en nuestra web (Nueva Electrónica, Electrónica y Computadoras, Radio Práctica y Electrónica Hoy son solo algunas de las revistas a las que agradecemos permanentemente su apoyo y que hoy siguen vigentes en nuestra web).
Se está terminando el año y es hora de un nuevo balance… y para nosotros es más que positivo… por eso quiero terminar este mensaje tal como lo empecé: “estamos orgullosos de ha-ber crecido y seguir evolucionando en el campo de la electróni-ca” y estamos muy agradecidos de que nos siga prefiriendo.
Quienes hacemos Saber Electrónica queremos que este fin de año lo encuentre plagado de felicidad y que el año que co-mienza sea el inicio de una etapa en la que se cumplan todos sus deseos.
¡Hasta el mes próximo!
Ing. Ho ra cio D. Va lle jo
SABER ELECTRONICA
Di rec tor
Ing. Ho ra cio D. Va lle jo
Pro duc ción
Jo sé Ma ría Nie ves (Grupo Quark SRL)
Co lum nis tas:
Fe de ri co Pra do Luis Ho ra cio Ro drí guez
Pe ter Par ker Juan Pa blo Ma tu te EditorialQUarKS.r.l. Propietariadelosderechos encastellanodelapublicaciónmen-sualSabErElEctronica argentina: (GrupoQuarkSRL)San Ricardo2072,CapitalFederal, Tel(11)4301-8804 México (SISA):Cda.Moctezuma2, Col.Sta.Agueda,EcatepecdeMorelos, Edo.México,Tel:(55)5839-5077 ARGENTINA Ad mi nis tra ción y Ne go cios
Te re sa C. Ja ra (Grupo Quark)
Staff
Liliana Teresa Vallejo, Mariela Vallejo, Diego Vallejo
Sis te mas: Pau la Ma ria na Vi dal Red y Com pu ta do ras: Raúl Ro me ro Video y Animaciones: Fernando Fernández
Le ga les: Fer nan do Flo res Con ta du ría: Fer nan do Du cach Técnica y Desarrollo de Prototipos:
Alfredo Armando Flores
México Ad mi nis tra ción y Ne go cios
Patricia Rivero Rivero, Margarita Rivero Rivero
Staff
Ing. Ismael Cervantes de Anda, Ing. Luis Alberto Castro Regala-do, Victor Ramón Rivero Rivero, Georgina Rivero Rivero, José
Luis Paredes Flores
Aten ción al Clien te
Ale jan dro Va lle jo ate clien @we be lec tro ni ca .co m.ar
Director del Club SE:
luisleguizamon@we be lec tro ni ca .co m.ar
Grupo Quark SRL
San Ricardo 2072 - Ca pi tal Fe de ral www .we be lec tro ni ca .co m.ar www .we be lec tro ni ca .co m.mx www .we be lec tro ni ca .co m.ve
Grupo Quark SRL y Saber Electrónica no se res pon sa bi li za por el con te ni do de las no tas fir ma das. To dos los pro duc tos o mar cas que se men cio nan son a los efec tos de pres tar un ser vi cio al lec tor, y no en tra ñan res pon sa bi li dad de nues tra par te. Es tá pro hi bi da la re pro duc -ción to tal o par cial del ma te rial con te ni do en es ta re vis ta, así co mo la in dus tria li za ción y/o co mer cia li za ción de los apa ra tos o ideas que apa re cen en los men cio na dos tex tos, ba jo pe na de san cio nes le ga les, sal vo me dian te au to ri za ción por es cri to de la Edi to rial.
númeroderegistrodePropiedadintelectualVigente:96
E
DITORIALINTRODUCCIÓN
He realizado una maqueta de 8 plantas cuyo motor de corriente continua se puede controlar con una tarjeta que realicé “hace mas de 20 años” mediante puertas lógicas, la cual incorpora 10 cir-cuitos integrados y manda la orden de subir y bajar a otra tarjeta de 4 transistores con disposición en puente H, la cual lleva también incorporado el puente de diodos y el condensador de filtro para alimentar a todo el conjunto.
Con el avance del tiempo y ya con más conoci-mientos, he decidido realizar el sistema de control con el “archi” conocido PIC16F84.
En la parte inferior de la imagen mostrada en la figura 1 se encuentra la tarjeta con un
microcontro-lador PIC 16F84A, el cual programé para controlar 5 plantas. La única limitación para implementar más plantas es la cantidad de pines que dispone este micro, así por ejemplo con el 16F628 que incluso sale más económico se puede implementar hasta 7 plantas. El que sepa un poco de progra-mación en lenguaje ensamblador verá lo fácil que es modificar este programa para realizar el control del número de plantas que desee y si no sabe… pues no se preocupe, podrá descargar un curso de programación totalmente gratis y hasta varios pro-gramas para diferentes aplicaciones y números de plantas a controlar.
La tarjeta microcontrolada lleva en su parte izquierda los pulsadores de llamada así como los LED indicadores que avisan que en esa planta está
A
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Presentamos el sistema electrónico correspondiente a la automatización de un ascensor para varios pisos. El artículo expone el circuito de la maqueta de un ascensor de 5 plantas con PIC pero nada impide que pueda emplear el dispositivo para una cantidad dife-rente de pisos. Este proyecto fue el primero que de-sarrollé cuando me introduje en el mundo de los microcontroladores, actualmente me doy cuenta que, con los nuevos conocimientos que he adquirido, podía haber realizado el programa de forma mas depurada, pero he decidido dejarlo tal cual para que pueda ser comprendido por un principiante. El pro-grama es muy fácil de comprender y modificar de modo de poder usarlo para otras aplicaciones. Decidimos la publicación de este informe dado que en diferentes seminarios realizados por Saber Electrónica en México, Argentina, Perú y El Salvador, 6 participantes (estudiantes universitarios) expusie-ron sus modelos basados en este ascensor.
Autor: José Martínez e-mail: [email protected] - http://www.diselc.es
prevista la parada de la cabina. En el lado izquierdo lleva los LED indicadores del lugar donde se encuentra la cabina en cada momento. A la izquierda de la tar-jeta microcontroladora he situado con una placa perforada los dos relés que controlan el motor.
La tarjeta de la derecha corresponde a otra forma de con-trolar esta maqueta mediante puertas lógicas, cuyo esquema también expondremos en este informe.
En la maqueta, el habitáculo o cabina se desplaza dentro de un tubo de aluminio mediante un sis-tema de movimiento que paso a explicar:
En la figura 2 puede observar el soporte realizado con ángulo
de hierro de 40 mm x 40 mm para sostener el tubo de aluminio, para la construcción fue soldado con una eléctrica (soldadura por arco). También se muestra el motor con ruedas dentadas para reducir la velocidad de éste y generar más fuerza. El motor lo obtuve de algún equipo que desguacé, no recuerdo que fue, que cada uno se las ingenie con
lo que tenga a mano. Vea en la parte superior de la imagen (seguimos con la figura 2) una pequeña polea que fue necesaria colocar cerca del motor para guiar el hilo al centro del carrete que éste lleva asociado.
La cabina la realicé de madera, con polea para dividir por 2 la velocidad, y a su vez hacer que el motor trabaje más suave.
En la figura 3 se tiene una vista general de los 8 huecos realizados en el tubo de aluminio de 40m x 40mm y 100 mm de alto.
Estos huecos los realicé mediante sucesivos agujeros con un taladro y luego perfilándolos con una lima. Al tratarse de aluminio el trabajo no fue muy duro.
En cada “planta” se colocó un LED indicador, figura 4. Estos LEDs no se han conectado a la
tar-Figura 1
Figura 2
jeta con el microcontrolador, pero los he utilizado para el otro proyecto de un ascensor de 8 plantas con puertas lógicas que más adelante expondre-mos.
Los soportes metálicos de los LEDs actúan como elementos de llamada. Al utilizar porta-led metálico éste me sirvió como elemento sensor, así que en cada porta-led coloqué un terminal de masa o tierra para conectar un cable. He utilizado una canaleta de 50 mm x 20 mm como soporte.
un sistema “sensor” muy sencillo pero efectivo, se trata de colocar en cada planta un reed-relé y en la cabina un imán, de manera que cada vez que pasa el imán por la posición del reed-relé, este cerrará sus contactos indicando que el habitáculo está pasando por ahí.
A la cabina, realizada en madera, le hice un pequeño agujero en donde luego introduje un pequeño imán encargado de accionar los interrup-tores reed-relés, para así determinar la posición de la cabina dentro del tubo, figura 5. Observe el deta-lle de los 3 tornillos que deta-lleva en el lado derecho, en realidad lleva un total de 12, los cuales sirven para evitar holguras de la cabina dentro del tubo de alu-minio, así como para minimizar al máximo posible el roce.
En la figura 6 se pueden observar los reed-relés. Se trata de unos simples interruptores que son accionados mediante un imán. Son los encargados de decirle al microcontrolador en qué posición se encuentra la cabina. Estos elementos tienen un precio de uno a dos dólares. Su uso es muy fre-cuente en sistemas de alarma para detectar la apertura de puertas y ventanas.
En lugar de estos elementos también se podía haber empleado cualquier otro dispositivo como: micro-interruptores, células fotoeléctricas o incluso detectores por efecto hall.
En el primer “intento” cometí un pequeño error al instalar los reed-relés: si el imán pasa justamente por el centro de este elemento, paralelo a las len-güetas o contactos, no detectará el campo magné-ticoy por lo tanto no actuará. En la figura 7 se puede observar la primera posición en la que coloqué a
Figura 5
estos interruptores magnéticos. Ahora bien, como ya tenía colocado el imán en la cabina, preferí cam-biar la orientación del reed-relé y colocarlo según la imagen de la figura 8. Si se fija en el video que se encuentra en la página del autor, podrá observar que cuando se acerca la cabina al detector se enciende el LED, se apaga un instante y se vuelve a encender al alejarse.
ELCIRCUITOELÉCTRICO DELSISTEMA DECONTROL
Se puede observar en el esquema de la figura 9 que el cerebro de todo el control es el famoso microcontrolador PIC 16F84A, aunque perfecta-mente podemos utilizar el 16F628 con unas peque-ñas modificaciones en el programa y así nos aho-rramos el cristal de 4MHz y los 2 condensadores asociados.
Seguramente le llamará la atención que los
dio-dos LED tienen conectadio-dos el cátodo al microcon-trolador ya que lo común es verlos al revés. Naturalmente, en esta configuración, cuando yo quiero encender un LED el micro tiene que mandar un "0" al terminal donde está conectado el LED en lugar del típico "1".
Observe que los pulsadores, tanto los de lla-mada como los de posición de la cabina, comparten los pines del PIC con los diodos LED. En el esquema tengo configurados todos los pines como entradas, y cuando detecto una pulsación, el pro-grama hace que ese pin (patita del micro) sea una salida con nivel lógico "0".
Los mismos diodos LED junto con sus resisten-cias limitadoras sirven para polarizar las entradas del micro.
Obviamente, el funcionamiento del circuito se basa en el programa que está grabado en el PIC; para los que están en tema, en la tabla 1 está el programa ensamblador; si sigue las rutinas,
trucción por instrucción, no tendrá ningún inconve-niente en comprender su lógica, dado que se han colocado las acciones que realiza cada instrucción. Este programa ya sea en archivo “.asm” o “.hex” (los dos formatos o lenguajes básicos que acepta el PIC cuando se lo programa) puede descargarlo desde la página del autor o desde nuestra web: www.webelectronica.com.ar, haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave: “ascensor-pic”. En dicho sitio también encontrará las placas de circuito impreso, el curso de programación y la demás información mencionada en este artículo.
LAETAPA DEPOTENCIA
Yo usé relés de 12V ya que disponía de ellos, aunque se puede conectar cualquier relé que fun-cione entre 5V y 24V, siempre y cuando se le sumi-nistre la tensión apropiada a la bobina del relé. En la figura 10 se tiene el circuito sugerido para ener-gizar a los relés, el negativo de este circuito deberá de unirse al negativo de la tarjeta microcontrola-dora.
En los contactos de los relés apliqué 12V, ya que el motor que disponía para hacer funcionar la maqueta trabaja con esta tensión, pero puede poner cualquier tipo de motor, incluso motores de 110V ó de 220V. El negativo que se aplica a los contactos está representado con el símbolo de masa, aunque no tiene
porqué ir de esa manera, es más, si trabajamos con motores de tensión de línea (110V ó 220V) deberemos evitar que tenga contacto con la parte de continua. LAPLACA DE CIRCUITOIMPRESO En el diseño del PCB, mostrado en la figura 11, he incorporado en la parte inferior un regula-dor de tensión 7805, el cual se encarga de bajar la tensión de 12V a 5V. A la izquierda de este lleva un condensador electro-lítico de 100µF y a la
derecha otro de 10µF (estos elementos no vienen reflejados en el esquema). Naturalmente los 12V que aplicamos a la entrada del 7805 vienen ya pre-viamente rectificados y filtrados con un condensa-dor de 1000µF.
En el lado izquierdo de la placa van situados los pulsadores de llamada, y en el lado derecho deje hueco para colocar otros pulsadores que simularán la posición de la cabina, los cuales coloqué para hacer la comprobación del circuito antes de montar la maqueta.
Una vez verificado su correcto funcionamiento quite esos pulsadores de la placa y conecte en la regleta de conexión los reed-relés que detectan la
Figura 10
posición de la cabina. En la figura 12 se puede observar una vista de la placa de control armada.
Tal como mencionamos al comienzo de esta presentación, resta explicar el proyecto que dió “ori-gen” a este contro, nos referimos al circuito de con-trol con compuertas lógicas, tema que desarrolla-mos brevemente en otro artículo de esta misma edición.
PROGRAMADOR DEPIC GPIC
Para programar el microcontrolador del ascen-sor precisará un circuito adicional. Puede emplear un “programador” común que se conecta al puerto serial de una computadora y que expusimos en varias oportunidades en Saber Electrónica. Dicho
programador no precisa fuente externa pero tiene el inconveniente de no poder conectarse en las computadoras personales modernas tipo laptop , notebook o Tablet dado que dichos dispositivos no poseen puerto serial. Aún colocando un adaptador, para tener un puerto COM virtual, tampoco fun-ciona nuestro viejito conocido Quark Pro 2. Es por ello que en Saber Electrónica Nº 287 publicamos el diseño de un cargador o programador de PIC por puerto USB denominado GIPC SE. En la figura 13 podemos apreciar el circuito de este programador cuya explicación y desarrollo encontrará en la revista mencionada, si no la posee puede descar-gar toda la información y los programas desde nuestra web: www.webelectronica.com.ar, haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave: “ascensorpic”. J
ISSN:
ISSN: 1514-5697 - Año 12 Nº 1551514-5697 - Año 12 Nº 155
2013 - Argentina: $9,
2013 - Argentina: $9,9090
Recargo Interior: $0,50
servicio técnico a equipos de
servicio técnico a equipos de
lavavajillas
lavavajillas
Editorial Quark SRL, Saber Internacional S.A. de CV, el Club SE y la Revista Saber Electrónica presentan este nuevo producto multimedia. Para realizar la descarga tiene que tener esta revista al alcance de su mano, dado que se le harán preguntas sobre su contenido. Para realizar la descarga, vaya al sitio: www.webelectronica.com.ar, haga clic en el ícono password e ingrese la clave “CD-1407”. Deberá ingresar su dirección de correo electrónico y, si ya está registrado, de inmediato podrá realizar la descarga siguiendo las instrucciones que se indiquen. Si no está registrado, se le enviará a su casilla de correo la dirección de descarga (registrarse en webelectronica es gratuito y todos los socios poseen beneficios).
MÓDULO1 - LOSEQUIPOSLAVAVAJILLAS
Funcionamiento del Lavavajillas Seguridad Acua-Stop
Programas de un Lavavajillas Resumen General de los Programas
Construcción y Funcionamiento de un Lavavajillas Bomba doble de disposición vertical
La Bomba de desagüe Los Motores de las Bombas Válvula Electromagnética AquaStop
El Sistema Electrónico del llenado de agua Indicación de Necesidad de Recarga de Sal
MÓDULO2 - MÁSSOBRE LOSEQUIPOSLAVAVAJILLAS
Problemas y averías en Lavavajilla: No Desagota, No Carga Agua
Más Sobre Lavavajillas Parte 1 y Parte 2 Fallas en el Sistema de Calentamiento Derivación a Tierra en Lavavajillas Comprobación de Resistencia
Comprobación Casera de Fugas en una Electroválvula de Entrada de Agua
Cómo Solucionar Problemas de Desborde de Agua
MÓDULO3 VIDEOS
En este módulo encontrará una serie de videos refe-rente al funcionamiento, mantenimiento y reparación de lavavajillas, entre ellos:
Medición y Prueba e Resistencias en Lavavajillas Test de Continuidad y Derivación
Medición de los Termostatos
Funcionamiento del Sistema de Seguridad Antidesborde (Bosch y Balay)
Resolución de Fallas: Control de Temperatura, Sistema Antidesborde y Bomba de Desagüe.
Resolución de Fallas: Fuga de Agua por atasco de Residuos.
Resolución de Fallas: Bloqueo de Agua Test de la Bomba de Desagüe
Conociendo el Motor del Lavavajillas
Cómo Verificar la Bomba de Recirculación y la Resistencia
Cómo Comprobar el Estado de los Componentes del Lavavajillas
MÓDULO4 - INFORMACIÓNADICIONAL:
Curso Completo de Reparación de Lavadoras. Se trata de un curso práctico que enseña cómo son las Máquinas lavadoras, desde las antiguas, totalmente eléctricas, hasta las modernas microcontroladas. Incluye: mecánica, electricidad y electrónica. Para los que no poseen conocimientos de electrónica también posee un curso de electrónica básica en 6 lecciones.
MÓDULO5 - INFORMACIÓNADICIONAL
CURSO DEINSTALACIONESELÉCTRICAS
MÓDULO6 - INFORMACIÓNADICIONAL
CURSO DESERVICIOTÉCNICO AEQUIPOSELECTRÓNICOS
MÓDULO7 - MANUALES DESERVICIO YGUÍASPRÁCTICAS DEREPARACIÓN
En este módulo se incluyen diferentes manuales de equipos de línea blanca, centrándonos en las lavado-ras. Por razones de espacio no podemos listar todos los manuales pero, algunos de ellos, son los siguien-tes:
10 Manuales Dream
Lavadoras, Secadoras y Lavavajillas de Importación 20 Manuales WHIRLPOOL
Manual Dream Family 5 Manuales Frigidaire 8 Manuales Phillips
22 Manuales de equipos de origen Chino Despiece de Equipos
INTRODUCCIÓN
Toda fuente de alimentación está formada por etapas y las principales son: transfor-mación, rectificación, filtrado y regulación.
La etapa de regulación posee diversas configuraciones, dependiendo de cada aplica-ción. Entre estas configuraciones tenemos las que hacen uso de los integrados regula-dores de tensión, con salida fija en tensión negativa o positiva. La familia 78XX consis-te en CIs reguladores positivos, mientras que la serie 79XX trabaja con
valo-res de tensiones negativas en su salida. El valor de tensión regulada está dado por los dos últimos números. Recordamos que los elementos de esta familia poseen protección interna contra sobrecalentamiento y sobrecargas, además de no necesitar componentes adicionales para realizar el regulado. En la figura 1, se presenta el diagrama de bloques de un circuito integrado regulador de tensión que consiste en:
Elemento de referencia: que proporciona una tensión de referencia estable conocida.
Elemento de muestreo de tensión: que “muestrea” el nivel de tensión de salida.
Elemento comparador: que compara la referencia y el nivel de salida para generar una señal de error.
Elemento de control: que puede utilizar esta señal de error para generar una transformación de la tensión de entrada y producir la salida deseada.
Agregando algunos componentes externos, podemos alterar esa configura-ción interna del CI, y así aumentar sus aplicaciones.
REGULADOR DE TENSIÓN PATRON
La aplicación más usada en circuitos utilizando CIs 78XX es la de la figura 2. La tensión de salida depende del circuito integrado utilizado y la corriente máxima para cualquier CI de esa serie es de 1A. El capacitor C1, filtra la ten-sión del rectificador, mientras que el capacitor C2, desacopla la alimenta-ción.
REGULADOR FIJO CON MAYOR TENSIÓN DE SALIDA
En caso de que el lector desee montar una fuente de 12V, pero en su banco de trabajo sólo existan CI 7805...
Reguladores de
Tensión Integrados
Los circuitos integrados de la serie 78XX son
regulado-res proyectados para tensiones de salidas fijas y
positi-vas. Lo que muchos no saben, es que las aplicaciones
de estos componentes no se limitan solamente a esta
finalidad y en este capítulo presentamos una serie de
circuitos que usan estos CIs y mostramos varias ideas
prácticas importantes.
Figura 1
Figura 2
¿Qué puede hacer?
Sencillo: basta colocar un elemento que provoque una caída de tensión, como muestra la figura 3. De esta forma, la tensión de salida será la suma de la tensión regulada por el CI (Vreg) más la caída del componente.
El valor del resistor está calculado por la siguiente fórmula: Vs - Vreg
R = ——————————— 5
Donde:
Vs = tensión de salida deseada Vreg = tensión de salida del regulador R = resistor en kohm
Para el ejemplo dado, el valor obtenido para R fue de 1,4kohm. El valor comercial más cercano es el de 1,2kohm. En caso de que la corriente consu-mida sobrepase los 500mA, es conveniente colocar el CI en un disipador de calor adecuado.
AUMENTANDO LA TENSIÓN DE SALIDA CON ZENER
En caso de que el resistor sea sustituido por un diodo zener, la tensión de salida aumentará de acuerdo con la tensión del mismo (figura 4). Este mismo razonamiento se aplica con diodos rectificadores comunes, según muestra la figura 5. Por el hecho de que la tensión de entrada excede el límite soporta-do, el circuito no es a prueba de cortos.
TENSIÓN DE SALIDA AJUSTABLE CON CI REGULADOR FIJO
En la figura 6, tenemos un circuito de comportamiento superior en lo que atañe a regulación.
Observe que la configuración es la misma que la de la figura 3, con el agre-gado de un potenciómetro. De esta forma podemos variar la tensión de sali-da, desde la tensión de regulación del CI (Vreg) hasta el valor máximo, dado por la fórmula: Vreg . P1 Vs = Vreg + ————————— + Iq . P1 R1 + P1 Donde: R1 < Vreg / 3 x Iq
Vreg = tensión de salida del regulador R1 y P1 = resistor y potenciómetro en ohm. Iq = corriente en reposo.
El parámetro Iq es denominado corriente en reposo de operación, y general-mente, está en la banda de los 3mA a los 10mA. La misma es la corriente que fluye de la entrada hacia el terminal común del CI y varía para cada regulador (normalmente se toma 5mA).
FUENTE DE CORRIENTE FIJA
Hay casos en que necesitamos una corriente constante , como un cargador de bate-rías, por ejemplo. Sabemos que el CI posee una tensión constante de salida (Vreg).
Si agregamos un resistor tendremos una corriente siempre fija en la salida (figura 7).
Figura 4
Figura 5
Figura 6
Para la fuente de corriente del ejemplo dado, la fórmula para calcular el valor de Is es:
Vreg Is = —————————— + Iq
R
Para el CI 7805, el manual indica una corriente de reposo de 4,2mA. FUENTE DE CORRIENTE AJUSTABLE
En caso de que sea necesaria una corriente ajustable en la salida, utilice el circuito de la figura 8.
La corriente de salida máxima y mínima se calcula por la fórmula: Vreg Ismáx = ———————— + Iq (R - P) Vreg Ismín = ———————— + Iq (R + P)
El control del ajuste de corriente se hace por el potenciómetro, cuyo valor se calcula en función de la banda de valores de corriente.
COMO AUMENTAR LA CORRIENTE DE SALIDA
La manera más simple de ampliar la capacidad de corriente de salida de un CI78XX es la de la figura 9.
En el ejemplo utilizamos el CI7818, pero la idea sirve para todos. El resis-tor de potencia en paralelo con el CI, auxilia en la conducción de corriente. Recordamos que los capacitores C1 y C2 filtran y desacoplan la alimentación, respectivamente.
REGULADORES 78XX EN PARALELO
Otra sugerencia muy interesante aparece en la figura 10. Por el hecho de que los CIs están en paralelo, tenemos la corriente dividida y con esto una mayor provisión de corriente del sistema. Los diodos D1, D2 y D3 que aíslan las entradas de los reguladores, mientras D4, D5 y D6 provocan la caída de tensión para compensar la de entrada.
Aconsejamos el uso de, como máximo, cinco CIs en esta configuración para evitar inestabilidades en el circuito. La capacidad de corriente para este ejem-plo es de 3A.
REGULADOR DE TENSIÓN FIJO DE 7A
Con auxilio de un transistor de potencia, podemos aumentar todavía más la capacidad de corriente de salida de un CI de esta serie (figura 11).
Así, para la corriente de hasta 4A sugerimos el uso de un transistor TIP 42. Para corrientes superiores (hasta 7A), el transistor empleado debe ser el
Figura 8
Figura 9
Figura 10
MJ2955 o el 2N2955. La tensión de salida está fijada por el CI, y los transistores deben ser colocados en disipadores de calor apropiados para el volumen de corriente desea-do. Como aplicación recomendamos el uso en fuentes de alimentación para amplifica-dores de automóviles, en cuyo caso el CI debe ser el 7812.
REGULADOR DE 7A CON PROTECCIÓN CONTRA CORTOS
En los circuitos propuestos, en caso de que hubiera un cortocircuito en la salida, ciertamente el CI y el transistor (si se lo hubiera utilizado) se quemarí-an. La figura 12 ilustra un circuito que impide que esto ocurra. En funciona-miento normal, Q2 proporciona la corriente de salida, juntamente con el CI. El resistor R1 es el sensor de corriente de cortocircuito y es calculado por la fór-mula: 0,7 R1 = ————— Icc Donde: R1 = resistor en ohm.
Icc = corriente de cortocircuito en amperes.
0,7 = corresponde a la tensión base-emisor del transistor Q1 utilizado. Para calcular el valor de R1, basta sustituir el valor máximo de corriente del circuito.
REGULADOR AJUSTABLE UTILIZANDO CIs 7805 Y 741
Hay aplicaciones en que necesitamos una mejor regulación en la salida. La figura 13 muestra un ejemplo de regulador con tensión de salida ajustable desde 7V hasta 20V.
Para este caso la tensión de salida es siempre regulada de un valor mayor que 2V de la tensión de regulación del CI hasta un valor máximo dado por la tensión de entrada del CI. Por ejemplo, si en lugar del 7805, hubiéramos uti-lizado el 7815, tendríamos una variación entre 17V a 20V o más, dependien-te del valor de la dependien-tensión de entrada. Recordamos que el CI7824 no puede ser utilizado en esa configuración, porque el 741 podría quemarse, ya que estarí-amos trabajando con más de 25V.
FUENTE DE TENSIÓN SIMÉTRICA UTILIZANDO CI 78XX
Observe que, en la figura 14, usamos nuevamente el 741 que en este caso actúa como un divisor de tensión, juntamente con los resistores R1 y R2. A pesar de que los reguladores trabajan con tensiones positivas, creamos una referencia negativa con el amplificador operacional y así obtenemos tensiones positivas y negativas en relación a tierra.
La diferencia entre la tensión de salida positiva y negativa depende de la ten-sión de off-set del 741, con valores típicos entre 1mV y 5mV.
Los capacitores C1, C2, C3 y C4 filtran la corriente alterna que pudiera exis-tir y C5 hace un acoplamiento entre la entrada inversora (pin 2) y la salida de CI-3 (pin 6). Cualquier regulador puede ser usado, con excepción del 7824, debido a los límites de tensión del amplificador operacional.
Finalizando, solamente para tener una idea, cada uno de estos circuitos integrados está compuesto internamente por 2 capacitores cerámicos, 3 diodos zener, 26 resisto-res de polarización y nada menos que 24 transistoresisto-res.
Figura 12
Figura 13
INTRODUCCIÓN
La idea no es desarrollar la teoría de funcionamiento de este componente, sino mos-trar cómo un amplificador operacional es adecuado para realizar determinadas tareas. Salvo mención en sentido contrario, los amplificadores utilizados en las aplicaciones descriptas se suponen ideales, o sea, con características de ganancia e impedancia, cuya influencia puede ser ignorada: ganancia Av elevada, impedancia de salida Zo muy grande. Veremos las razones antes que nada.
EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL Y REAL
El amplificador operacional ideal y que no existe en la práctica reúne las siguientes características:
- Ganancia en “lazo” abierto: infinita - Ancho de banda: infinita
- Impedancia de entrada: infinita - Impedancia de salida: nula
- Variaciones de características con el tiempo y la temperatura: inexistentes.
El símbolo gráfico del amplificador así como el circuito equivalente del amplificador ideal pueden ser apreciados en la figura 1, donde la impedancia de salida es nula (cor-tocircuito), la impedancia de entrada es infinita (circuito abierto), la tensión de salida Vo es nula cuando Vi (tensión de entrada) sea nula.
El amplificador operacional real (o práctico) no cumple las características de los amplificadores ideales que indicamos arriba y sí las siguientes:
- Ganancia a lazo abierto extremadamente elevada (del orden de 103 a 106), pero no infinita,
- Ancho de banda que cubre la gama desde c.c. hasta algunos centenares de MHz (megahertz); con todo, la ganancia sin realimentación irá disminuyendo con la frecuen-cia a razón de 6dB/octava a 12dB/octava, hasta volverse unitario,
Figura 1
los amplificadores
operacionales
La popularidad que el amplificador operacional ha
conquis-tado se debe a las técnicas de integración y su costo ínfimo
en relación con la complejidad de estos amplificadores.
Todo técnico resulta beneficiado en esto, ya que es más
recomendable (y más cómodo) utilizar un amplificador
ope-racional que elaborar un circuito especial, generalmente
producido en series pequeñas, capaz de realizar las
mis-mas funciones que el operacional. También recibe
benefi-cios el eventual comprador de dispositivos electrónicos que
utilice el amplificador operacional, en su versión integrada,
por ejemplo: obtiene mayor confiabilidad y duración, así
como menor costo total del producto final.
- Impedancia de entrada elevada, del orden de los MΩ (megaohm), aunque no es infi-nita; puede despreciarse la corriente entre los terminales positivo y negativo de entrada en la mayoría de los casos prácticos,
- Impedancia de salida no es nula pero sí muy pequeña,
- Variaciones de las características como el tiempo y la temperatura muy reducidas: - Tensión de salida positiva y negativa con amplia gama de valores, normalmente entre ±10 volt a ±15 volt.
Se puede verificar que, realmente, el amplificador operacional real presenta caracte-rísticas eléctricas muy similares a las del amplificador ideal, hasta el punto que, para el análisis de los circuitos típicos que serán presentados, supondremos que no circula corriente entre las entradas positiva y negativa, pues suponemos Zi = ∞. Por lo tanto, la tensión de la entrada positiva, que será designada Vx, es igual a la de la entrada nega-tiva, que denominaremos Vy conforme se ilustra en la figura 2. Aunque los cálculos que se desarrollarán serán elementales, son fundamentales para la compresión de cual-quier circuito y se basan en la consideración anterior, o sea, que Vx = Vy.
AMPLIFICADOR INvERSOR
Esta configuración se llama así porque la señal de salida (tensión de salida Vo) es de señal opuesta a la entrada y puede ser mayor, igual o menor, dependiente de la ganan-cia que fijemos al amplificador a través de una malla de realimentación resistiva.
La señal de entrada, como vemos en la figura 3, se aplica al terminal inversor, o negativo, del amplificador en tanto la entrada positiva, o no inversora, es llevada a tierra gracias a una resistencia cuyo valor es el resultado del paralelo formado por las resistencias de realimentación R1 y R2, las que establecen, como veremos, la ganancia del amplificador; a decir verdad, es sólo la resistencia R2 la que va de la salida al terminal de entrada negativo, la que provee el eslabón de realimentación, si bien una realimentación negativa. La tensión del terminal positivo y la del negativo son iguales, pues la impedancia de entrada es muy grande y la corriente entre estos terminales será prácticamente nula, entonces Vx = Vy como ya habíamos mencionado. Una vez que no circula corriente entre los termina-les de entrada del circuito (figura 3) se tiene Vy = 0, o bien: Vx = Vy = 0. Por otro lado, podemos escribir:
Vi - Vx I1 = ————————— y R1 Vx - Vo I2 = —————————— R2
Como I1 = I2 y Vx = 0 podemos escribir: Vi - 0 0 - Vo Vi - Vo ——— = ————— → ——— = ——— = R1 R2 R1 R2 - R2 . Vi Vo = —————— (1) R1
Inmediatamente se verifica que la relación R2/R1 traduce la ganancia Av del amplifi-cador y que la ecuación asume el siguiente aspecto:
Vo = Av . Vi
Figura 2
En la cual: - R2
Av = —————— (2) R1
De las dos ecuaciones que indicamos arriba extraemos las siguientes conclusiones:
- La señal de salida es opuesta a la de entrada; la señal “-” nos informa de eso; - La ganancia está dada por la relación entre la resistencia de alimentación y la de entrada (esta propiedad también se aplica a otras configuraciones).
Pasemos a un ejemplo práctico en el cual se pretende obtener una tensión de -8V en la salida a partir de +200mV de entrada. Inicialmente calculamos la ganancia de ten-sión:
Av = 8/200 x 10-3 = 40 o sea:
R2/R1 = 40
Haciendo R1 = 1,5kΩ obtenemos para R2 el valor de 60kΩ . El paralelo de R1 con R2 establece el valor de R3 y: R3 = (1,5 x 60) / (1,5 + 60) = 1,5kΩ
Y los valores de las resistencias son los siguientes: R1 = 1,5kΩ,
R2 = 60kΩ y R3 = 1,5kΩ.
Entre las configuraciones de etapas amplificadoras que se utilizan de los amplificado-res operacionales integrados, ésta tal vez sea la más utilizada y por esa razón se hace necesario hacer algunos comentarios más al respecto.
Una característica importante es que la tensión, en el terminal de entrada inversora, se aproxima a cero a medida que la ganancia Av del amplificador
ope-racional tiende a infinito. Es por esta razón que ese terminal se conoce por un punto de tierra virtual. En cualquier proyecto se aconseja mini-mizar los efectos de las caídas de tensión que se producen por circula-ción de las corrientes de entrada del amplificador operacional (recor-demos que no existe un amplificador operacional real que sea ideal). Es justamente ahí que entra la resistencia R3 del circuito de la figura 3, cuyo valor compensa los efectos provocados por las mencionadas corrientes que no son perfectamente balanceadas; se puede proveer a la resistencia R3 de un potenciómetro a fin de realizar un ajuste per-fecto como forma de obtener una tensión nula de salida (“null off set”). En la figura 4 se puede apreciar el circuito que posibilita esto.
En la práctica, algunos amplificadores operacionales integrados permiten otros tipos de compensación. Generalmente inyectarán corriente de polaridad adecuada en algún punto del amplificador operacional. En estos casos debemos recordar las especificacio-nes del fabricante para extraer informes adicionales. En cuanto a la ecuación (2) debe-mos esclarecer que es válida cuando el generador de la señal de entrada presenta impe-dancia nula, así como también ha de considerarse el valor de la impeimpe-dancia de la carga, entre otros parámetros.
AMPLIFICADOR NO INvERSOR
Cuando se desea obtener impedancia de entrada alta con un circuito simple que utili-ce un amplificador operacional, el amplificador no inversor es el más apropiado.
En la figura 5 se muestra una configuración típica, donde se observa que la señal es aplicada a la entrada no inversora, teniendo la salida, por lo tanto, la misma señal que la entrada.
Es justamente por eso que esta configuración recibe el nombre de ampli-ficador no inversor. Comparar este circuito con el circuito ampliampli-ficador inversor mostrado en la figura 3 basta para constatar la similitud entre ambos circuitos.
Como: Vy = Vi tenemos: Vi = Vxs = Vy
Debido a la igualdad entre las intensidades de las corrientes I1 e I2 pode-mos escribir: Vx - 0 Vo - Vx I1 = ———— = I2 = —————— → R1 R2 R2 Vo - Vx = —— . Vx → Vo = (R2/R1) . Vi + Vi, R1 Luego: (R1 +R2) Vo = ————— . Vi (3) R1
La ecuación (3) nos muestra que la tensión de salida tiene la misma polaridad que la de entrada y la ganancia será el cociente:
(R1 + R2) / R1, O sea:
R1 + R2
Av = —————— (4)
R1
Si con 0,5V de entrada quisiéramos obtener 5V de salida tendríamos que tener, por ejemplo:
R1 = 1kΩ y R2 = 5kΩ
Circuito separador o aislador (“buffer”)
Una disposición atractiva es hacer R2 = 0 y R1→ ∞ en el circuito de la figura 5. Se obtiene así, una configuración denominada seguidor de tensión. En este caso, la ganancia de tensión es unitaria con la máxima impedancia de entrada y mínima de salida posibles, lo que permite usar tal disposición como desaco-plador entre etapas y así evita interacciones indeseables. La figura 6 represen-ta el aspecto del circuito seguidor de tensión a amplificador operacional.
Como sabemos, las tensiones en los terminales de entrada deberán ser igua-les y además de esto verificamos, por el circuito de la figura 6, que:
Vi = Vy y Vo = Vx
Figura 5
Por lo que: Vo = Vi
A partir de la ecuación (3) y como R2=0 también se llega a ese resultado: R1 + 0 R1 . Vi
Vo = ————— . Vi = —————— = Vi
R1 R1
En el circuito de la figura 6, conseguimos que la tensión de salida sea la de entrada, esto es, ganancia unitaria y sin inversión de fase, asociada a una baja impedancia en tanto la entrada presenta impedancia elevada, generalmente superior a 1MΩ .
AMPLIFICADOR SUMADOR
El amplificador sumador (figura 7) puede ser considerado como una extensión del amplificador inversor que utiliza la propiedad de la tierra virtual, razón por la cual las diversas tensiones de entrada generan, entonces, corrientes que dependen práctica-mente del resistor en serie con cada una de ellas. La suma de todas esas corrientes cir-cula por R3, produce así una caída de tensión igual a la tensión de salida del amplifica-dor sumaamplifica-dor. Si los resistores de entrada tienen distintos valores, la tensión de salida resultará equivalente a la suma de las tensiones de entrada, pero cada una de ellas con una influencia que es inversamente proporcional al valor de la impedancia de los gene-radores de las señales. Determinemos las características del circuito (figura 7) funda-mentados en el par de ecuaciones : Vx = Vy = 0 y I1 + I2 = I3. Tenemos:
Vi1 - Vx I1 = —————— R1 Vi2 - Vx I2 = —————— R2 Vx - Vo I3 = ——————— R3
Considerando que Vx ≈ 0 tenemos: Vi1 Vi2 -Vo
——— + ——— = ——— → R1 R2 R3
Vi1 . R2 + Vi2 . R1 -Vo → ————————————— = ———— R1 . R2 R3 Vi1 . R2 . R3 + Vi2 . R1 . R3 ————————————————————— = -Vo R1 . R2 finalmente: R3 R3 Vo = - ( ——— . Vi1 + ——— . Vi2) (5) R2 R2
Como vemos, la finalidad de este circuito es obtener una señal de salida proporcional a la suma de la de las entradas, se introduce un desfasaje de 180°, vea el signo menos
en la ecuación. El resistor R4 cuya resistencia es el resultado del paralelo de las resis-tencias R1, R2 y R3 se destina a la compensación de los desequilibrios de tensión y de corriente de entrada.
Si en el circuito de la figura 7 hacemos R1 = R2 = R3, la ecuación (5) quedará: Vo = - (ViI + Vi2)
y el circuito se volverá un mero sumador (sin amplificación) de las señales de entrada, pero el resultado de la suma se encontrará desfasado en 180°.
AMPLIFICADOR RESTADOR O DIFERENCIAL
La característica fundamental de un amplificador sustractor o diferencial es la de amplificar la diferencia entre dos señales de entrada. La figura 8 presenta una configu-ración típica que utiliza un amplificador operacional en versión integrada. Este montaje tiene por finalidad conseguir una tensión de salida Vo igual a la diferencia entre la aplicada a la entrada positiva (Vi2) y la que aparece en la entrada negativa (Vi1), multiplicada por un número (ganancia) que depende de los valores de las resistencias de entrada y de realimentación. En la práctica y para facilitar los cálculos, las resistencias de entrada R1 y R2 son hechas iguales, así como R3 y R4, o sea:
R1 = R2 = Re y R3 = R4 = Rr
En este caso Vx no es, como en los casos anteriores, igual a Vy = 0. Su valor tendrá que calcularse teniendo en cuenta el divisor de tensión formado por R2 y R4, figura 8, que reproducimos destacadamente en la figura 9. Tenemos entonces: Vi2 Vi2 Vy = I2 . R4 = I2 . Rr = ————— . R4 = ————— . Rr R2+R4 Re+Rr Como Vx ≠ 0: Vi1 - Vx Vi1 - Vx I1 = —————— = ———————— = I3 R1 Re Vx - Vo Vx - Vo I3 = —————— = ——————— = R3 Rr Vi1 - Ve Vx - Vo ——————— = ——————— → Re Rr → Vo . Re = Vx . (Re + Rr) - Vi1.Rr
Sustituyendo Vx por la expresión calculada arriba: Vi2 Vo . Re = ——————— . Rr . (Re + Rr) - Vi1 . Rr Re + Rr Vo . Re = (Vi2 - Vi1) . Rr: Luego: Figura 8 Figura 9
Rr
Vo = ————— . (Vi2 - Vi1) (6) Re
Demostramos que la tensión de salida es la diferencia de tensión aplicada a la entra-da no inversora y la aplicaentra-da en la entraentra-da inversora, multiplicaentra-da por la ganancia (Rr/Re) establecida al amplificador operacional.
Si Rr = Re, la ecuación de arriba asume el siguiente aspecto: Ve = Vi2 - Vi1
Donde constatamos que la tensión de salida es realmente la diferencia entre las tensiones aplicadas a las entradas del amplificador operacional. A partir de lo expuesto, el lec-tor podrá proceder al análisis del circuito sustraclec-tor que aparece en la figura 8, sin considerar en tanto las resistencias, dos a dos, iguales entre sí.
AMPLIFICADOR SUMADOR GENERALIZADO
Como extensión del amplificador sumador clásico, figura 7, y del amplificador sumador diferencial, figura 8, el amplificador sumador generalizado presenta la versatilidad de poder sumar señales algebraicamente.
Para esto utiliza ambas entradas, inversora y no inversora, con lo que se maxi-miza la eficiencia del amplificador. La figura 10 muestra una configuración típi-ca. Las señales que circulan por la entrada inversora surgen en la salida desfa-sadas 180° en relación con las de la entrada, mientras las presentes en la entra-da no inversora salen con la misma fase que la de entraentra-da. No procederemos al análisis matemático de este circuito porque se desarrolla de forma similar a los casos estudiados anteriormente.
RESTADOR CON ALTA IMPEDANCIA DE ENTRADA
En la mayoría de los circuitos prácticos se desea que su impedancia de entra-da sea lo más elevaentra-da posible, de forma que la interconexión de ese circuito a cualquier fuente de señal no produzca ningún efecto sobre ésta, para aislar la etapa de entrada como la de salida además de propiciar un consumo mínimo.
Presentaremos algunos montajes de ese tipo que, por cierto, familiarizarán al lector con tales circuitos. En la figura 11 aparece el primero de estos circuitos donde se utilizan dos separadores (“buffer”) para obtener alta impedancia de entrada y cuyas salidas atacarán las entradas del circuito sustractor.
Los amplificadores operacionales A1 y A2 están en la configuración de separa-dores y la tensión de salida es igual a la de entrada y, como sabemos, se carac-teriza por presentar una impedancia elevada de entrada sin provocar el desfa-saje de las señales aplicadas. Por otro lado, el amplificador operacional A3, figu-ra 11, se constituye en un restador y, siendo R1 = R3 la tensión de salida se cal-cula como:
Vo = Vi2 - Vi1
Otro circuito es el mostrado en la figura 12 en el cual se obtiene impedancia elevada en las entradas no inversoras de los amplificadores operacionales. Mostraremos que el circuito se constituye en un sustractor.
Como el amplificador A1 es no inversor podemos escribir (ecuación I.3) lo siguiente:
Vs = [ (R1 + R2)/R1 ] . Vi1
Figura 10
Figura 11
En la determinación de la tensión de salida Vo del circuito, utilizaremos apenas el cir-cuito correlativo al amplificador A2 conforme es presentado en la figura 13. De la ecua-ción fundamental Vx = Vy y como en la entrada negativa estaremos aplicando la tensión Vs (tensión de salida del amplificador A1 figura 12) tenemos:
Vx = Vy = Vi2
De la segunda ecuación fundamental, I1 = I2 (figura 13) tenemos: Vs - Vx I1 = ————— R3 Vx - Vo I2 = ————— R4
Igualando las ecuaciones: Vs - Vx Vx - Vo ————— = —————— → R3 R4 Vx.R4 - Vx.R4 = Vx.R3 - Vo.R3 → Vo.R3 = Vx (R3 + R4) - Vs.R4 → R1 + R2 Vs = ——————— . Vi1 y R1 Vx = Vi2, entonces R1 + R2
Vo.R3 = Vi2 (R3 + R4) - ———————— . R4 . Vi1 R1
Vo = [1+(R4/R3)] . Vi2 - (1+R2/R1) . (R4/R3)] . Vi1 (7) Si hiciéramos:
R1 . R3 = R2 . R4
Trabajando matemáticamente, tendríamos:
Vo = [1+(R1/R2). Vi2] - (1+R2/R1) . (R1/R2) . Vi1 → Vo = 1+(R1/R2). Vi2 - (1+R1/R2) . Vi1
Finalmente:
Vo = (1+R1/R2) . (Vi2 - Vi1) (8)
Note que esta ecuación es válida para el circuito de la figura 12 cuando se verifica la igualdad:
R4 R1 ——— = ————
R3 R2
Como podemos ver en la ecuación (8), la tensión de salida Vo es la diferencia entre las tensiones de entrada multiplicada por determinada ganancia que depende de los
res de R1 y R2 (o de R4 y R3). Todavía queda por observar lo siguiente: si R2 >> R1, la ecuación (8) queda:
V0 ≈ Vi2 - Vi1
Donde la ganancia de tensión es prácticamente unitaria.
AMPLIFICADORES DE CIRCUITOS PUENTE
Los amplificadores de circuitos puente son utilizados para amplificar la señal de salida de puentes, donde generalmente uno de los brazos del puente es un elemento transductor, del tipo temperatura, presión, fuerza, etc.
Existen dos formas básicas de funcionamiento, los que amplifican la tensión de salida del circuito en puente y los que amplifican la corriente de salida de referi-dos circuitos puente, contando esta última modalidad con la ventaja de ser la más simple de implementarse con un amplificador operacional bajo la forma integrada, figura 14. Recibe ese nombre porque la entrada del amplificador ope-racional actúa con un cortocircuito para los terminales de detección A y B del puente; por lo tanto, el amplificador entrega, en la salida, una tensión proporcio-nal a la corriente de cortocircuito del puente.
Entre algunos inconvenientes de este tipo de circuito es que la tensión de sali-da no es una función lineal de la variación de la resistencia del sensor, designa-da en la figura 14 como RS. Con todo, en la práctica eso no constituye un pro-blema serio, siempre que ∆Rs (variación de la resistencia del sensor) sea mucho mayor que Rs, criterio éste que será utilizado en la explicación a continuación.
La figura 15 muestra otro tipo de un circuito amplificador con el elemento sen-sor en puente, sólo que en este caso se encuentra “colgado” ya no en la entra-da de la inversora (figura 14) y sí en la entraentra-da no inversora (entraentra-da “+”). Para analizar mejor ese circuito, vamos a rediseñarlo de forma más simple como apa-rece en la figura 16. Estando el circuito puente en reposo, la resistencia Rs del sensor tendrá que respetar la igualdad Rs = R2 para que la ddp entre los puntos A y B sea nula (puente equilibrado). Por otro lado, la variación de resistencia del sensor, ahora representada por ∆R2, puede ser expresada como una parte de su resistencia R2 cuando está en determinadas condiciones que no caracterizarán el estado de reposo del circuito; por esa razón, la resistencia total del sensor (Rs + ∆Rs) o sea, (R2 + ∆R2) podrá ser expresada como R2 + d. R2, o mejor, como (1 + δ) Re en que d representa la parte de R2 (o Rs) que variará la resistencia total del sensor. En condiciones normales (puente equilibrado) se tendrá δ = 0 y en este caso (1 + δ) . R2, se vuelve igual a R2 (hay que notar que δ es mucho menor que la unidad).
Del circuito, figura 16, podemos escribir, entonces: I4 = (V - Vy) . R2
I5 = Vy / R2 . (1 + δ ) I6 = Vy / R3
Pero, I4 = I5 + I6, entonces: V - Vy Vy Vy —————— = ————————— + ———— → R2 (1 + δ ) . R2 R3 V Vy Vy Vy ——— = ————————— + ——— + ———— → R2 (1 + δ ) . R2 R3 R2 Figura 14 Figura 15 Figura 16
R2 R2 R2 V = Vy . [ ———————— + ————— + ———— ] = (1 + δ ) . R2 R3 R2 R2 R2 V = Vy . [ —————— + ——— + 1 ] = (1 + δ ) R3
Si consideramos la resistencia de realimentación R1 igual a R3 y mucho mayor que la resistencia R2 de cada brazo del puente (R1 = R3 con R2), pues es interesante que las variaciones de tensión sean acentuadas con pequeñas variaciones de entrada, la ecua-ción queda: 2 + δ R2 2 + δ V = Vy . [ ——— + — ] = ——— . Vy 1 + δ R3 1 + δ y como R2/R3 se aproxima a “0”: Vy = (1 + δ) / (2 + δ)
Esta ecuación permitirá calcular la tensión de salida siempre que también sea conoci-do el valor de Vx.
También con relación al circuito de la figura 16 tenemos: I2 = (V - Vx) / R2
I1 = (Vx - Vo) / R1 = (Vx - Vo) / R3
ya que anteriormente consideramos R1 = R3 I3 = Vx / R2
Luego, como I2 = I1 + I3, entonces: V - Vx Vx - Vo Vx ——— = ———— + ——— R2 R1 R2 V Vx Vx Vo Vx —— - —— = —— - —— + ——— → R2 R2 R1 R1 R2 Vo 2Vx Vx V ——— = ——— + ———— - ———— R1 R2 R1 R2 Finalmente: 2 1 V. R1 Vo = ( ——— + ——— ) . R1 . Vx - ————— R2 R1 R2
La otra ecuación del circuito es Vx = Vy, y como: Vy = (1 + δ) / (2 + δ)
Podemos sustituir este valor en la igualdad de arriba, entonces: 2 1 1 + δ V. R1
Vo = ( ——— + ——— ) . R1 . ————— . V —————— R2 R1 2 + δ R2
Como R1 >> R2, la parte 1/R1 puede ser despreciada en función de 2/R2, así:
C
ÓMOC
ONvERTIRSE ENT
ÉCNICOS
UPERIOR ENE
LECTRÓNICA “Estudie desde su Casa”“Estudie desde su Casa” Esta es la QUINTA lección de la segunda etapa del Cur so de Elec tró ni ca Mul ti me dia, In te rac ti vo, de en se ñan za a dis tan cia y por me dio de In ter -net que presentamos en Saber Electrónica Nº 295.
El Cur so se com po ne de 6 ETA PAS y ca da una de ellas po see 6 lec cio nes con teo ría, prác ti cas, ta -ller y Test de Eva lua ción. La es truc tu ra del cur so es sim ple de mo do que cual quier per so na con es -tu dios pri ma rios com ple tos pue da es -tu diar una lec ción por mes si le de di ca 8 ho ras se ma na les pa ra su to tal com pren sión. Al ca bo de 3 años de es tu dios cons tan tes po drá te ner los co no ci mien -tos que lo acre di ten co mo Téc ni co Su pe rior en Elec tró ni ca.
Ca da lec ción se com po ne de una guía de es tu -dio y un CD mul ti me dia in te rac ti vo.
El alum no tie ne la po si bi li dad de ad qui rir un CD Mul ti me dia por ca da lec ción, lo que lo ha bi li ta a rea li zar con sul tas por In ter net so bre las du das que se le va yan pre sen tan do.
Tan to en Ar gen ti na co mo en Mé xi co y en va rios paí ses de Amé ri ca La ti na al mo men to de es tar cir cu lan do es ta edi ción se pon drán en ven ta los CDs del “Curso Multimedia de Electrónica en CD”, el vo lu men 1 de la primera etapa co rres pon de al es tu dio de la lec ción Nº 1 de es te cur -so (aclaramos que en Saber Electrónica Nº 295 publicamos la guía impresa de la lección 1), el vo lu men 6 de di cho Curso en CD co rres pon de al es tu dio de la lec ción Nº 6.
Ud. está leyendo parte de la QUINTA lección de la segunda etapa y el CD correspondiente es el de la Etapa 2, Lección 5.
Para adquirir el CD correspondiente a cada lec-ción debe enviar un mail a:
[email protected]. El CD correspondiente a la lección 1 es GRATIS, y en la edición Nº 295 dimos las instrucciones de descarga. Si no poee la revista, solicite dichas instrucciones al mail dado anteriormen-te.
A partir de la lección Nº 2 de la primera etapa, cuya guía de estudio fue publicada en Saber Electrónica Nº 296, el CD (de cada lección) tiene un costo de $25 (en Argentina) y puede solici-tarlo enviando un mail a
2 1 + δ R1 Vo = ——— . R1 ———— . V - ——— . V R2 2 + δ R2 R1 δ Vo = ——— . ———— . V R2 2 + δ
Como las variaciones de resistencia del sensor son muy pequeñas, δ << 1, implica que 2 + δ ≈ 2, y con esto:
Vo = (R1. V. δ ) / 2 . R2 (9)
Al ser la ganancia (R1/R2) muy grande, podemos conseguir que las pequeñas varia-ciones de entrada (δ/2) sean bien acentuadas en la salida.
La polaridad de la tensión de salida tanto dependerá de la polaridad de la tensión V de alimentación del puente, así como de la señal de la variación δ del sensor.
Para V y para δ positivos (figura 15 ó 16) la tensión de salida será positiva y negativa para el circuito de la figura 14.
La figura 17 muestra otro circuito amplificador a partir de un circuito puente. Se observa que el puente de alimentación del puente es fluctuante, lo que a veces se hace inconveniente. Con todo, la exactitud de la medición depende, básicamene, de la calidad del amplificador operacional utilizado; se pueden elaborar, con ese circuito, ins-trumentos de precisión si se emplean amplificadores de estabilidad elevada en corrien-te continua.
Este circuito es particularmente recomendable cuando hay necesidad de detectar señales de amplitud pequeña en la salida del circuito puente; en estos casos es de importancia primordial la estabilidad de los resistores R1, R3 y R4.
Otra ventaja significativa es que la salida del amplificador no depende de los valores absolutos de los elementos que componen los elementos del puente, sino solamente de la variación relativa del elemento sensor.
El amplificador del circuito puente de la figura 18 presenta la ventaja de tener su tensión de salida directamente proporcional a la variación de ele-mentos sensibles del puente, incluso para valores elevados para la variación mencionada, lo que permite usarlo en los casos donde los otros circuitos clá-sicos pierden importancia por problemas producidos por la falta de linealidad. Desgraciadamente, su utilización práctica presenta a menudo dificultades para la calibración, pues en la mayoría de los casos deben ajustarse dos valo-res de valo-resistencia simultáneamente.
Bien... ésta es la primerta lección del Curso Superior en Electrónica en la que basamos el d esarrollo en contenido matemático, razón por la cual es proba-ble que le haya costado un poco más que las anteriores llegar a la plena com-prensión. Obviamente el tema no termina aquí, es preciso establecer todas las características del Amplificador Diferencial para poder explicar ejemplos prác-ticos de uso.
En la lección multimedia contenida en el CD que Ud. puede adquirir contac-tando a nuestra Editorial encontrará toda la información junto con casos prác-ticos que le facilitarán el aprendizaje, también podrá realizar prácticas con reguladores de tensión y amplificadores operacionales y se propone que arme un instrumento útil para que siga realizando prácticas. La próxima lección es la última de la segunda etapa y trata sobre circuitos integrados digitales. J
Figura 17
E
n Saber Electrónica Nº 295 le propusimos el estudio de una Carrera de Electrónica COM-PLETA y para ello desarrollamos un sistema que se basa en guías de estudio y CDs multi-media Interactivos. La primera etapa de la Carrera le permite formarse como Idóneo en Electrónica y está compuesta por 6 módulos o remesas (6 guías de estudio y 6 CDs del Curso Multimedia de Electrónica en CD). Los estudios se realizan con “apoyo” a través de Internet y están orientados a todos aquellos que tengan estudios primarios completos y que deseen estu-diar una carrera que culmina con el título de "TéCNICOSUPERIOR ENELECTRóNICA".Cada lección o guía de estudio se compone de 3 secciones: teoría, práctica y taller. Con la teo-ría aprende los fundamentos de cada tema que luego fija con la práctica. En la sección “taller” se brindan sugerencias y ejercicios técnicos. Para que nadie tenga problemas en el estudio, los CDs multimedia del Curso en CD están confeccionados de forma tal que Ud. pueda realizar un curso en forma interactiva, respetando el orden, es decir estudiar primero el módulo teórico y luego realizar las prácticas propuestas. Por razones de espacio, NO PODEMOS PUBLICAR LAS SECCIONES DE PRACTICA Y TALLER de esta lección, razón por la cual puede descargarlas de nuestra web, sin cargo, ingresando a www.webelectronica.com.ar, haciendo clic en el ícono pass-word e ingresando la clave: GUIAE2L5. La guía está en formato pdf, por lo cual al descargarla podrá imprimirla sin ningún inconveniente para que tenga la lección completa.
Recuerde que el CD de la lección 1 lo puede descargar GRATIS y así podrá comprobar la calidad de esta CARRERA de Técnico Superior en Electrónica. A partir de la lección 2, el CD de cada lec-ción tiene un costo de $25, Ud. lo abona por diferentes medios de pago y le enviamos las ins-trucciones para que Ud. lo descargue desde la web con su número de serie. Con las instruccio-nes dadas en el CD podrá hacer preguntas a su "profesor virtual" - Robot Quark- (es un sistema de animación contenido en los CDs que lo ayuda a estudiar en forma amena) o aprender con las dudas de su compañero virtual - Saberito- donde los profesores lo guían paso a paso a través de archivos de voz, videos, animaciones electrónicas y un sinfin de recursos prácticos que le permi-tirán estudiar y realizar autoevaluaciones (Test de Evaluaciones) periódicas para que sepa cuán-to ha aprendido. Puede solicitar las instrucciones de descarga gratuita del CD Nº1 y adquirir el CD de esta lección (CD Nº 1 de la Segunda Etapa) y/o los CDs de las lecciones de la Primera Etapa de este Curso enviando un mail a [email protected] o llamando al telé-fono de Buenos Aires (11) 4301-8804.
Detallamos, a continuación, los objetivos de enseñanza de la primera lección de la Segunda Etapa del Curso Interactivo en CD:
OBJETIvOS del CD 5, de la Segunda Etapa del Curso Multimedia de Elec tró ni ca
Co rres pon dien te a la Lec ción 5 de la Segunda Eta pa de la Ca rre ra de Elec tró ni ca.
En esta lección comenzaremos a ver los primeros circuitos integrado, nos referimos a los Circuitos Integrados Lineales, Reguladores de Tensión. Estudiaremos qué son éstos componentes, cómo funcionan y cuáles son sus dis-posiciones prácticas. También veremos cuándo y por qué se colocan capacitares de desacople y en qué casos con-viene emplear configuraciones especiales. Tenga en cuenta que si le dedicamos una lección completa al estudio de estos componentes es porque se emplean en cuanto sistema electrónico exista, ya que todos ellos requieren el uso de fuentes de alimentación y los reguladores suelen estar en primer lugar en la preferencia de los diseñadores de circuitos electrónicos. Además haremos un recorrido sobre la importancia de los amplificadores operacionales y el funcionamiento de los mismos. En la parte Práctica veremos a los reguladores de tensión de la serie 78XX, y luego practicaremos con un Amplificador Operacional tipo 741. Para la sección del Taller, proponemos el armado de un conjunto de circuitos para el banco de trabajo.
Cómo se estudia este Curso de
Técnico superior en electrónica
Esta es la quinta lección de la segunda etapa delCur so de Elec tró ni ca Mul ti me dia, In te rac ti vo, de en se ñan za a dis tan cia y por me dio de In ter net que presentamos en Saber Electrónica Nº 295. El Cur so se com po ne de 6 ETA PAS y ca da una de ellas po see 6 lec cio nes con teo ría, prác ti -cas, ta ller y Test de Eva lua ción. La es truc tu ra del cur so es sim ple de mo do que cual quier per so na con es tu dios pri ma rios com ple tos pue da es tu diar una lec ción por mes si le de di ca 8 ho ras se ma na les pa ra su to tal com pren sión. Al ca bo de 3 años de es tu dios cons tan tes po drá te ner los co no ci mien tos que lo acre -di ten co mo Téc ni co Su pe rior en Elec tró ni ca. Ca da lec ción se com po ne de una guía de es -tu dio y un CD mul ti me dia in te rac ti vo. El alum no tie ne la po si bi li dad de ad qui rir un CD Mul ti me dia por ca da lec ción, lo que lo ha -bi li ta a rea li zar con sul tas por In ter net so bre las du das que se le va yan pre sen tan do. Tan to en Ar gen ti na co mo en Mé xi co y en va -rios paí ses de Amé ri ca La ti na al mo men to de es tar cir cu lan do es ta edi ción se pon drán en ven ta los CDs del “Curso Multimedia de Electrónica en CD”, el vo lu men 1 de la prime-ra etapa co rres pon de al es tu dio de la lec ción Nº 1 de es te cur so (aclaramos que en Saber Electrónica Nº 295 publicamos la guía impre-sa de la lección 1), el vo lu men 6 de di cho Curso en CD co rres pon de al es tu dio de la lec -ción Nº 6.
Ud. está leyendo la parte teórica y la sección “taller” de la quinta lección de la segunda etapa y el CD correspondiente es el de la Etapa 2, Lección 5.
Para adquirir el CD correspondiente a cada lección debe enviar un mail a:
[email protected]. El CD correspondiente a la lección 1 es GRATIS, y en la edición Nº 295 dimos las instrucciones de descarga. Si no poee la revista, solicite dichas instrucciones de des-carga gratuita a:
[email protected] A partir de la lección Nº 2 de la primera eta-pas, cuya guía de estudio fue publicada en Saber Electrónica Nº 296, el CD (de cada lec-ción) tiene un costo de $25 (en Argentina) y puede solicitarlo enviando un mail a [email protected]
