89000454 ELECTRONICA DE POTENCIA.pdf

SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL

MANUAL DE APRENDIZAJE

Técnico de Nivel Operativo

ELECTRÓNICA

DE POTENCIA

OCUPACIÓN:

MATERIAL DIDÁCTICO ESCRITO

FAMILIA OCUPACIONAL

ELECTROTECNIA

OCUPACIÓN

ELECTRICISTA INDUSTRIAL

NIVEL TÉCNICO

OPERATIVO

Con la finalidad de facilitar el aprendizaje en el desarrollo de la formación y capacitación en la ocupación de ELECTRICISTA INDUSTRIAL a nivel nacional y dejando la posibilidad de un mejoramiento y actualización permanente, se autoriza la APLICACIÓN Y DIFUSIÓN de material didáctico escrito referido a ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Los Directores Zonales y Jefes de Unidades Operativas son los responsables de su difusión y aplicación oportuna.

DOCUMENTO APROBADO POR EL GERENTE TÉCNICO DEL SENATI

N° de Página……174……

Firma ……….. Nombre: Jorge Saavedra Gamón Fecha: ………05 – 02 - 14……….

ELECTRONICA DE POTENCIA

.

PRESENTACION

El presente Manual de Aprendizaje de la especialidad de Electricista Industrial, del Programa de Aprendizaje Dual, corresponde al curso 04.06.04

Electrónica de Potencia y tiene como objetivo analizar, montar, detectar fallas y

reparar los circuitos electrónicos de potencia, utilizando instrumentos de medición electrónicos.

El Modulo Formativo Electrónica de Potencia esta compuesto por las

siguientes tareas:

- Montaje de un circuito optoacoplado.

- Montaje de un circuito amplificador con OPAMP.

- Montaje de circuitos combinacionales con compuertas lógicas. - Montaje de un circuito oscilador de relajación con UJT.

- Montaje de un circuito rectificador controlado de media onda.

- Montaje de un circuito rectificador controlado de onda completa.

- Montaje de un circuito rectificador trifásico no controlado de media onda. - Montaje de circuito rectificador trifásico no controlado de onda completa. - Montaje de circuito de control de velocidad de un motor DC.

Elaborado en la Zonal: Lambayeque Cajamarca Norte

Año: 2004

ELECTRONICA DE POTENCIA

INDICE

1. Presentación... 3

2. Tarea 1... 4 Montaje de un circuito optoacoplado.

3. Tarea 2... 20 Montaje de un circuito amplificador por OPAMP.

4. Tarea 3... 47 Montaje de circuitos combinacionales por compuertas

lógicas.

5. Tarea 4... 77 Montaje de un circuito oscilador de relajación por UJT.

6. Tarea 5... 94 Montaje de un circuito rectificador controlado de media

Onda por SCR.

7. Tarea 6... 114 Montaje de un circuito rectificador controlado de onda

Completa por TRIAC.

8. Tarea 7... 135 Montaje de un circuito rectificador trifásico no controlado

de media onda.

9. Tarea 8... 147 Montaje de circuito rectificador trifásico no controlado

de onda completa.

10. Tarea 9... 160 Montaje de circuito de control de velocidad de un motor

DC

4

CIRCUITO DE ALARMA CONTRA ROBO CON OPTOACOPLADOR

9V 6 9 11 14 8 180 390 220 0.2W 1/2W 8 1 5 12 3

74090

Nº ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS/MATERIALES

1

2

3 4

5

IDENTIFIQUE LOS TERMINALES DE LOS COMPONENTES DEL CIRCUITO.

DIBUJE ESQUEMA DE CIRCUITO DE ALARMA CON OPTOACOPLADOR.

PRUEBE OPTOACOPLADOR.

ARME CIRCUITO DE ALARMA CONTRA ROBO CON OPTOACOPLADOR.

COMPRUEBE EL FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO.

FUENTE DE ALIMENTACION, MULTIMETRO DIGITAL, PROTOBOARD, OSCILOSCOPIO. OPTOACOPLADOR, IC 74090

CONDUCTORES VARIOS CALIBRE 18 Y 22 AWG.

PINZAS, ALICATE DE CORTE.

RESISTENCIAS, SWITCH, PARLANTE.

PZA CANT DENOMINACIÓN–NORMA/ DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES

MONTAJE DE UN CIRCUITO

OPTOACOPLADO HT REF: HT-01

Tiempo:4 Horas HOJA: 1 / 1 ELECTRICISTA INDUSTRIAL

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HO-01 1 / 1 5

OPERACIÓN

HACER ESQUEMA DE CIRCUITO OPTOCOPLADOR

DESCRIPCIÓN

Para realizar el montaje de un circuito electrónico se debe contar con el esquema del circuito y las características de los componentes a usar.

Cuando no se cuenta con el esquema se debe previamente diseñar el circuito cumpliendo con los requerimientos del problema o necesidad a solucionar.

PROCESO DE EJECUCIÓN

1º PASO: Defina los elementos a usar y sus características.

2º PASO: Grafique el esquema que cumpla con los requisitos del problema usando un optoacoplador.

3º PASO: Dibuje el esquema de circuito con optoacoplador mostrado.

9V 6 9 11 14 8 180 390 220 0.2W 1/2W 8 1 5 12 3

74090

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HO-02 1 / 1 6

OPERACIÓN

PROBAR OPTOCOPLADOR

DESCRIPCIÓN

EL Optoacoplador es un C. I. que tiene seis terminales de los cuales cinco son utilizados y uno no se usa.

Como, todo componente electrónica, debe ser probado antes de ser utilizado.

PROCESO DE EJECUCIÓN

1º PASO: Identifique los terminales del optoacoplador utilizando el Manual ECG en la sección Optoisolators. .

2º PASO: Arme el circuito mostrador.

1

S1

R1

1.5V

47

4

5

6

3

2

+

3º PASO: Seleccione el multimetro en la escala de Ohmímetro de R x 100, y conecte la punta de prueba positiva en el colector, y la punta de prueba negativo en el emisor.

4º PASO: Mida con el switch abierto, el Ohmímetro debe indicar una alta resistencia.

5º PASO: Mida con el switch cerrado, el Ohmímetro debe indicar una baja resistencia, aproximadamente entre 200 a 300 ohmios.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HO-03 1 / 1 7

OPERACIÓN

PROBAR CIRCUITO OPTOCOPLADOR

DESCRIPCIÓN

El circuito que se utiliza es una alarma contra robos que es activado por optoacoplador, en el cual, el circuito de disparo, debe estar abierto y al cerrar se dispara la alarma.

La tensión para la alarma es de mayor que la tensión del circuito de disparo, el optoacoplador permite operar con distintas tensiones.

PROCESO DE EJECUCIÓN

1º PASO: Arme en el protoboard, el circuito mostrado .

9V 6 9 11 14 8 180 390 220 0.2W 1/2W 8 1 5 12 3

74090

2º PASO: Cierre el circuito de entrada y la alarma se activará, hasta que se desconecte el switch.

3º PASO: Verifique con el multimetro, que cuando se cierra el circuito de entrada, se presenta una tensión en el terminal 5 del IC 74090, activando la alarma y al desconectar el circuito de entrada, desaparece tensión y se apaga la alarma.

4º PASO: Verifique con el osciloscopio las formas de onda y grafique, indicando los voltajes.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-01 8

CIRCUITO DE ALARMA POR OPTOACOPLADOR

EL OPTOACOPLADOR

El Optoacoplador es un componente integrado que internamente tiene un Led y un elemento fotosensible que se activa cuando recibe la luz emitida por el Led, es un acoplador que utiliza la luz como medio de transferencia de la orden de acción.

El optoacoplador se utiliza para acoplamientos de interfase y proporcionar aislamiento entre una fuente de señal o control y la etapa de fuerza o carga, dependiendo de la aplicación especifica, los optoacopladores pueden ser incorporados en diseños de equipos, como elementos de conexión entre subsistemas.

La gran característica del Optoacoplador es el aislamiento eléctrico que puede establecer entre el circuito de entrada y el circuito de salida.

IDENTIFICACION DE TERMINALES

1

4

5

6

3

2

Como se observa en la figura, el optoacoplador utiliza un encapsulado de seis pines o terminales, entre los pines 1 y 2 se encuentra conectado internamente un LED y entre los pines 4,5 y 6 están conectados los terminales de un elemento fotosensible, que puede ser un fototransistor, un fotodarlington, un fototiristor, etc. el pin 3 no tiene conexión.

También, se tiene optoacopladores en encapsulados de cuatro pines o terminales, en el cual el terminal de base o pin 6 no existe, y encapsulados de 8 pines o terminales, que contienen dos optoacopladores.

FUNCIONAMIENTO

El Optoacoplador tiene en su interior, como se explico, un Led y un componente fotosensible, cuando entre los terminales del Led (1 y 2), se presenta una tensión que polarice directamente al Led, circula una corriente, iluminando el Led, y ello incide en

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-01 9 el componente fotosensible como es un fototransistor, provocando que el transistor conduzca una corriente que depende de la iluminación del Led, que a su vez depende de la corriente que circula por el Led.

Al producir una corriente en el transistor, se obtiene una tensión variable entre los terminales colector emisor del transistor, logrando que una señal de tensión acoplada en la entrada del optoacoplador genera una señal de tensión en la salida, pero aisladas eléctricamente.

PARAMETROS

Los principales parámetros del Optoacoplador son: Tipo de elemento fotosensible de la salida:

Por Fototransistor Por Fotodarlintong Por Fototiristor

Corriente de salida, es un parámetro, que determina la corriente que se podrá hacer circular por el optoacoplador, y la corriente directa If del Led puede ser entre 5 a 10 mA. para preservar la vida útil del optoacoplador.

La longitud del alambrado al optoacoplador no es crítico, siempre que se observe buenos métodos de montaje del componente.

El led tiene un voltaje directo de 1.15 V aproximadamente mientras que el voltaje inverso máximo es de 3 V. El fototiristor tiene un VCEO 30 V. max y una disipación de potencia de 150 mw max a una temperatura ambiente de 25°C.

El optoacoplador puede tener una respuesta de frecuencia de hasta 300 Khz. y proporciona una aislamiento entre el circuito de entrada y el circuito de salida de 700V.

APLICACIONES

Las aplicaciones del Optoacoplador son generalmente para acoplar una circuito de mando al circuito de fuerza, por ello se utiliza para el disparo de circuitos de Tiristores, reemplazando a los transformadores de pulsos.

Otra aplicación común es el uso en circuitos que utilizan diferentes niveles de tensión o en los que no se debe cargar el circuito, como es en señalización de circuitos operativos y en alarmas, como las que se muestran a continuación:

CIRCUITO DE SEÑALIZACIÓN DE OPERATIVIDAD

En el circuito mostrado el Led D1 permanecerá apagado mientras S1 se encuentra abierto, al cerrarse el interruptor S1, el Led D1 encenderá, no existe conexión eléctrica entre los circuito de entrada y salida, que se alimentan con dos fuentes diferentes, una de 1.5 voltios que corresponde a una pila y otra de 9 voltios, que puede ser de una fuente o una batería, y los circuitos de entrada y salida están eléctricamente aislados, son independientes. Cuando el interruptor S2, se abre, nuevamente el Led

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-01 10 permanecerá apagado, el mayor voltaje del circuito de salida es para tener mayor visibilidad. 1 S1 R1 1.5V B1 47 4 B2 D1 R2 680 9V 5 6 3 2 + +

CIRCUITO DE ALARMA CON OPTOACOPLADOR

El circuito de alarma mostrado, depende un sensor, que actuará cerrando el circuito cuando detecte la acción prevista en el diseño como disparo para la alarma, en el circuito se representa por el interruptor S1.

Al cerrar el interruptor S1, se emite un tono por el parlante, el cual continuará sonando, mientras este cerrado S1, al abrirse cesará el tono; puede modificarse el circuito utilizando un circuito de enclavamiento, electrónico o con relé, que requiera un pulso de reposición para detener el sonido.

9V 6 9 11 14 8 180 390 220 0.2W 1/2W 8 1 5 12 3

74090

Existen aplicaciones de los optoacopladores a equipos como las computadoras, procesadores de datos, sistemas de comunicaciones, controles remotos, líneas de transmisión de datos, instrumentos musicales electrónicos, equipos de prueba y juegos electrónicos, etc.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-01 11

FIBRA OPTICA

La luz o las ondas de luz son una forma de energía electromagnética, y puede ser utilizada para transmitir información en ella, como se realiza con las demás ondas electromagnéticas, y la idea de transmitir información con la luz como portadora, tiene mas de un siglo de antigüedad, cuando en 1880, Alexander G. Bell construyó el fotófono que envía mensajes vocales a corta distancia por medio de la luz, pero la falta de fuentes de luz adecuadas lo presentaban inviables para una aplicación practica en ese tiempo.

La invención del láser permitió retomar la posibilidad de utilizar la luz como soporte de comunicaciones confiables y de alta capacidad de transmisión y se investigó nuevas técnicas de modulación y detección ótica.

El empleo de fibras de vidrio como medio guía se planteo como una forma de desarrollo, por el tamaño, peso, facilidad de manejo, flexibilidad y costo; en concreto las fibras de vidrio permitirán guiar la luz mediante múltiple reflexiones internas de los rayos luminosos, sin embargo en un principio presentaban elevadas atenuaciones. La tecnología de la fibra óptica se va imponiendo en el campo de las comunicaciones, debido a las grandes ventajas que posee con respecto a los conductores convencionales, entre ellas, el gran ancho de banda, la baja atenuación de las señales transportadas, alta inmunidad a interferencias externas, gran disponibilidad de material con que se fabrican, etc.

En la actualidad, el uso de la fibra óptica esta ampliamente difundido, tanto para proyecto privados dentro de los edificios, como para instalaciones nacionales de transmisión de voz y datos, para las empresas de telecomunicaciones.

FUNCIONAMIENTO

La fibra óptica debido a su refracción interna, transmite la luz a través de su eje longitudinal, las perdidas dependen de la longitud, absorción y dispersión internas. Para la aplicación de la fibra óptica a las comunicaciones es preciso un sistema que, básicamente se compone de un codificador, un excitador, una fuente de luz (emisor), detector de luz (receptor), un amplificador y un descodificador, además de la propia fibra óptica.

El sistema de comunicaciones por fibra ótica se diferencia del sistema de comunicaciones convencional, en que además de la fibra óptica como medio de transmisión, requiere de dispositivos de conversión electro-óptico en el inicio de la transmisión y óptico-eléctrico al final de la transmisión.

El cable de fibra óptica es el medio de transmisión de la señal luminosa de información y utiliza repetidores o amplificadores de línea, que se encargan de la regenerar y amplificar la señal, y pueden ser electro-ópticos u óptico-óptico.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-01 12

CARACTERISTICAS

El cable de fibra óptica esta formada por un hilo de material transparente derivado del sílice recubierto por una capa de material también transparente pero de menor índice de refracción y todo ello cubierto de una funda de material totalmente opaco para constituir un aislamiento contra interferencias luminosas externas

Luz

Núcleo

Revestimiento

Aislamiento Optico

CABLE DE VEINTICUATRO FIBRAS OPTICAS

Unidad de 6 fibras

Relleno

Tensor Principal

Tubo plástico abierto

APLICACIONES

Las aplicaciones más importantes son en telecomunicaciones y transmisión de

información de sistemas de control de equipos y maquinarias, a continuación indicamos a algunas de las más comunes:

- Para enlaces interurbanos y urbanos

- Para enlaces interoficinas dentro de un campus o en la ciudad. - Cable Submarino

- TV por cable, CATV, ITV

- Cableado de abonados y centrales telefónicas. - Enlaces de datos

- Circuitos cercanos a líneas de alimentación eléctrica - Cableado de buques y aviones.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIC-01 13

CALCULO DE LONGITUDES DE ONDA DE RADIACIONES

ELECTROMAGNETICAS

RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS

Si en un espacio libre producimos un breve impulso eléctrico, algo así como una chispa de descarga o una fuerte corriente en un trayecto corto, y lo consideramos como una corriente elemental que tendrá un tiempo breve, en ese instante se forma en entorno a esa corriente un campo magnético H que es variable, puesto que esta en formación, sus líneas de fuerza son círculos concéntricos con la corriente elemental. Este campo magnético variable da origen a un campo eléctrico E, cuyas líneas de fuerza también serán círculos pero ubicados en un plano perpendicular al del campo magnético, y el campo eléctrico, es también variable por estar en formación, y dará origen a un nuevo campo magnético, que es el segundo H que a su ves crea otro eléctrico, el segundo E, y así sucesivamente.

Cada campo eléctrico E y cada campo magnético H, tienen sentidos alternados según lo determinan las conocidas reglas practicas de la inducción.

Si todos los campos magnéticos están en los planos horizontales y los campos eléctricos deben estar en planos verticales; la propagación de este fenómeno se cumple con una velocidad igual a la velocidad de la luz, que es de 300,000 Km/seg. Como el origen de la esta situación es una corriente instantánea I, esta desaparece muy rápidamente, pero la propagación continua indefinidamente en línea recta y se le llama onda electromagnética.

Ahora podemos hacer una importante deducción si consideramos uno de los dos campos que integran una onda electromagnética; si tomamos el campo eléctrico, entonces nos da la polarización de la onda, el que permite definir el frente de onda y el que hemos de considerar para determinar la intensidad en un punto del espacio alcanzado por la radiación.

A distancias considerables de la fuente podemos tomar las líneas de fuerza como rectas verticales y paralelas, y las mismas se distribuirán en el espacio en forma irregular pero siguiendo la ley sinusoidal, ya que la onda tiene un origen sinusoidal, puesto que la corriente que la origino es alterna.

En un instante dado, la configuración en un lugar del espacio es de puntos de concentración y puntos vacíos, Si medimos la densidad de líneas a lo largo de la trayectoria de la onda, nos dará la intensidad del campo en cada punto, y si representamos gráficamente la intensidad del campo, obtendremos una sinusoide, la distancia en el espacio entre dos puntos máximos o dos nulos se llama longitud de onda y su valor puede calcularse fácilmente.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIC-01 14

Em

Em

λ

CALCULO DE LA LONGITUD DE ONDA

En efecto, la distancia recorrida por un móvil es el producto de la velocidad de desplazamiento por el tiempo que tarda en recorrerlo, en nuestro caso la onda viaja con la velocidad c de la luz y el tiempo que tarda en recorrer un ciclo es la inversa de la frecuencia de la corriente alterna que genera la onda, si llamamos lambda λ a la longitud de onda, se tiene:

λ = c.T , f T = 1

La velocidad de la Luz, c = 300 x 106 m/s, queda ligada la longitud de onda con el periodo o con la frecuencia de la corriente generadora:

λf = c , λf = 300 x 106

Las unidades son para longitud de onda en metros y para la frecuencia en ciclos por segundo, en la práctica se suele tomar la frecuencia en megaciclos por segundos a cuya unidad se le llama megahertz y se elimina el factor numérico 106, quedando la expresión simple:

λf = 300

Por ejemplo si la frecuencia de la corriente generadora es de 15MHz (megahertz), la longitud de onda será de 20m.

λf = 300 ; λ . 15 = 300 ; λ = 20

Las ondas que emergen de un conductor irradiante, surca el espacio en todas las direcciones y en un punto cualquiera puede determinarse la intensidad del campo eléctrico existente, la longitud de onda λ = 20 m. significa, que a lo largo de cada dirección de propagación tendremos configuraciones que se repiten cada 20m. variando el campo eléctrico en forma sinusoidal; en un instante determinado los valores máximos en un sentido estarán separados 20m.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIC-01 15

RADIACION OPTICA CONCEPTO

La radiación óptica o Luz es radiación emitida por incandescencia o por luminiscencia, que ilumina las cosas y las hace visibles, y en el amplio espectro de las ondas electromagnéticas existe una estrecha banda de ondas que se distingue de las que le preceden y le siguen en dicho espectro, por tener la propiedad de excitar los órganos de la vista.

CARACTERISTICAS

La Banda del espectro visible abarca longitudes de onda comprendidas entre 0.0004 mm. que corresponde a la luz violeta y 0.0007 mm. que corresponde a la luz roja. Ambos límites no coinciden con un cambio de la naturaleza de las ondas electromagnéticas, solo marcan la incapacidad de nuestros ojos para distinguir radiaciones de longitud de onda más corta, luz ultravioleta o longitudes de onda más larga como la luz infrarrojo.

La radiación óptica es la emisión de rayos luminosos o luz, considerada como un fenómeno ondulatorio y corpuscular, todas las radiaciones ondulatorias se deben a la propagación simultanea de un campo magnético y un campo eléctrico a la velocidad de la Luz, y las radiaciones corpusculares se deben a los movimientos de partículas muy rápidas, que a veces se acercan a la velocidad de la luz, aun que nunca superiores. La luz ordinaria es incoherente por que en los átomos de donde proviene, los saltos de electrones y la emisión de fotones se producen en desorden y en cualquier instante y en el haz que resulta no existe la menor relación entre las fases de las ondas. La luz coherente es obtenida previa preparación en la que se maneja un orden, un ejemplo de la luz coherente es el Laser.

ESPECTROS DE LUZ

Una visión general de las radiaciones ondulatorias nos mostraran las diferentes bandas de frecuencias de las ondas que existen:

PRINCIPALES BANDAS DE FRECUENCIA FRECUENCIA Ondas radioeléctrica De 104Hz a 1011Hz Rayos infrarrojos De 1012Hz a 4 x 1014Hz Radiaciones luminosas De 4 x 1014Hz a 7,5 x 1014Hz Radiaciones ultraviolados De 7,5 x 1014Hz a 1016Hz Rayos x De 1016Hz a 5 x 1019Hz Rayos alfa De 5 x 1019Hz a 1020Hz

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIC-01 16 Las radiaciones electromagnéticas de la que forman parte las radiaciones ópticas, se agrupan en bandas de frecuencias que son de uso internacional, sobre todo para dar el uso adecuado en los servicios de telecomunicaciones, radar, radionavegación, policía, investigaciones científicas, etc.

Las principales bandas del espectro radioeléctrico suelen designarse con siglas de sus correspondientes denominaciones en lengua inglesa y a continuación se indican:

BANDAS DE FRECUENCIAS

SIGLAS FRECUENCIA LONGITUD DE ONDA

Frecuencias audibles EF 0.3KHz a 3KHz DE 106m a 105 m Frecuencias muy bajas VLF 3KHz a 30KHz De 105m a 104 m Bajas frecuencias LF 30KHz a 300KHz De 104m a 103m Frecuencias medias MF 0.3MHz a 3MHz De 103m a 102m Altas frecuencias HF 3MHz a 30MHz De 102m a 10m Muy altas frecuencias VHF 30MHz a 300MHz De 10m a 1m Ultra altas frecuencias UHF 0.3GHz a 3GHz De 1m a 10cm Ondas centimétricas SHF 3GHz a 30Ghz De 10cm a 1cm Ondas milimétricas EHF 30GHz a 300GHz De 1cm a 1mm Rayos infrarojos IR 0.3THz a 3THz De 10-2cm a 10-4mm

La luz del sol es una mezcla de luces monocromáticas de longitudes de ondas diferentes; una superficie que refleje todas las radiaciones de esa luz, engendrará en nuestra retina la sensación de color blanco, si la superficie absorbe todas las radiaciones y no las refleja, la retina no será excitada y experimentaremos la sensación del color negro.

Una superficie tiene características determinadas para absorber o reflejar determinadas radiaciones, las radiaciones que las reflejan excitaran a nuestra retina y darán la sensación de un determinado color, variando desde longitudes de onda de 0.4 micrones del color violeta extremo hasta 0.8 micrones para el color rojo oscuro; la excitación de la retina por las radiaciones varia de acuerdo a cada especie animal, variando ligeramente en sus extremos.

Los colores se ordenan de acuerdo a una gama determinada por la naturaleza y reproducida por la luz cuando atraviesa un prisma: violeta, añil, azul, verde, amarillo, anaranjado y rojo

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIC-01 17

EL OPTOACOPLADOR

El optoacoplador es un componente utilizado para aplicar señal de un circuito a otro sin conexión eléctrica, consisten en un emisor de luz acoplado óptimamente a un receptor de luz, ambos tienen conexión eléctrica al exterior y se encuentran instalados en una misma cápsula y aislado de la luz exterior.

Al aplicar una señal eléctrica a los extremos un LED, este se transformará en una señal luminosa que será captada por un fototransistor o elemento fotosensible; este transformara la señal luminosa captada en una señal eléctrica de las mismas características aplicadas al extremo de entrada del LED.

SIMBOLO

El símbolo de los optoacopladores se representa por un Led y su correspondiente componente fotosensible, que puede ser un fototransistor o un fotodarlington, o un fototriac, etc.

Se muestra los símbolos de los optoacopladores siguientes:

OPTOACOPLADOR OPTOACOPLADOR OPTOACOPLADOR FOTOTRANSISTOR FOTOTRIAC FOTOFET TIPOS

Los optoacopladores o optoisolators, serán de diferentes tipos, dependiendo del componente fotosensible que utilice para la etapa de salida, son:

OPTOACOPLADOR CON FOTOTRANSISTOR - TRANSISTOR NPN

- TRANSISTOR PNP

- TRANSISTOR DARLINGTON - DUAL TRANSISTOR NPN

OPTOACOPLADOR CON FOTOTIRISTOR - SCR

- TRIAC

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIC-01 18 OPTOACOPLADOR CON FOTOFET

OPTOACOPLADOR CON FOTOSCHMITT TRIGGER OPTOACOPLADOR CON FOTOLOGIC GATES

- NAND OPEN COLLECTOR HI SPEDD

- DUAL NAND OPEN COLLECTOR HI SPEDD

OPTOACOPLADOR CON FOTOTRANSISTOR COMPATIBLE TTL - TRANSISTOR NPN OPEN COLLECTOR

- TRANSISTOR DARLINGTON SPLIT - DUAL TRANSISTOR NPN

POLARIZACION

Los optoacopladores deben polarizarse teniendo en cuenta el componente fotosensible que se utiliza en la salida.

El Led de la entrada, se debe polarizar directamente para transmitir la señal a la salida y cuando se polariza inversamente no existirá transferencia de la señal a la salida. En el caso de salida con transistor NPN, el colector a positivo y el emisor a negativo, y cada elemento de acuerdo a la polarización correcta en su uso como elemento discreto.

La configuración de cada uno de optoacopladores se obtiene de los manuales de componentes electrónicos como el ECG, en la sección Opto-Electronic Devices, paginas de Optoisolators, donde se tiene las características y los gráficos de los terminales y configuración de los circuitos disponibles en el mercado de productos electrónicos.

ESPECIFICACIONES

Las especificaciones de los Optoacopladores, tienen en cuenta el tipo de optoacoplador, la corriente directa del Led que generalmente esta entre 60 y 80 mA. Y su voltaje inverso de 3V. y 6V.

Otra especificación del optoacoplador es el máximo voltaje de aislamiento, que esta alrededor de 6000 voltios, la potencia total del componente en 250 mW en promedio. La etapa de salida depende de cada tipo optoacoplador, como son el voltaje inverso, voltaje colector base, corriente de colector para el fototransistor, voltaje de encendido, corriente AC, corriente de mantenimiento, etc. para los tiristores, y en general para cada tipo, las especificaciones se encuentran en el manual de componentes electrónicos como el ECG.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIC-01 19

ESQUEMAS DE CIRCUITOS DE ALARMA POR OPTOACOPLADORES

2

3

IC1

7

6

R4

R1

R2

R3

GND

LDR

Q1

D1

VCC

VCC

VCC

VCC

Rele

4

El circuito mostrado utiliza un detector de luz – LDR, para detectar que el acoplo luminoso se ha interrumpido y disparar el comparador y permitir que el transistor conduzca y con ello activar el rele, cerrando el contacto y haciendo funcionar la alarma o la sirena.

CONSIDERACIONES EN LA SELECCIÓN DEL RADIO DE ACCION DE

CIRCUITOS OPTOACOPLADORES

Los optoacopladores son componentes que tiene un emisor de luz acoplado óptimamente a un receptor de luz; ambos tienen conexión eléctrica al exterior y se encuentran instalados en una misma cápsula y aislado de la luz exterior, se utiliza cuando se requiere un aislamiento eléctrico entre la etapa de entrada y la etapa de salida.

Otros circuitos de acoplamiento óptico, utilizan la luz como un medio de conexión a distancia, que puede ser interceptado, sin un contacto fisco o mecánico, y servir para activar o desactivar el funcionamiento de circuito; para este caso, se debe seleccionar un emisor de luz de suficiente iluminación para recorrer la distancia requerida sin atenuarse, y el detector de luz debe ser lo suficientemente sensible para detectar las variaciones de iluminación del emisor, pero también se debe tener en cuenta el efecto de la luz externa que rodea al circuito.

Detectores de Luz, se utilizan para detectar el día y la noche y activar y desactivar circuitos, se seleccionan con características adecuadas y evitar los falsos disparos.

20

CIRCUITO DE AMPLIFICADOR SUMADOR

V

V

V

+

-R1

R3

R2

1

3

2

R4

V

_sal

CIRCUITO DE AMPLIFICADOR NO INVERSOR

V

₊

-R1

R2

V

en

sal

Nº ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS/MATERIALES

1 2 3 4 5 6

IDENTIFIQUE LOS TERMINALES DE LOS COMPONENTES DEL CIRCUITO.

PRUEBE EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL. ARME CIRCUITO COMPARADOR CON OPAMP PRUEBE EL CIRCUITO CON OPAMP.

ARME CIRCUITO AMP. INVERSOR, AMP. SUMADOR, AMP. NO INVERSOR.

PRUEBE CIRCUITO CON OPAMP.

FUENTE DE ALIMENTACION, MULTIMETRO DIGITAL, PROTOBOARD, OSCILOSCOPIO, GENERADOR DE FUNCIONES.

OPAMP LM 741

CONDUCTORES VARIOS CALIBRE 22 AWG. PINZAS, ALICATE DE CORTE.

RESISTENCIAS, LEDs, SWITCH.

PZA CANT DENOMINACIÓN–NORMA/ DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES

MONTAJE DE UN CIRCUITO AMPLIFICADOR

CON OPAMP HT REF: HT-02

Tiempo:4 Horas HOJA: 1 / 1 ELECTRICISTA INDUSTRIAL

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HO-04 1 / 1 21

OPERACIÓN

HACER ESQUEMA DE AMPLIFICADOR CON OPAMP

DESCRIPCIÓN

Para realizar el montaje de un circuito amplificador por opamp, al igual que para cualquier circuito electrónico, se debe contar con el esquema del circuito y las características de los componentes a usar.

Cuando no se cuenta con el esquema, se debe previamente diseñar el circuito amplificador, cumpliendo con los requerimientos del problema o necesidad a solucionar.

PROCESO DE EJECUCIÓN

1º PASO: Defina los elementos a usar y sus características.

2º PASO: Grafique el esquema que cumpla con los requisitos del problema usando un amplificador operacional – opamp.

3º PASO: Dibuje el esquema de circuito amplificador con opamp, mostrado.

V

+

-R2

R1

Ve

Vsal

I1

I2

en

OBSERVACION: El circuito mostrado corresponde a un amplificador inversor, los componentes:

Opamp LM741 R1 = 1 Kohmios R2 = 10 Kohmios

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HO-05 1 / 1 22

OPERACIÓN

PROBAR OPAMP

DESCRIPCIÓN

EL Amplificador Operacional - opamp es un C. I. que tiene ocho terminales de los cuales siete son utilizados y uno no se usa.

El Opamp, como todo componente electrónico, debe ser probado antes de ser utilizado.

PROCESO DE EJECUCIÓN

1º PASO: Identifique los terminales del opamp utilizando el Manual ECG en la sección Linear IC and module circuits.

2º PASO: Arme el circuito mostrado, en el protoboard.

+

+

-10.5V

1.5V

12V

+12V

3º PASO: Verifique que al ingresar un voltaje positivo por la entrada No Inversora, el voltaje de salida es un voltaje positivo, cuyo valor es igual al valor de la fuente positiva menos 1.5 voltios aproximadamente.

4º PASO: Arme el circuito mostrado, en el protoboard.

+

+

--

-

10.5V

1.5V

12V

+12V

5º PASO: Verifique que al ingresar un voltaje negativo por la entrada No Inversora, el voltaje de salida es un voltaje negativo, cuyo valor es aproximadamente igual al valor de la fuente negativa menos 1.5 V. OBSERVACION: Si cumple, el Opamp esta en buen estado.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HO-06 1 / 1 23

OPERACIÓN

PROBAR CIRCUITO DEL COMPARADOR

DESCRIPCIÓN

El circuito que se utiliza es un circuito Comparador, en el cual el voltaje de referencia es 3 voltios, por lo tanto para voltajes más positivos que tres voltios, la salida será positiva, y para voltajes menores de tres voltios o negativos la salida será negativa.

PROCESO DE EJECUCIÓN

1º PASO: Arme en el protoboard, el circuito mostrado

V

V

V

V

+

+

+

-V

C

R2

R1

en

cc

cc

cc

sal

2º PASO: Verifique las conexiones y alimente el circuito con +12Vdc y -12Vdc y conecte a la entrada Ven una tensión variable de -12 voltios a +12 voltios; y mida el voltaje de salida.

3º PASO: Verifique para un voltaje mayor de 3 voltios, que la salida es igual a + Vsat, y para un voltaje menor de 3 voltios, la salida es - Vsat.

+

-V

V

V

V

V

sal

Sat

Sat

ref

_en

OBSERVACION: El circuito mostrado es un comparador con voltaje de referencia positivo, pero también puede tener voltaje referencia negativo o cero.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HO-07 1 / 1 24

OPERACIÓN

PROBAR CIRCUITO DE AMPLIFICADOR INVERSOR

DESCRIPCIÓN

El circuito que se utiliza es un Amplificador Inversor con una ganancia de lazo cerrado de 10.

La tensión de la salida, será la tensión de entrada multiplicada por la ganancia de lazo cerrado, pero de signo cambiado, o contrario a la entrada.

PROCESO DE EJECUCIÓN

1º PASO: Arme en el protoboard, el circuito mostrado .

V

+

-R2

R1

Ve

Vsal

I1

I2

en

OBSERVACION: En el circuito mostrado, los componentes son: Opamp LM741

R1 = 1 Kohmios R2 = 10 Kohmios

2º PASO: Verifique las conexiones y alimente el circuito con +12Vdc y -12Vdc y conecte a la entrada Ven una señal sinusiodal

3º PASO: Verifique con el Osciloscopio la señal de entrada y salida, y compare los niveles de tensión.

A.- Conecte el canal 1 a la entrada Ven B.- Conecte el canal 2 a la salida Vsal.

C.- Determine la relación entre las señales, o la ganancia.

4º PASO: Verifique con el osciloscopio las formas de onda y grafique, indicando los niveles de tensión.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HO-08 1 / 1 25

OPERACIÓN

PROBAR CIRCUITO DE AMPLIFICADOR SUMADOR

DESCRIPCIÓN

El circuito que se utiliza es un Amplificador Sumador con tres entradas y la salida será la suma ponderada de los voltajes de entrada, con signo cambiado por ser amplificador inversor.

Cada entrada contribuye con una proporción igual a la tensión de la entrada multiplicada por la resistencia de realimentación y dividido entre la resistencia serie de cada entrada.

PROCESO DE EJECUCIÓN

1º PASO: Arme en el protoboard, el circuito mostrado

V

V

V

+

-R1

R3

R2

1

3

2

R4

V

_sal

OBSERVACION: En el circuito mostrado, los componentes son:

Opamp LM741 , R1 = 1 Kohmios, R2 = 2 Kohmios R3 = 4 Kohmios, R4 = 1 Kohmios

2º PASO: Verifique las conexiones y alimente el opamp con +12Vdc y -12Vdc y conecte a las entradas V1 a 5Vdc, V2 a 0Vdc y V3 a 5Vdc.

3º PASO: Calcule el valor de la salida teniendo en cuenta, que la contribución de cada entrada es el voltaje de la entrada por R4 entre la resistencia serie de la entrada, y la suma de todas las entradas, con el signo cambiado es el valor de la salida.

4º PASO: Mida con el multimetro los voltajes de las entradas y de la salida, y compare con el voltaje calculado de la salida.

5º PASO: Cambie las tensiones de las entradas V1, V2, V3, por una nueva combinación y repita el paso 3 y 4.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HO-09 1 / 1 26

OPERACIÓN

PROBAR CIRCUITO DE AMPLIFICADOR NO INVERSOR

DESCRIPCIÓN

El circuito que se utiliza es un Amplificador No Inversor con una ganancia de lazo cerrado de 11.

La tensión de la salida, será la tensión de entrada multiplicada por la ganancia de lazo cerrado y del mismo signo, por ser No Inversor.

PROCESO DE EJECUCIÓN

1º PASO: Arme en el protoboard, el circuito mostrado .

V

₊

-R1

R2

V

en

sal

OBSERVACION: En el circuito mostrado, los componentes son:

Opamp LM741, R1 = 10 Kohmios, R2 = 1 Kohmios

2º PASO: Verifique las conexiones y alimente el circuito con +12Vdc y -12Vdc y conecte a la entrada Ven, una señal sinusiodal

3º PASO: Verifique con el Osciloscopio la señal de entrada y salida, y compare los niveles de tensión.

A.- Conecte el canal 1 a la entrada Ven B.- Conecte el canal 2 a la salida Vsal.

C.- Determine la relación entre las señales, o la ganancia.

4º PASO: Verifique con el osciloscopio las formas de onda y grafique, indicando los niveles de tensión.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-02 27

EL COMPARADOR DE TENSION

Para comparar una tensión con otra y determinar cual es el mayor, se puede, un circuito comparador, este circuito tiene dos terminales de entrada, inversor y no inversor y un terminal de salida.

Cuando la tensión de la entrada no inversora es mayor que la tensión de la entrada inversora, el comparador produce una tensión de salida de nivel alto, y cuando la tensión de entrada no inversora es menor que la tensión de la entrada inversora, el comparador produce una tensión de salida de nivel bajo.

CIRCUITO BASICO

La manera mas simple de construir un comparador consiste en conectar un amplificador operacional sin resistencias de realimentación, cuando la entrada inversora esta a masa, una tensión de entrada muy pequeña, de fracciones de milivoltios, es suficiente para saturarlo, entonces la salida es un nivel alto.

+

-V

V

V

V

V

V

V

+

+

-V

Si A, es la ganancia del amplificador operacional, la tensión mínima de entrada que produce la saturación es

V = en

A V_sal

Por ejemplo, si la alimentación es + 15 V y - 15 V, la variación de la salida es desde -13,5 V a + 13.5 V aproximadamente, en un 741C, la ganancia de tensión en lazo abierto es típicamente de 100,000, y por ello, la tensión de entrada necesaria para producir la saturación positiva es

V = _en 000 . 100 5 , 13 V = 135 uV.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-02 28 Como se observa, una tensión muy pequeña de entrada satura el amplificador operacional, solo +135 uV. de tensión de entrada satura positivamente al 741C, mientras que basta -135 uV para saturarlo negativamente.

VARIACION DEL PUNTO DE CONMUTACION

El punto de conmutación, también llamado Umbral, referencia, etc. de un comparador, es la tensión de entrada con la cual los estados de salida conmutan, de nivel bajo a alto, o viceversa.

El punto de de conmutación es cero, si el valor de la tensión de entrada es cero cuando los estados de la salida, se conmutan, cuando Ven es mayor que el punto de conmutación, la salida es nivel alto, y cuando Ven es menor que el punto de conmutación, la salida es nivel bajo. Se denomina a menudo detector de cruce por cero.

Cuando el valor de conmutación no es cero, la entrada inversora tiene un voltaje de referencia producida por un divisor de tensión.

+

-V

V

V

V

V

V

V

V

V

+

+

+

-V

C

R2

R1

Cuando Ven es mayor que Vref, la tensión de error es positiva y la tensión de salida esta en nivel alto, cuando Ven es menor que Vref la tensión de error es negativa y la salida esta en nivel bajo.

En la grafica de la salida en función de la entrada o función de transferencia, el punto de conmutación es igual a Vref.; cuando Ven es mayor que Vref, la salida del comparador se satura positivamente, y cuando Ven es menor que Vref, la salida se satura negativamente. Un comparador como este se denomina algunas veces detector de límite, puesto que una salida positiva indica que la tensión de entrada excede un límite específico, con diferentes valores de R1 y R2, podemos fijar el punto de conmutación positivo entre 0 y Vcc., y si el divisor de tensión se conecta –Vcc, con diferentes valores de R1 y R2, podemos fijar el punto de conmutación negativo entre 0 y –Vcc.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-02 29

+

-V

V

V

V

V

V

V

V

V

+

+

-V

C

R2

R1

cc

A veces se conecta un condensador de desacoplo en la entrada inversora, para estabilizar la tensión de referencia y reducir el rizado de la fuente de alimentación.

COMPARADOR CON UNA SOLA FUENTE DE ALIMENTACION

Un amplificador operacional típico, como el 741C, puede trabajar con una sola fuente de alimentación positiva y tierra, y la tensión de salida solo tiene una polaridad, es decir, una tensión positiva alta o baja.

Si Vcc igual a + 15 V, la variación de salida fluctúa aproximadamente entre 1,5 V para el nivel bajo y cerca de 13,5 para el nivel alto.

La tensión de referencia que se aplica a la entrada inversora es positiva e igual a

Vref = 2 1 2 R R R + Vcc

V

V

V

V

V

V

+

+

+

-V

V

R2

R1

Cuando Ven es mayor que Vref, la salida esta a nivel alto, cuando Ven es menor que Vref, la salida tiene un nivel bajo, en cualquier caso la salida tiene polaridad positiva. En la mayoría de las aplicaciones digitales se prefiere este tipo de salida positiva.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-02 30

EL AMPLIFICADOR INVERSOR

El amplificador inversor de tensión produce una tensión de salida invertida y por lo tanto no esta en fase con la tensión de entrada, el circuito es el siguiente:

V

+

+

+

+

+

-R

R

L

S

V

F

R

sal

en

El circuito tiene una resistencia en serie Rs, una resistencia de realimentación Rf, y la entrada no inversora conectada a tierra, la señal ingresa al circuito por la entrada inversora, a través de Rs.

La entrada inversora del opamp es una tierra o masa virtual, significa que este terminal tiene una tensión similar a tierra o sea cero voltios, pero para efectos de la circulación de la corriente, el terminal esta aislado de tierra; como esta tiene una tensión de cero Voltios, toda la tensión de entrada aparece en la resistencia serie y la corriente que circula será:

l = en

Rs Ven

Por la tierra o masa virtual no circula corriente, por estar aislado para la corriente, como se indico, toda la corriente de la entrada que pasa por Rs, debe pasar por RF,

produciendo una tensión de salida:

Vsal = - i enR F

La Tensión Vsal es negativa, por que en todo componente pasivo, como es una resistencia, la corriente entra por el terminal positivo o de mayor nivel de tensión y sale por el terminal negativo o de menor nivel de tensión, por lo tanto si la entrada Inversora del Opamp, esta a nivel de tensión de Tierra, por ser Tierra Virtual, la salida de Rf, que debe tener menor nivel de tensión que tierra, tendrá una tensión Negativa, y se puede escribir como: Vsal = - S F en R R V

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-02 31 Modificando, tenemos en sal V V = - S F R R ó ALC = S F R R

Ecuación que nos indica que la ganancia de tensión en lazo cerrado es igual a la razón de la resistencia de realimentación entre la resistencia serie.

En el Amplificador Inversor, la impedancia de entrada es la resistencia que se observa desde la entrada, y debido a que la entrada inversora del Opamp es una tierra virtual, la resistencia que se presenta es Rs, al diseñar una amplificador inversor, tanto la impedancia de entrada como la ganancia de tensión, son fácilmente definidos en base a las resistencias Rs y Rf.

Impedancia de Entrada Z(LC) = Rs Ganancia de Tensión A(LC) =

Rs Rf

EN UN AMPLIFICADOR INVERSOR SE TIENE:

• LA SEÑAL INGRESA POR LA ENTRADA INVERSORA Vin - • LA ENTRADA NO INVERSORA Vin +, SE CONECTA A TIERRA • LA SEÑAL DE SALIDA ESTA EN CONTRAFASE CON LA SEÑAL DE

ENTRADA

EL SUMADOR

El Sumador es un circuito que utiliza un amplificador operacional – opamp, y cuya función es sumar las tensiones que se presentan en sus terminales de entrada, que pueden ser dos o más, cada entrada tiene un valor de ponderación o peso, que depende de la resistencia en serie con dicha entrada.

El circuito Sumador esta configurado como amplificador inversor de ganancia unidad, tiene varias entradas constituidas por resistencias que aplican señales a la entrada inversora, una de las características del amplificador inversor es que toda la corriente de la entrada o de las entradas, circula por la resistencia de realimentación; por lo que la corriente que pase por esta será la suma de las corrientes parciales de la resistencia de entrada.

En la salida, por tanto se obtendrá la suma de todas las corrientes de entrada, pero con signo contrario por tratarse de un amplificador inversor, a este circuito se le puede añadir todas las entradas que sean necesarias, con solo aumentar el número de resistencias de entrada; si se desea obtener una salida amplificada, se debe aumentar el valor de la resistencia de realimentación o reducir el valor de las resistencias de entrada.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-02 32

AMPLIFICADOR SUMADOR DE DOS ENTRADAS

El amplificador inversor de tensión tiene la capacidad de amplificador más de una señal a la vez; por ser la entrada inversora una tierra virtual, ambas resistencias de la entrada tienen a tierra el terminal derecho. La corriente de entrada a través de R1 y R2 es: I1 = 1 1 R v I 2 = 2 2 R v

La corriente de entrada total es I = I1 + I2

V

V

+

-R1

R2

1

2

RF

V

_sal

Esta corriente I, es la que circula por la resistencia de realimentación Rf, Por tanto la tensión de salida es:

Vsal = - ( I1 + I2 ) Rf ó Vsal = - _⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + 2 2 1 1 v R R v R R_{f f}

Por lo tanto, podemos tener diferente ganancia de tensión para cada señal de entrada, la salida es la suma de las entradas amplificadas, para tener más entradas, se aplica el mismo criterio, y debemos añadir una resistencia adicional para cada nueva señal de entrada.

Si se desea que un circuito que sume dos o más señales de entrada, se utilizará un amplificador inversor con dos o más entradas, cada una de ellas con ganancia de tensión unidad, Si las resistencias son iguales, cada entrada tiene una ganancia de tensión unidad y la salida está dada por:

vsal = -

(

)

AMPLIFICADOR SUMADOR DE TRES ENTRADAS

Esta corriente I, es la que circula por la resistencia de realimentación Rf, Por tanto la tensión de salida es:

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-02 33 Vsal = - ( I1 + I2 + I3 ) Rf ó Vsal = - _⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + 3 3 3 2 2 1 1 v R R v R R v R R_{f f}

V

V

V

+

-R1

R3

R2

1

3

2

RF

V

_sal

EN UN CIRCUITO SUMADOR SE TIENE:

• LAS SEÑALES DE ENTRADA INGRESAN POR ENTRADA INVERSORA Vin– • LA ENTRADA NO INVERSORA Vin +, SE CONECTA A TIERRA

• LA SEÑAL DE SALIDA ESTA EN CONTRAFASE CON LAS SEÑALES DE ENTRADA

AMPLIFICADOR NO INVERSOR

Un amplificador no inversor con realimentación de tensión se comporta aproximadamente igual a un amplificador de tensión ideal, pues tiene impedancia de entrada grande, impedancia de salida pequeña y ganancia de tensión estable.

CIRCUITO BASICO

V

V

V

+

+

-R1

R2

V2

V

en

cc

cc

sal

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-02 34

En el opamp, en su funcionamiento lineal, la tensión de error tiende a cero; o sea, si el amplificador operacional no esta saturado, la diferencia entre sus dos entradas tiende a cero; por ello la diferencia entre la tensión de la entrada inversora y la de la entrada No inversora es el orden de micro-voltios, y debemos recordar: Si el amplificador Operacional no esta Saturado, sus dos tensiones de entrada son iguales., por tanto:

Ven = V2 y V2 = Vsal R R R 2 1 2 + Reemplazando: Ven = Vsal R R R 2 1 2 + Modificando: 2 2 1 R R R Ven Vsal + =

El Amplificador No Inversor tiene una ganancia de tensión en lazo cerrado:

ALC = 2 2 1 R R R +

EN UN AMPLIFICADOR NO INVERSOR SE TIENE:

• LA SEÑAL INGRESA POR LA ENTRADA NO INVERSORA Vin + • LA SALIDA SE REALIMENTA POR LA ENTRADA INVERSORA Vin – • LA SEÑAL DE SALIDA ESTA EN FASE CON LA SEÑAL DE ENTRADA

EL INTEGRADOR

Un integrador es un circuito que ejecuta una operación matemática llamada integración, la aplicación más difundida de un integrador es la destinada a producir una rampa en su tensión de salida, la cual supone un incremento o un decremento lineal de tensión. CIRCUITO BASICO

0

T

V

V

V

V

+

+

V

R

C

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-02 35 En el integrador realizado con un amplificador operacional, el componente de realimentación es un condensador en lugar de una resistencia, como en el amplificador inversor; la entrada, en general, es un pulso rectangular, cuando es pulso esta a nivel bajo, Ven = 0, y cuando esta a nivel alto, Ven = V.

T

-

V

0

El pulso aplicado en la entrada, produce una corriente de entrada:

R Ven I_en =

Y toda es corriente de entrada, circula por el condensador, así, el condensador se cargará y su tensión se incrementará con la polaridad negativa mostrada, por la tierra virtual, el extremo del condensador conectado a Vsal, tendrá una tensión negativa, por tanto: con una tensión de entrada positiva, la tensión de salida será negativa y creciente en valor negativo, y si la entrada es negativo, la salida será positiva y creciente en valor positivo.

Cuando la salida se encuentra en un valor negativo, y la entrada cambia de tal manera que la salida debiera ser positivo, primero el valor negativo de la salida debe disminuir hasta cero y luego iniciar a incrementarse positivamente; de forma similar es cuando debe cargarse negativamente, primero disminuye de positivo a cero y luego se incrementa hacia negativo.

La fórmula de probar que la tensión de salida es una rampa, es la siguiente, la ley básica del condensador indica que

C = V Q ó también V = C Q

Como la corriente que circula hacia el condensador es constante, la carga Q se incrementa linealmente con respecto al tiempo, lo cual quiere decir que la tensión del condensador V se incrementa linealmente, y así, equivale a una rampa negativa en la tensión de salida, y depende de la capacidad C del condensador.

Al final del período del pulso la tensión de entrada vuelve a cero y la corriente de carga deja de existir. Debido a que el condensador retiene su carga, la tensión de salida permanece constante en una tensión negativa de – V.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-02 36 C T Q T V / =

Puesto que la corriente por la carga es constante, podemos escribir

C I T V = ó también C IT V =

Esta es la tensión en extremos del condensador al finalizar el pulso; y el voltaje Vsal, entre el inicio del pulso y el periodo T, será:

C t I Vsal =− ∗

EL DIFERENCIADOR

Un diferenciador es un circuito que ejecuta una operación matemática de cálculo diferencial, denominada derivación, y produce una tensión de salida proporcional a la variación instantánea de la tensión de entrada, respecto del tiempo. Aplicaciones comunes de un diferenciador, son la detención de los flancos de subida y bajada de un pulso rectangular o para producir una salida rectangular a partir de una rampa de entrada.

DIFERENCIADOR PASIVO RC

Un circuito de acoplo se puede usar para derivar la señal de entrada, en lugar de una señal sinusoidal, la entrada típica es un pulso rectangular, la salida del circuito constituye una serie de picos de tensión positivos y negativos.

V

V

V

+

+

+

V

V

V

0

0

0

V

C

V

R

En un diferenciador RC, cuando la tensión de entrada cambia de 0 a V, el condensador empieza a cargarse exponencialmente, después de 5 constantes de

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-02 37 tiempo, la tensión del condensador esta al 99.32% de la tensión final V, según la ley de tensiones de Kirchoff, la tensión a través de la resistencia será:

VR =Ven−Vc

Puesto que Vc es inicialmente cero, la tensión de salida varía bruscamente de 0 a V, y luego disminuye en forma exponencial; de manera similar, el flanco de bajada de un pulso rectangular produce un pico negativo de tensión.

El pico de tensión positivo ocurre en el mismo instante que el flanco de subida de la entrada y el pico de tensión negativo ocurre en el mismo instante que el flanco de bajada; los picos de tensión como estos, son señales útiles, que pueden indicar a otros circuitos cuando una señal de entrada rectangular empieza y termina.

V

0,1 uF

V

1k

Ω

V

V

V

Entrada

Salida

+

-0

0

T

Si un diferenciador pasivo RC tiene como finalidad producir picos de tensión estrechos, la constante de tiempo debe ser al menos 10 veces menor que el ancho del pulso T:

RC < 10 T

Si el ancho del pulso es 1 ms, la constante de tiempo RC debe ser menor de 0,1 ms. Si excitamos este circuito con un pulso rectangular cuyo periodo sea mayor de 1 ms, la salida es una serie de picos de tensión estrechos positivos y negativos.

DIFERENCIADOR CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL

En el circuito diferenciador mostrado, se nota la similitud con el integrador, la diferencia es que la resistencia y el condensador están intercambiados; por la tierra virtual, la corriente por el condensador pasa a través de la resistencia de realimentación, produciéndose una tensión, la corriente por el condensador es:

dt dv C i=

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECTRICISTA INDUSTRIAL HIT-02 38 La cantidad dv/dt tiene el mismo valor que la pendiente instantánea de la tensión de entrada, la ventaja de este circuito respecto al realizado con el circuito diferenciador pasivo RC, es que la señal de salida proviene de un circuito con un baja impedancia de salida, lo que facilita la transferencia de señal a la carga.

V

V

V

V

V

+

+

V

R

C

Una modificación al circuito, permite evitar la tendencia a oscilar que tiene el circuito diferenciador con opamp, se incluye una resistencia en serie con el condensador, un valor típico de esta resistencia adicional esta entre 0,01 R y 0,1R, con esta resistencia, la ganancia de tensión en lazo cerrado está comprendida entra 10 y 100.

V

V

V

+

+

V

R

C

0.01Ra 0,1R

Este circuito diferenciador es utilizado para los disparos de circuitos de potencia y para activar otros circuitos que deben ser comandados por los flancos de una señal rectangular.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECRICISTA INDUSTRIAL HIC-02 39

CALCULOS DE LA TENSION DE SALIDA

EL COMPARADOR DE TENSION

En un circuito comparador de tensión, sin realimentación, la tensión de salida es la tensión de saturación positiva o negativa, según sea el caso

+ Vsat = Vcc - 1.5 v. - Vsat = - (Vcc - 1.5 v.) Por tanto:

PARA UN COMPARADOR DETECTOR CRUCE POR CERO: SI: Ven < 0 v. Vsal = - Vsat.

Ven > 0 v. Vsal = + Vsat.

PARA UN COMPARADOR CON TENSION DE REFERENCIA: SI: Ven < Vref. Vsal = - Vsat.

Ven > Vref. Vsal = + Vsat.

PARA UN COMPARADOR CON UNA SOLA FUENTE: SI: Ven < Vref. Vsal = + 1.5 V.

Ven > Vref. Vsal = + Vsat.

Si la alimentación del amplificador operacional es de ± 15 V, la tensión de saturación positiva será + 13.5 voltios y tensión de saturación negativa será -13.5 voltios, esto es, la tensión de alimentación menos 1.5 voltios.

EL AMPLIFICADOR INVERSOR

El amplificador inversor de tensión produce una tensión de salida que NO esta en fase con la tensión de entrada, y la tensión de salida se obtiene:

Vsal = - Ven R R

S F

Siempre, que no supere el voltaje de saturación Vsat, tanto positivo como negativo.

EL SUMADOR

La tensión de salida del sumador es la suma ponderada de las tensiones de entrada del circuito sumador., teniendo como factor de ponderación o peso a la resistencia de realimentación dividida entre la correspondiente resistencia serie de cada entrada.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

ELECRICISTA INDUSTRIAL HIC-02 40 La tensión de salida será:

Vsal = - _⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + 2 2 1 1 v R R v R Rf f

Si todas las resistencias son iguales, cada entrada tiene una ganancia de tensión unidad y la salida está dada por:

vsal = -

(

)

Para mayor número de entradas se agrega una resistencia en paralelo con las demás, y en la formula se agrega un termino, por cada entrada.

EL AMPLIFICADOR NO INVERSOR

El amplificador no inversor de tensión produce una tensión de salida que esta en fase con la tensión de entrada, y la tensión de salida se obtiene:

Vsal = Ven R R R 2 2 1+

Siempre, que no supere el voltaje de saturación Vsat, tanto positivo como negativo.

EL INTEGRADOR

El integrador produce una tensión de salida, que depende de la carga del condensador del circuito, y esta dada por la formula:

C IT V =

Esta es la tensión en extremos del condensador al finalizar el pulso, o sea transcurrido el periodo T, y la forma de onda es una rampa perfecta, para ello se debe cumplir que la constante de tiempo de lazo cerrado, del circuito integrador sea mucho mayor que el periodo del pulso.

La constante de tiempo de lazo cerrado, del circuito integrador, teniendo en cuenta el efecto millar, del condensador de realimentación, será:

RC’ = RC ( A + 1)

Donde A es la ganancia del opamp, por lo tanto: RC’ > 10 T

Teniendo en cuenta que la corriente es constante, por que la entrada, en general, es un pulso rectangular, cuando es pulso esta en nivel bajo, Ven = 0, y cuando esta en nivel alto, Ven = V; el pulso aplicado en la entrada, produce una corriente de entrada: