ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
ANTOLOGÍA UNIDAD III
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL BÁSICA
ING. ARNOLDO CAMPILLO BORREGO
ALUMNA: E. NIZAYET JACINTO CRUZ
INGENIERIA INDUSTRIAL
2 “B”
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Atitalaquia Hgo. A 1 de junio del 2011
INDICE
UNIDAD III ELECTRONICA INDUSTRIAL BASICA
INTRODUCCION
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3.1 Electrónica industrial analógica y digital……………………………. 4
3.2 Elementos básicos de electrónica analógica……………………….. 5
3.3 Elementos básicos de electrónica digital…………………………… 13
3.4 Aplicación de los conceptos básicos de electrónica……………. 31
Ejercicios……………………………………………………………………… 36
Conclusión……………………………………………………………………. 38
Bibliografía…………………………………………………………………… 39
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INTRODUCCION La ingeniería electrónica es el conjunto de conocimientos técnicos, tanto teóricos como prácticos que tienen por objetivo la aplicación de la tecnología electrónica para la resolución de problemas prácticos. La electrónica es una rama de la física que trata sobre el aprovechamiento y utilidad del comportamiento de las cargas eléctricas en los diferentes materiales y elementos como los semiconductores. La ingeniería electrónica es la aplicación práctica de la eléctrica para lo cual incorpora además de los conocimientos teóricos y científicos otros de índole técnica y práctica sobre los semiconductores así como de muchos dispositivos eléctricos además de otros campos del saber humano como son dibujo y técnicas de planificación entre otros. Entre la ingeniería electrónica y la ingeniería eléctrica existen similitudes fundamentales, pues ambas tienen como base de estudio el fenómeno eléctrico. Sin embargo la primera se especializa en circuitos de bajo voltaje entre ellos los semiconductores, los cuales tienen como componente fundamental al transistor o el comportamiento de las cargas en el vacío como en el caso de las viejas válvulas termoiónicas y la ingeniería eléctrica se especializa en circuitos eléctricos de alto voltaje como se ve en las líneas de transmisión y en las estaciones eléctricas. Ambas ingenierías poseen aspectos comunes como pueden ser los fundamentos matemáticos y físicos, la teoría de circuitos, el estudio del electromagnetismo y la planificación de proyectos. Otra diferencia fundamental reposa en el hecho de que la ingeniería electrónica estudia el uso de la energía eléctrica para transmitir, recibir y procesar información, siendo esta la base de la ingeniería de telecomunicación, de la ingeniería informática y la ingeniería de control automático. El punto concordante de las ingenierías eléctrica y electrónica es el área de potencia. La electrónica se usa para convertir la forma de onda de los voltajes que sirven para transmitir la energía eléctrica; la ingeniería eléctrica estudia y diseña sistemas de generación, distribución y conversión de la energía eléctrica, en suficientes proporciones para alimentar y activar equipos, redes de electricidad de edificios y ciudades entre otros.
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3.1 ELECTRONICA INDUSTRIAL ANALOGICA Y DIGITAL La asignatura electrónica industrial, analógica y digital introduce al alumno en la electrónica general realizando un recorrido rápido por los componentes, circuitos analógicos y circuitos digitales para terminar estudiando con más detalle lo fundamental de la electrónica de potencia. Brevemente explicada, y con arreglo a los descriptores que la caracterizan en los planes de estudio (Electrónica analógica, Electrónica digital, Electrónica de potencia), puede considerarse que constituye una revisión compendiada de la electrónica para los ingenieros técnicos eléctricos con especial hincapié en la electrónica de potencia, la rama de la electrónica industrial más afín a la ingeniería eléctrica. Por tanto, los contenidos de electrónica general y analógica se centran en establecer las bases sobre el conocimiento de componentes y su diferente utilización según la aplicación a la que son destinados (analógica, digital o potencia). Los contenidos de electrónica digital constituyen un repaso general y se centran en circuitos simples combinacionales y secuenciales, así como en un sucinta revisión de los circuitos lógicos de alto nivel. Los contenidos en electrónica de potencia abarcan los componentes específicos más importantes (transistores y diodos de potencia, y tiristores) y los circuitos y equipos más empleados en el entorno eléctrico, tales como interruptores y reguladores de cc y ca, rectificadores e inversores. Esta asignatura, de carácter troncal dentro del plan de estudios de Ingeniero Técnico Industrial (incluida en el segundo curso de la especialidad de Electricidad), se basa en los conocimientos adquiridos por el alumno en las asignaturas troncales "Teoría de Circuitos" y "Componentes y Circuitos Electrónicos" de 1er curso tomando de ellas el enfoque de análisis de los circuitos eléctricos y electrónicos. Los alumnos disponen como asignatura optativa la Electrónica de Potencia, donde pueden ampliar los conocimientos de esta parte de la electrónica. En términos generales la electrónica y la electricidad nacen con los trabajos de varios destacados físicos, tales como Coulomb, Ampére, Gauss, Faraday, Henry y Maxwell. Tales trabajos quedaron recogidos, en 1865, en el marco formal de la teoría del electromagnetismo, formulada por Maxwell (deducida de las ecuaciones que llevan su nombre); teoría que, sin embargo, debió esperar hasta 1888 para su demostración. La mencionada demostración la realizó Hertz con la generación, en el laboratorio, de ondas electromagnéticas. Más tarde, en 1896, Marconi logró transmitir y detectar estas ondas (llamadas hertzianas) y abrió el camino a posteriores avances tan importantes como la televisión y las telecomunicaciones.
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En términos más concretos, el nacimiento de la electrónica, como rama de la ciencia, puede situarse en 1895, año en el que Lorentz postuló la existencia de partículas cargadas llamadas electrones, lo cual fue demostrado, experimentalmente, por Thompson dos años más tarde. Braun, en 1897, hizo pública su invención del primer tubo electrónico, rudimentario antecesor de los tubos de rayos catódicos que forman parte de los televisores 3.2 ELEMENTOS BASICOS DE ELECTRONICA ANALOGICA (Diodos, Emisor de luz, Transistor) La electrónica analógica considera y trabaja con valores continuos pudiendo tomar valores infinitos, podemos acotar que trata con señales que cambian en el tiempo de forma continua porque estudia los estados de conducción y no conducción de los diodos y los transistores que sirven para diseñar cómputos en el álgebra con las cuales se fabrican los circuitos integrados. La Electrónica Analógica abarca muchos campos como por ejemplo, la electrónica analógica dinámica que trata de un circuito que traslada hondas o vibraciones a un sistema eléctrico, la analógica hidráulica la cual es existente entre una corriente del agua de superficie plana o un flujo bidimensional como ejemplo un reloj, el cual tiende a tene4r engranaje de diferentes tipos los cuales son movidos por un conductor el mueve los engranajes que son diferentes tamaños pero cada uno para una función específica como la de los segundos, minutos y horas. También podemos decir que la electrónica analógica define campos más específicos tales como:
Conducción de semiconductores. Diodos Circuitos con diodos. Transistor bipolar Etapas transistorizas. Transistores de efecto de campo. Amplificación y retroalimentación. Amplificador operacional (I). Amplificador operacional (II). Otros sistemas amplificadores Otros sistemas analógicos Filtros activos
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DIODOS Es un componente discreto que permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea el sentido contrario, Funcionamiento del diodo ideal: El funcionamiento del diodo ideal es un componente que presenta resistencia nula al paso de la corriente en un determinado sentido y resistencia infinita en otro sentido. V = 10V, R = 1K, D = diodo, i = 10 mA. a. Conducción del diodo en sentido directo (diodo cerrado) V = 10V, R = 1K, D = diodo, I = 0mA. b) Conducción del diodo en sentido inverso (diodo abierto) Diodo de unión: El diodo es un elemento semiconductor debido a la función de las uniones, de características opuestas, es decir, uno de tipo N y otro de tipo P. las uniones de ambas forman del diodo de unión (construido con materiales Germano y Silicio) Tenemos que en el momento que son unidos los dos materiales, los electrones y huecos en la región de la unión se combinan, dando por resultado una falta de portadores en la región cercana a la unión. Disposición de huecos – electrones en la región de unión: Existe la curva característica de operación del diodo de Unión. Existen tres regiones de conducción; a) región directa, región inversa y región de ruptura. El diodo de unión opera en dos regiones tales: a. región directa b. región inversa. Curva característica del diodo: a. Condición de polarización directa. Donde Ri = [V(máx) – Vz] / [Iz (máx) + Il (min)], sustituyendo valores Ri = [(24) – 10] / [(140) + (20)] = 87,5 Q Al considerar diversas combinaciones de V y Ri podemos determinar que la corriente del diodo permanece dentro del intervalo 14 < Iz > 140 mA, como se estableció en la teoría. Análisis mediante la recta de la carga. a. Circuito sencillo con un diodo, b) curva característica (Id – Vd) Solucion: Aplicando Kirchhoff al circuito
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E – Vd – Vr = 0 (a). E = Vp + Ip x R (b), se tiene que las variables ( Vd, Id) son las mismas, para graficar existen dos condiciones. Graficando los puntos sobre las ejes. a) Símbolo del diodo Tener y b) Característica V – I de un diodo tener. Símbolo del Diodo Zener y el diodo PN. Según los símbolos de dirección de conducción se comprenda junto con la polarización. Algunos diodos se diseñan para aprovechar la tensión inversa de ruptura con una curva característica mostrada anteriormente. Esto se consigue básicamente a través del control de los dopados con ellos se logran tensiones de ruptura de 1,8 V a 200 V y potencias máximas desde 0,5 W a 50 W. La curva característica de un diodo Zener, teóricamente no se diferencia mucho del diodo ideal aunque la filosofía de empleo es la distinta; el diodo zener se utiliza para trabajar en la zona de ruptura, ya que mantiene constante la tensión entre sus terminales (tensión zener, Vz). Una aplicación muy usual es la estabilización de tensión. Los parámetros comerciales son iguales al diodo normal, Iz (máx) = corriente máxima en inversa. Hay que tener en cuenta que el fabricante nos da los valores de Vz e Iz (máx) en valor absoluto. Al resolver un problema, no hay que olvidar que los valores son negativos con el criterio de signos establecidos por el símbolo del componente mostrado. Sin embargo el zener actúa en los tres estados.
Conducción directa (Diodo normal). Conducción inversa (Diodo normal) Conducción en Polarizacion Inversa, V = Vz = Cte e Iz (máx) esta entre 0 y Iz (máx).
CIRCUITO CON DIODO ZENER Anteriormente vimos que el voltaje de ruptura de un diodo Zener era casi constante sobre un amplio intervalo de corrientes de polarización inversa. Esto hace que el diodo zener se utiliza en un circuito regulador de voltaje o en un circuito de referencia de voltaje, en esta parte trataremos un circuito de referencia de voltaje ideal. Circuito de referencia de voltaje ideal: Este es el voltaje de salida, debe permanecer cantante, incluso cuando la resistencia de carga de salida varíe en un intervalo bastante amplio y cuando el voltaje de entrada varíe en un intervalo especifico. Un circuito de voltaje con diodo Zener. Para determinar la resistencia de entrada (Ri) se considera (Ri limita la corriente a través del diodo Zener y disminuye el voltaje V). Podemos escribir: Ri = (V –Vz) / (Iz – IL); despejando I = (Iz + IL). Se asume resistencia Zener es cero del diodo ideal. Iz = V – Vz / Ri) – IL. Donde IL = Vz / Rl y las variables son la fuente de voltaje de entrada V y la corriente de carga IL. Para la operación apropiada de este circuito, el diodo debe permanecer en la región de ruptura y la disposición de potencia en el diodo no debe exceder y su valor nominal.
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En otras palabras.
La corriente en el diodo es mínima, Iz (min) cuando la corriente de carga es máxima, IL (máx) y el voltaje de la fuente es mínima, V (min).} La corriente en el diodo es máxima, Iz (máx), cuando la corriente de carga es mínima, Iz (min) y el voltaje de la fuente es máxima, v (máx). luego se obtiene: Ri = [V (min) - Vz] / [Iz (min) + IL (máx)] Ri = [V (máx) - Vz] / [Iz (máx) + IL (min)] TRANSITOR EN CORRIENTE CONTINUA
El Transistor de unión bipolar (BJT): Se inicia con una descripción de la estructura básica del transistor y con una descripción cualitativa de su operación. Para su descripción se utilizará los conceptos básicos de las uniones PN de los diodos. El transistor bipolar (BJT) esta formada por tres regiones dopadas separadamente. Tipos de transistores: existen dos tipos de transistores el NPN y el PNP. ESTRUCTURA DEL TRANSISTOR Funcionamiento: Un transistor sin polarizar es igual a los diodos contrapuestos, cada uno tiene una barrera, donde las tres regiones y sus terminales se demoniza emisor (E), base (B) y colector (C), el flujo de electrones, se obtienen corrientes a través de las diferentes partes del transistor. Electrones del emisor: Aquí se muestra un transistor polarizado, los signos menos representan electrones libres. El emisor esta fuertemente dopado su función consiste emitir o inyectar electrones libres a la base. La base ligeramente dopada deja pasar hacia el colector la mayor parte de los electrones inyectados por el emisor. El colector se llama así, porque colecta o recoge la mayoría de los electrones provenientes de la base emisor. El colector se llama así, porque colecta o recoge la mayoría de los electrones provenientes de la base. Electrones en la base: En el instante en que la polarización directa se aplica al diodo emisor. Los electrones del emisor no han entrado en la zona de la base. TRANSISTORES DE EFECTO CAMPO (FET) Un transistor de unión bipolar (BJT), es un dispositivo controlado por corriente en el que participan tanto la corriente de electrones como la corriente de huecos. El transistor de efecto de campo (FET); es un dispositivo unipolar, opera como un dispositivo controlado por voltaje, ya sea con corriente de electrones en un FET de canal N o con corriente de huecos en un FET de canal P. ambos tipos de FET se controlan por una tensión entre la compuerta y la fuente. 8
Los dispositivos BJT o los FET pueden emplearse para operar un circuito amplificador (o en otros circuitos electrónicos similares). Con consideraciones de polarización diferentes. Características: 1. 2. 3. 4. 5.
Tiene una resistencia de entrada extremadamente alta (casi 100M). No tiene un voltaje de unión cuando se utiliza Conmutador (Interruptor). Hasta cierto punto inmune a la radiación. Es menos ruidoso. Puede operarse para proporcionar una mayor estabilidad térmica.
EL TRANSISTOR A BAJA FRECUENCIA Para explicar el transistor a baja frecuencia tendremos que explicar lo que es Cuadripolo. Este es un circuito que se comunica con el mundo exterior solo a través de los puertos de entrada (IN) y salida (OUT). Las ecuaciones del cuadripolo viene dada en: V1 = H11I1 + H12V2 I2 = H21I1 + H22V2 Donde V1 y I2, son variables dependientes, mientras que I2 Y V2 son variables independientes. Los valores de h11, h12, h21 y h22 se llaman parámetros híbridos (h), porque no tiene dimensiones homogénicas. Modelo hibrido del transistor: Para llegar al modelo lineal en corriente alterna pura de un transistor o de su circuito equivalente, vamos a suponer básicamente que las variaciones alrededor del punto de trabajo son pequeñas. Polarización de los JET y MOSFET: Considerando un amplificador en la configuración fuente – común (FC). Los métodos de polarización son similares para los MOSFET. Operación en AC del FET: El circuito equivalente en AC del FET. Ahora puede emplearse en el análisis de diversas configuraciones de amplificadores FET con respecto a la ganancia de voltaje y las resistencias de entradas y salidas. El voltaje de salida en AC es: Como Vi = la ganancia de voltaje del circuito es: La impedancia en AC vista hacia el amplificador es: Y la impedancia en AC vista desde la carga hacia la Terminal de salida del amplificador es: Características de transferencia: Es una curva de corriente de drenaje, como función del voltaje de compuerta – fuerte, para un valor constante del voltaje Drenaje – Fuerte. La característica de transferencia 9
puede observarse directamente sobre un trazo de curvas, obtenida de la medición de la operación del dispositivo, dibujada en la característica de drenaje. TRANSITORES EFECTOS DE CAMPO Tipos de Fet: Los FET (Transistor de efecto de campo), JFET (Transistor de efecto de campo de unión) de vaciamiento. MOSFET (Transistor de efecto de campo oxido semiconductor) de vaciamiento. Pueden emplearse para amplificar señales pequeñas, variables en el tiempo. Al comparar el FET con el BJT se aprecia que el drenaje (D) es análogo al colector, tanto que la fuente (S) es análoga al emisor. Un tercer contacto, la compuerta (G) es análogo a la base. Configuraciones: Así como existen las configuraciones del BJT, lo existen para los JFET.
(FC) Fuente común. (GC) Compuerta común. (DC) Drenaje común
AMPLIFICADORES EN GENERAL, REALIMENTACIÓN OPERACIONAL I Y II Un sistema amplificador consiste en un transductor recolector de señales; seguido por un amplificador de señal pequeña, un amplificador de señal grande y un dispositivo transductor de salida. La señal del transductor de entrada es, por lo general, pequeña y debe amplificarse lo suficiente de manera que se pueda utilizar para operar un dispositivo de salud. Los amplificadores de voltaje proporcionan una señal de voltaje lo bastante grande para las etapas amplificadoras de señal grande a fin de operar esos dispositivos de salida como altavoces y motores. Un amplificador de señal grande debe operar en forma eficiente y ser capaz de manejar grandes cantidades de potencia (en wattios). Los amplificadores de potencia se clasifican de acuerdo con el porcentaje de tiempo que la corriente de colector es diferente de cero. Existen cuatro clasificaciones principales: Clase A, Clase B, Clase AB, Clase C. en este modulo se analiza los dos primeros. Operación en Clase A: Fue considerado al inicio de los transistores (BJT), donde los amplificadores reproducen totalmente la señal de entrada. La corriente de colector es distinta de cero todo el tiempo. Esta clase es ineficiente, porque sin señal de entrada, existe uno que es diferente de cero y el transistor disipa potencia en condiciones estática o de reposo. Circuitos amplificadores de potencia en Clase A:
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En general los circuitos amplificadores de potencia contienen transistores capaces de manejar alta potencia. Estos operan normalmente a tensiones mayores que los transistores de baja potencia y, por tanto requieren a menudo una fuente de tensión separada. Por ejemplo las tensiones de los transistores de potencia pueden exceder los 450 V. las capacidades de corriente son elevadas con frecuencia superiores a 10ª de corriente continua (DC). Como estos transistores necesitan disipar potencias elevadas, se diseñan en forma diferente de los transistores de baja potencia y pueden incluir circuitos de protección para limitar la corriente. También se considera en forma adicional la disipación de calor que se produce durante la operación. RESISTENCIA CONDENSADOR BOBINA 1.-Son los elementos más comunes en un circuito o sistema electrónico, las resistencias son componentes de dos terminales, la corriente que atraviesa una resistencia desarrolla una diferencia de potencial entre los terminales dad por la ley de ohm V= R I
Donde: R = resistencia V= diferencia de potencial (tensión) I= intensidad de corriente eléctrica
La potencia consumida por una resistencia es P= R I²= V²/R Dicha potencia produce un calentamiento de la resistencia, por lo que, si este es excesivo, la resistencia puede llegar a quemarse. La temperatura que alcanza una resistencia es régimen estacionario (es decir, cuando está conectada el tiempo suficiente como para que la temperatura haya alcanzado su máximo valor) cuando esta consumiendo una potencia P, depende de cómo este fabricada. Depende también de la temperatura ambiente, es decir, de la temperatura del recinto en el que se encuentre la resistencia. Si la temperatura de la resistencia es Tᴿ y la temperatura ambiente es Tᴀ se cumple: Tᴿ -- Tᴀ = ӨP Donde Ө es una constante de la propia resistencia llamada constante térmica. La ultima relación es análoga a la ley de ohm, donde la temperatura es homologa la 11
tensión eléctrica, la potencia es homologa a la intensidad de la corriente y la resistencia térmica es homologa a la resistencia eléctrica. La potencia máxima que puede soportar una resistencia es un parámetro importante que se debe tener en cuanta al diseñar un sistema eléctrico. 2.- son componentes de dos terminales capaces de almacenar una carga eléctrica, en esencia están formados por dos placas conductoras separadas por una capa fina de sustancia aislante (dieléctrico). La cantidad de carga almacenada es proporcional a la tención aplicada estre los terminales del condensador. Así q = Cv, siendo q la carga almacenada, v la tensión y C la capacidad dl condensador. La carga y la tensión puedes ser variables, mientras que C es una constante propia del condensador. La capacidad se mide en faradios (F), pero como en esta unidad es muy grande se utiliza siempre en submúltiplos como el picofaradio (1 p F= 10-12F) o el microfaradio (1 m F= 10-6F).la capacidad de un condensador es proporcional a ala superficie de las placas e inversamente proporcional a la separación de las mismas. También depende de la constante dieléctrica de la sustancia aislante. 3.- Son componentes formados habitualmente por un carrete de hilo conductor. El interior del carrete suele ser una sustancia ferromagnética, como la ferrita, aunque en algunos casos, no hay ningún material (núcleo de aire).las bobinas, también llamadas inductores, tienen la autoinducción L que las caracteriza. La autoinducción de una bobina es la constante de proporcionalidad entre el flujo del campo magnético a través del núcleo y la corriente eléctrica que produce dicho campo. Es decir Ф=Li. Por otra parte la ley de la inducción establece que la tensión inducida en una bobina al producirse una variación del flujo es v= dФ/dt por lo tanto: v= d (Li)/dt= Lid/dt. Esta es la ecuación fundamental de las bobinas, y puede interpretarse diciendo: Que para variar rápidamente la corriente que pasa por una bonina hace falta aplicar una gran tensión o visto de otra manera, las bobinas tienden a mantener constante la corriente que las atraviesa.
Normalmente los diodos inician con el número 1, ejemplo 1N4707, 1N961, esta información se encuentra en el cuerpo cilíndrico del diodo, sin embargo puede existir en un integrado un arreglo con varios diodos en donde la matrícula podrá iniciar en forma diferente como el puente de diodos 110B8. Resistencia relativamente baja (polarización directa) Resistencia muy alta (polarización inversa)
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El óhmetro internamente tiene una batería la cual esta polarizada de la misma manera que indican las conexiones de las puntas de prueba. De tal manera que si se conectan de la siguiente manera, en una polarización inversa el óhmetro marcara infinito o una resistencia muy grande o no continuidad. Y si se polariza directamente marcara una resistencia pequeña o continuidad. Tipos de diodos * Rectificadores * Diodo zener * Diodos emisores de luz LED (light emitting diode) * Fotodiodos * Diodo Schottky * Diodo varicap * Diodo Túnel * Diodo Láser 3.3 ELEMENTOS BASICOS DE ELECTRONICA DIGITAL DESARROLLO HISTÓRICO DE LA ELECTRÓNICA DIGITAL La electrónica digital ha sido una de las revoluciones tecnológicas más importantes y decisivas de la humanidad. Sus preámbulos los podemos resumir en: Inicios de la electrónica En términos generales la electrónica y la electricidad nacen con los trabajos de varios destacados físicos, tales como Coulomb, Ampere, Gauss, Faraday, Henry y Maxwell. Tales trabajos quedaron recogidos, en 1865, en el marco formal de la teoría del electromagnetismo, formulada por Maxwell (deducida de las ecuaciones que llevan su nombre); teoría que, sin embargo, debió esperar hasta 1888 para su demostración. La mencionada demostración la realizó Hertz con la generación, en el laboratorio, de ondas electromagnéticas. Más tarde, en 1896, Marconi logró transmitir y detectar estas ondas (llamadas hertzianas) y abrió el camino a posteriores avances tan importantes como la televisión y las telecomunicaciones. En términos más concretos, el nacimiento de la electrónica, como rama de la ciencia, puede situarse en 1895, año en el que Lorentz postuló la existencia de partículas
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cargadas llamadas electrones, lo cual fue demostrado, experimentalmente, por Thompson dos años más tarde. Braun, en 1897, hizo pública su invención del primer tubo electrónico, rudimentario antecesor de los tubos de rayos catódicos que forman parte de los televisores.
Se rige por los denominados, circuitos digitales o lógicos, llamados así porque trabajan con señales que pueden adoptar uno de dos valores posibles, alto o bajo(ver señales digitales). Puede definirse la electrónica digital como la parte de la electrónica que estudia los dispositivos, circuitos y sistemas digitales, binarios o lógicos. A diferencia de la electrónica análoga o lineal, que trabaja con señales que pueden adoptar una amplia gama de valores, los voltajes en electrónica digital están restringidos a uno de dos valores llamados niveles lógicos alto y bajo o estados 1 y 0. Generalmente el estado lógico alto o "1", corresponde a la presencia de voltaje y, por el contrario, el estado lógico bajo o "0" corresponde a su ausencia. Hacen parte de la electrónica digital los circuitos y sistemas de control. CIRCUITOS DIGITALES Un circuito simple como el de la figura 1 en donde aparece un led con su interruptor, es un circuito digital, porque el led o se enciende o se apaga, pero no hay tintes intermedios. Sí se le coloca un regulador como en la figura 2, el circuito se transforma en análogo, porque variando el regulador, la intensidad lumínica cambiará en forma continua.
Figura No 1. Circuito Digital el led se activa o desactiva con la puesta o no del interruptor
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Figura No 2. Circuito análogo pues el regulador hace que la intensidad luminosa del led varié
COMPUERTAS Son los dispositivos que ejecutan las operaciones lógicas. Cuenta con una serie de entradas y una serie de salidas, su interior está constituido por transistores, diodos, resistencias según familia de fabricación. Son los circuitos digitales fundamentales. Morris Mano en un fragmento simplifica la definición de compuerta lógica así: "...Son bloques de Hardware que producen una señal de salida lógica 1 o lógica 0 y satisface los requisitos de la entrada lógica" La gráfica de la figura No 3 representa algunas de tales compuertas.
Figura No 3. Dos compuertas básicas la OR y la AND.
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TRANSISTOR La electrónica no asumió las connotaciones tecnológicas que la caracterizan hasta los inicios del siglo XX, con la invención de los primeros componentes y, en particular en 1904, con la creación de la válvula termoiónica o diodo, por parte del físico británico John Ambrose Fleming. El diodo, de ese momento, estaba compuesto esencialmente por dos electrodos metálicos contenidos en un tubo vacío, uno de los cuales (el cátodo) es calentado por un filamento. Debido a este calentamiento, el cátodo emite electrones (efecto termoiónico), que son acelerados hacia el otro electrodo (el ánodo) cuando este último se mantiene positivo respecto al cátodo. De tal forma que, intercalado en un circuito, el diodo muestra la importante propiedad de conducir corriente únicamente cuando la tensión que se le aplica tiene un determinado sentido. De esta manera, permite la rectificación de una corriente alterna. La corriente que se obtiene conectando un electrodoméstico a una de las tomas que hay en las paredes de las casas (corriente de red), tiene la característica de invertir continuamente el sentido con que circula por un circuito, y por tanto se llama corriente alterna (la corriente de red es alterna debido a la técnica de su producción, lo cual no compete a la electrónica. De todas maneras, en muchos casos, es necesario disponer de una corriente continua; es decir, que nunca invierta su sentido de circulación. Para esto se emplean unos determinados dispositivos que rectifican la corriente, transformándola de alterna a continua. En 1905, el físico estadounidense Lee De Forest, perfeccionando el invento de Fleming, creó el tríodo. El aporte de Forest consistió en la introducción de un tercer elemento (la rejilla), cerca del cátodo. La proximidad entre el cátodo y la rejilla hace que, si a esta última se le aplica una pequeña tensión, influya sustancialmente sobre el flujo de electrones en el interior del tubo. Por tanto, el tríodo actúa como amplificador (el nombre de audión, que originalmente dio De Forest a su invento, traduce el intento de aplicar esta característica a las señales de sonido). Con el invento de los dispositivos mencionados se proporciono la base tecnológica para el rápido desarrollo de las radiocomunicaciones. Para 1912 en los Estados Unidos se constituyó una asociación de radiotécnicos. Allí mismo también se construyó, en 1920, la primera emisora de radio comercial. En las décadas de 1920 y 1930 se introdujeron mejoras a los tubos electrónicos originarios (que culminaron con la introducción del pentodo), aumentando su flexibilidad y su campo de aplicaciones. Entre otras cosas, se hizo posible la invención de la televisión (1930) y de la radio de modulación de frecuencia (1933). Los tubos de vacío dieron paso a una importante aplicación, como fue la realización de los primeros calculadores electrónicos en los años siguientes de la Segunda Guerra Mundial. Mientras tanto, físicos como Block, Schottky, Sommerfeld, Winger y otros 16
realizaban excelentes progresos en el estudio de una importante clase de sustancias sólidas: los semiconductores, con el propósito de hacer más eficientes tales calculadoras. En 1945 se creó un grupo de trabajo, compuesto por físicos teóricos y experimentales, un químico y un ingeniero electrónico, en los Bell Telephone Laboratories, para encontrar una alternativa al empleo de los tubos electrónicos en las telecomunicaciones. Ciertamente los tubos presentan inconvenientes, entre los cuales se cuenta una escasa fiabilidad debida a sus elevadas temperaturas de funcionamiento. En 1947 los físicos John Bardeen, Walter Brattain y William Schockley obtuvieron un efecto de amplificación en un dispositivo compuesto por dos sondas de oro prensadas sobre un cristal de germanio (un semiconductor): nacía así el transistor, que actualmente es el elemento fundamental de todo dispositivo electrónico (en 1965 estos físicos recibieron el Premio Nóbel). Más tarde, gracias a los progresos efectuados por los laboratorios Bell en la obtención de materiales de base (germanio y silicio) con un elevado grado de pureza, el primer ejemplar fue perfeccionado por Schockley con la introducción del transistor de unión, totalmente de material semiconductor. La comercialización del transistor en 1951 sentó las bases para el desarrollo cualitativo y cuantitativo de la tecnología electrónica en la segunda mitad del siglo. El transistor proporcionó las mismas funcionalidades del tríodo, siendo más pequeño, eficiente, fiable, económico y duradero. Esto permitió la existencia de una gama de aplicaciones antes impensables y la reducción de costos y del tamaño de los dispositivos electrónicos de uso común (radio, televisión, etc.), abriéndose así el camino hacia el fenómeno de la electrónica de consumo. La aparición del transistor también proporcionó un gran impulso al desarrollo de los ordenadores. En 1959 la IBM presentó el primer ordenador (el 7090) de estado sólido, es decir, con transistores. En la actualidad, los componentes con semiconductor como el transistor, han sustituido casi por completo a los tubos de vacío. Estos últimos únicamente se emplean en algunas aplicaciones particulares, en las que hacen parte microondas, o con tensiones de funcionamiento muy altas. Con esto las condiciones para el desarrollo de la electrónica digital quedan dadas y con los siguientes hechos se formaliza como alternativa en le diseño de dispositivos electrónicos a todo nivel: Aparición de los circuitos integrados A finales de los años cincuenta con la introducción del circuito integrado por parte de Kilby, de la Texas Instrument, y de Noyce y Moore, de la Fairchild Semiconductor Company se da el salto cualitativo más importante en el desarrollo de la electrónica y 17
en particular de la electrónica digital. La idea fue incluir un circuito completo en una sola pastilla de semiconductor: el Chip, y hacer de las conexiones entre los dispositivos parte integrante de su proceso de producción, reduciendo así las dimensiones, peso y el costo con relación al número de elementos activos. El desarrollo de la microelectrónica, como se denomina la electrónica de los circuitos integrados es impresionante. A partir de su comercialización (1961), el número máximo de componentes integrados en un chip se duplicó cada año desde los 100 iniciales. En la segunda mitad de los años setenta, al introducirse la integración a gran escala (VLSI) y superar los 10.000 componentes, se ingresó en la época actual, en la que es normal encontrar varios millones de componentes integrados en un chip muy pequeño, por ejemplo en los microprocesadores de los ordenadores personales. Los desarrollos actuales permiten con los dispositivos lógicos programables que el usuario final elabore con lenguajes descriptivos como el VHDL (Very High Spedd Hardware Description Languaje)
SEÑALES DE LA ELECTRÓNICA DIGITAL ¿QUÉ SON SEÑALES? Según el diccionario una señal es una marca que se coloca a ciertas cosas para distinguirlas de otras. Así, se usan los mojones o hitos que indican un término. También se acepta como sinónimo de señal el término Testimonio, cuando se usa en medicina o cualquier otra rama para determinar síntomas o signos que advierten una enfermedad o la ocurrencia de un fenómeno. Para la electrónica una buena aproximación es la hecha por Proakis: "la señal se define como una cantidad física que varia con el tiempo, el espacio o cualquier variable o variables independientes". Así, desde el punto de vista matemático una función es una señal. Por ello, en términos generales, la descripción de una señal se da a través de una función; p.e: o o
f(x) = 4x f(x,y)= 4x + 3y
o
Representación de una señal con una relación funcional compleja, donde Ai(t), Fi(t) y son amplitud, frecuencia y fase que viran con el tiempo. Es de este carácter la señal de voz. 18
El electrocardiograma, cuya función debe ser similar a la anterior ¿CUÁLES SEÑALES SE TRABAJAN EN ELECTRÓNICA? Señales Determinísticas y Señales Aleatorias Señales Determinísticas: Aquellas que tienen un valor único, y se representan unívocamente por una función del tiempo. Tales señales pueden ser periódicas o aperiódicas. Señal determinística periódica: Los valores se repiten periódicamente en un intervalo de tiempo To. Las señales reguladas por las funciones trigonométricas son de este tipo. En cada instante de tiempo se puede establecer el valor de la señal y su magnitud, la tipifica tal tipo de señales es: Ecuación 1.1
Tales señales tienen tres características básicas que son: magnitud, periodo y Fase. Tal como se muestra en la gráfica de la figura No 4.
Figura No 4. Señal Periódica
La magnitud es la máxima elongación de la onda y por lo general se mide en voltios, aunque dependiendo de la Magnitud también se puede medir en Amperios o Wattios. La Fase es el atraso o adelanto de la señal y se mide en grados o radianes. 19
El periodo es la duración en segundos para que se ejecute un ciclos de la señal. Señal determinística aperiódica: No hay un ciclo de repetición y su existencia esta dada en un breve intervalo de tiempo, estas señales pueden ser: 1. Estrictamente limitadas en el tiempo: Son aquellas señales que por sí mismas tienen un nacimiento y un final. Por ejemplo, un impulso eléctrico o una señal como la mostrada en la figura No 5
Figura No 5. Señal aperiódica limitada en el tiempo, inicia en to y finaliza en t1
2. Asintóticamente limitadas en el tiempo: Son aquellas que producto de ser racionales y como resultado de una división, en ciertos puntos, tienden a infinito. Por ejemplo la función tangente o cotangente. La función tangente es la que se presenta en la figura No 6, se asume que entre un par de asíntotas esta el comienzo y el final de la señal. También se consideran asintóticamente limitadas en el tiempo aquellas señales que sufren un comportamiento abrupto y se considera que tiende a infinito la señal en tal punto. Por ejemplo un electrocardiograma al momento de ser analizado los puntos de sobresalto rompen el análisis de la misma y se pueden considerar distorsiones de la señal, o, puntos de terminación de un sub intervalo.
20
Figura No 6. Señal aperiódica asintóticamente limitada en el tiempo.
Igual ocurre con las ondas cerebrales como las mostradas en la figura No 7. En donde entre to y t1 se puede considerar el comienzo y el final de la señal para su análisis, puesto que el cambio es abruto Igual ocurre entre t1 y t2..
Figura No.7 Señal asintóticamente limitada en tiempo por cambios abruptos en la señal
PROPOSICIONES Y CONECTORES LÓGICOS PROPOSICIONES. Una proposición es un enunciado o una oración que puede ser falsa o verdadera pero no ambas a la vez. Una proposición es verificable, por ende, es un elemento fundamental de la lógica matemática y de la lógica digital.
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Los incisos p y q sabemos que pueden tomar un valor de falso o verdadero; por lo tanto son proposiciones validas. El inciso r también es una proposición valida, aunque el valor de falso o verdadero depende del valor asignado a las variables x y y en determinado momento y v es una proposición verdadera. La proposición del inciso s también esta perfectamente expresada aunque para decir si es falsa o verdadera se tendría que esperar a que terminara la temporada de fútbol. Sin embargo los enunciados t y w no son válidos, ya que no pueden tomar un valor de falso o verdadero, uno de ellos es un saludo y el otro es una orden. CONECTORES LÓGICOS Y PROPOSICIONES COMPUESTAS. Las proposiciones anteriores son todas, proposiciones simples. Para obtener proposiciones compuestas se deben ligar o combinar más de una proposición simple. Existen conectores u operadores lógicos que permiten formar proposiciones compuestas (formadas por varias proposiciones simples). Los operadores o conectores básicos son: y, o, no, no o, no y, o exclusiva, no o exclusiva Operador and (y) - Operación Conjunción Se utiliza para conectar dos proposiciones que se deben cumplir(ser verdaderas) para
booleana): Algunos ejemplos son: 1. La proposición "El coche enciende cuando tiene gasolina en el tanque y tiene corriente la batería" está formada por dos proposiciones simples: q y r q: Tiene gasolina el tanque. r: Tiene corriente la batería. Con p: El coche enciende. De tal manera que la representación del enunciado anterior usando simbología lógica es como sigue:
Su tabla de verdad es como sigue: .q
.r
1
1
. 1
22
1
0
0
0
1
0
0
0
0
Donde; 1 = verdadero 0 = falso En la tabla anterior el valor de q = 1 significa que el tanque tiene gasolina, r = 1 significa que la batería tiene corriente y significa que el coche puede encender. Se puede notar que si q o r valen cero implica que el auto no tiene gasolina o no tiene corriente la batería y que, por lo tanto, el carro no puede encender. 2. La ciudad x está en Francia y es su capital es una proposición compuesta por las proposiciones simples: p: La ciudad x está en Francia. Qué es verdadera solo para todas las ciudades x que estén en Francia de lo contrario será falsa y, r: La ciudad x es capital de Francia. Qué es verdadera solo si x es Paris de lo contrario será falsa Con ello la proposición compuesta será verdadera solo si x es Paris, de lo contrario será falsa, como lo muestra la tabal correspondiente. .p
.r
.
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
El operador y en la teoría de conjuntos equivale a la operación de intersección, por ello se le puede representar como lo muestra la figura No 15:
23
Figura No 8
También tiene representación circuital con interruptores, como aparece en la figura 16. Si los dos interruptores están cerrados (indicando verdadero o "1" lógico) la lámpara se enciende de lo contrario no.
Figura No.9 Circuito con interruptores que representa la función lógica Conjunción(AND
Operador Or (o) – Operación Disyunción Con este operador se obtiene un resultado verdadero cuando alguna de las }. Se conoce como la suma lógica en el Álgebra Booleana. En términos literales se comporta como y/o. Por ejemplo: 1. Sea el siguiente enunciado "Una persona puede entrar al cine si compra su boleto u obtiene un pase". Donde. p: Entra al cine. q: Compra su boleto. r: Obtiene un pase. 24
La proposición compuesta es p: q v r y la tabla de verdad representativa es:
.q
.r
.
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
La única manera en la que no puede ingresar al cine (p = 0), es que no compre su boleto (q = 0) y que, además, no obtenga un pase (r = 0). 2. Con la proposición m: Iré al estadio si juega Santa fé o me invitan Compuesta por las proposiciones: p: Juega Santa Fé q: Me invitan al estadio Se obtiene la proposición compuesta cuya notación es: .m: p v q La tabla de verdad correspondiente es: .p
.q
.
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
En cualquier caso la operación OR o la disyunción se asimila a la operación Unión entre conjuntos, por ello en diagrama de Venn se representa, así:
25
Figura No 10
Y en circuito de conmutación, así:
Figura No 11. Representación circuital de una disyunción (OR) p v q
de tal suerte que es suficiente con que uno de los dos interruptores este cerrado para obtener un "1" lógico, es decir, que la lámpara encienda. Operador Not (no) – Operación negación Su función es negar la proposición. Esto significa que sí alguna proposición es verdadera y se le aplica el operador not se obtendrá su complemento o negación Ejemplo.
1. Teniendo la proposición : p: La capital de Francia es Paris (p = 1), su negación será : 26
p’: no es la capital de Francia Paris(p’= 0) 2. Para p: 2x4 = 6 (p = 0) p’: 2x4 ≠ 6 (p’ = 1)
.p
p’
1
0
0
1
Con 1 verdadero y 0 falso. También, tiene expresión en la teoría de conjuntos y es el denominado complemento, cuyo diagrama de Venn es:
Figura No 12. Diagrama de Venn Operador not - Negación
27
En términos de circuito su representación será, como aparece en la figura No 13, Cuando se cierra p ("1" lógico) el led se apaga(falso o "0" lógico) y si p se abre("0" lógico) el led se enciende (verdadero o "1" lógico).
Figura No 13. Representación circuital de una negación (NOT) p’
La O exclusiva (Disyunción exclusiva) Es el operador que conecta dos proposiciones en el sentido estricto de la "o" literal, o es blanco o es negro; es o no es. El operador se denomina XOR, cuyo funcionamiento es semejante al operador or con la diferencia en que su resultado es verdadero solamente si una de las proposiciones es cierta, cuando ambas son verdaderas el resultado es falso, igual si las dos son
1. r: Antonio canta o silva La proposición está compuesta por las proposiciones p: Antonio Canta y q: Antonio silva
Y su tabla de verdad será: .p
.q
1
1
. 0 28
1
0
1
0
1
1
0
0
0
La XOR o disyunción exclusiva se asimila a la operación Unión exclusiva entre conjuntos, por ello en diagrama de Venn se representa, así:
. Figura No 14. Diagrama de Venn de una Disyunción exclusiva (XOR)
Y en circuito de conmutación, así:
Figura No 15
29
El led será encendido si los interruptores están en posiciones contrarias de cualquier otra forma se conservara apagado("o" lógico) Combinaciones con negadora. Con ayuda de estos operadores básicos se pueden formar los operadores compuestos Nand (combinación de los operadores Not y And), Nor (combina operadores Not y Or) y Xnor (resultado de Xor y Not). Se hará un recorrido muy somero por cada uno de ellos. Se recomienda acudir a la bibliografía respectiva para precisar mejor los conceptos; de la misma manera es válido desarrollar apropiadamente el taller uno Operador NAND – Conjunción negada Se utiliza para conectar dos proposiciones que se deben cumplir(ser verdaderas) para que se pueda obtener un resultado falso, en cualquier otro caso la proposición compue De tal manera que la representación de una proposición queda como sigue:
Cuya tabla de verdad es complemente contraria a la conjunción:
.q
.r
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
Donde: 1 = verdadero 0 = falso
El operador y negado en la teoría de conjuntos equivale a la operación de intersección complementada, por ello se le puede representar en diagrama de Venn como lo muestra la figura No 16:
30
Figura No 16. (
El conector NAND también tiene representación circuital con interruptores, como aparece en la figura 17.Si los dos interruptores están cerrados(indicando verdadero o "1" lógico) el led se apaga ("0" lógico) de lo contrario está encendida ("1" lógico). Su comportamiento es completamente contrario a la conjunción.
Figura No 17
3.4 APLICACIÓN DE LOS CONCEPTOS BASICOS DE ELECTRONICA APLICACIÓN DE LOS DIODOS Análisis mediante la recta de la carga. a. Circuito sencillo con un diodo, b) curva característica (Id – Vd) Solucion: Aplicando Kirchhoff al circuito E – Vd – Vr = 0 (a). E = Vp + Ip x R (b), se tiene que las variables ( Vd, Id) son las mismas, para graficar existen dos condiciones. Graficando los puntos sobre las ejes. a) Símbolo del diodo Tener y b) Característica V – I de un diodo tener. Símbolo del Diodo Zener y el diodo PN. Según los símbolos de dirección de conducción se comprenda junto con la polarización. Algunos diodos se diseñan para aprovechar la tensión inversa de ruptura 31
con una curva característica mostrada anteriormente. Esto se consigue básicamente a través del control de los dopados con ellos se logran tensiones de ruptura de 1,8 V a 200 V y potencias máximas desde 0,5 W a 50 W. La curva característica de un diodo Zener, teóricamente no se diferencia mucho del diodo ideal aunque la filosofía de empleo es la distinta; el diodo zener se utiliza para trabajar en la zona de ruptura, ya que mantiene constante la tensión entre sus terminales (tensión zener, Vz). Una aplicación muy usual es la estabilización de tensión. Los parámetros comerciales son iguales al diodo normal, Iz (máx) = corriente máxima en inversa. Hay que tener en cuenta que el fabricante nos da los valores de Vz e Iz (máx) en valor absoluto. Al resolver un problema, no hay que olvidar que los valores son negativos con el criterio de signos establecidos por el símbolo del componente mostrado. Sin embargo el zener actúa en los tres estados.
Conducción directa (Diodo normal). Conducción inversa (Diodo normal) Conducción en Polarizacion Inversa, V = Vz = Cte e Iz (máx) esta entre 0 y Iz (máx).
Igualando estas dos ecuaciones se obtiene [V (min) - Vz] x [Iz (máx) + IL (min)] = [V (máx) - Vz] / [Iz (min) + IL (máx)] Como existen dos incógnitas Iz (min), empleando la ecuación siguiente: Iz (máx) = (IL (máx) x [V(máx) – Vz)] – IL(min)x [V (min) – 0,9 Vz – 0,1 V (máx). ejemplo: Diseñe un regulador de voltaje utilizando el circuito mostrado. Suponga que el diod Zebner tiene un voltaje de ruptura de Vz = 10V, la fuente de voltaje está en el intervalo 20v < V < 24V y la resistencia de carga varia de 100 a 500. Determine Ri y el valor de potencia requerido del diodo Zener. Solución: La corriente de carga máxima y minima son: IL (máx) = Vz / RL (min) = 10 v / 100 = 100 mA IL (min) = Vz / RL (máx) = 10 v / 150 = 20 mA Empleando la ecuación de la Iz (máx) se tiene: Iz (máx) = (IL (máx)x [V(máx) – (Vz)] – IL(min)x[V(min) – Vz) / V(min) – 0,9Vz -0,1v (máx). sustituyendo los valores: Iz (máx) = (100)x [V(24) – (10)] (20)x[(20) – 0,9 (10)- 0,1(24)] = 140mA La máxima disipación de potencia en el diodo Zener es: Pz (máx) = Iz (máx). Vz = (0.14). (10) = 1.4W 32
Luego de las ecuaciones siguientes se escoge cualquiera de las dos: Ri = [V (min) – Vz] / [Iz(min) + IL(máx)] Ri = [V (máx) – Vz] / [Iz(máx) + IL(min)] Ejemplo: Sea el circuito sujetador que incluye una fuente de voltaje independiente Vb con un diodo. Hallar la forma de onda de la salida. Solución: En este circuito suponemos por simplicidad que Vd = 0v (ideal) la salida está desplazada de nivel en Vb. Se muestra una señal de entrada Vi (t) de onda cuadrada y de la señal resultante del voltaje de salida Vo. Cuando la polaridad de Vb es como se muestra, la salida se desplaza en una dirección negativa del voltaje. a. Circuito y b) Señal de entrada y salida de onda cuadrada. Las áreas específicas en que el ingeniero electrónico puede contribuir al desarrollo se resumen en: Computadores o electrónica digital: La automatización creciente de sistemas y procesos que conlleva necesariamente a la utilización eficiente de los computadores digitales. Los campos típicos de este ingeniero son: redes de computadores, sistemas operativos y diseño de sistemas basado en microcomputadores o microprocesadores, que implica diseñar programas y sistemas basados en componentes electrónicos. Entre las empresas relacionadas con estos tópicos se encuentran aquellas que suministran equipos y desarrollan proyectos computacionales y las empresas e instituciones de servicios. Control de Procesos Industriales: La actividad del ingeniero especialista en control de programación de software se centra aquí en la planificación, diseño, supervisión y explotación de sistemas de control automático en líneas de montaje y procesos de sistemas industriales. Como ejemplo de empresas que requieren los servicios de estos profesionales se pueden mencionar las mineras, las de pulpa y papel, las pesqueras, las textiles, las de manufacturas, etc. El control automático moderno emplea en forma intensiva y creciente computadores en variados esquemas. Asimismo, la disciplina envuelve sistemas de índoles no convencionales tales como robótica, sistemas expertos, sistemas neuronales, sistemas difusos, sistemas artificiales evolutivos y otros tipos de control avanzado. Electrónica Industrial: El uso eficiente de la energía requiere de la planificación, diseño y administración de los sistemas de instrumentación, automatización y control de la energía eléctrica en una gran diversidad de procesos entre los cuales destacan los que se encuentran en empresas papeleras, pesqueras, minería, industrias manufactureras y empresas de servicios. 33
Telecomunicaciones: El procesamiento y transmisión masiva de la información requiere de la planificación, diseño y administración de los sistemas de radiodifusión, televisión, telefonía, redes de computadores, redes de fibra óptica, las redes satelitales y en forma cada vez más significativa los sistemas de comunicación inalámbricos, como la telefonía celular y personal. Aparición de los circuitos integrados A finales de los años cincuenta con la introducción del circuito integrado por parte de Kilby, de la Texas Instrument, y de Noyce y Moore, de la Fairchild Semiconductor Company se da el salto cualitativo más importante en el desarrollo de la electrónica y en particular de la electrónica digital. La idea fue incluir un circuito completo en una sola pastilla de semiconductor: el Chip, y hacer de las conexiones entre los dispositivos parte integrante de su proceso de producción, reduciendo así las dimensiones, peso y el costo con relación al número de elementos activos. El desarrollo de la microelectrónica, como se denomina la electrónica de los circuitos integrados es impresionante. A partir de su comercialización (1961), el número máximo de componentes integrados en un chip se duplicó cada año desde los 100 iniciales. En la segunda mitad de los años setenta, al introducirse la integración a gran escala (VLSI) y superar los 10.000 componentes, se ingresó en la época actual, en la que es normal encontrar varios millones de componentes integrados en un chip muy pequeño, por ejemplo en los microprocesadores de los ordenadores personales. Los desarrollos actuales permiten con los dispositivos lógicos programables que el usuario final elabore con lenguajes descriptivos como el VHDL (Very High Spedd Hardware Description Languaje) Los recursos digitales que requiera en sus aplicaciones SISTEMA ELECTRÓNICO ANALÓGICO Un sistema electrónico analógico es el dispositivo que funciona regulado por cantidades análogas,
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Figura No 18. Sistema típico analógico. Altavoz
Es decir en forma análoga. Un ejemplo se ilustra en la figura 18. Aquí se representa un altavoz que amplifica ondas sonoras (voz) que de por sí son análogas, capturada por un micrófono y convertidas En una pequeña variación analógica de tensión denominada señal de audio. Esta tensión varia de manera continúa a medida que cambia el volumen y la frecuencia del sonido. La denominada señal de audio entra al amplificador lineal. La salida del amplificador es la señal amplificada, es decir, multiplicada por un factor mayor que la unidad; a esta señal se le denomina señal de audio amplificada. La misma entra al altavoz que a su vez la convierte en una onda sonora de mucho mayor volumen que la original.
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EJERCICOS Ejercicios propuestos. a. diseñe un regulador de voltaje, utilizando el circuito en el capitulo anterior. Suponga que el diodo Tener tiene un voltaje de ruptura de Vz = 10V, la corriente de carga esta varia 100 < IL > 200 mA, la fuente de voltaje esta en el intervalo 14V < V > 20V. Hallar Ri y valor de potencia máxima requerido del diodo Tener.
b. Diseñe un regulador de voltaje utilizando el circuito mostrado anteriormente. Según el diodo Tener, tiene un voltaje de ruptura de Vz = 9V en la carga, la corriente de la carga esta varia 400 < IL > 800 mA, la fuente del voltaje esta en el intervalo
Diseñe un regulador de voltaje utilizando el circuito mostrado. Suponga que el diod Zebner tiene un voltaje de ruptura de Vz = 10V, la fuente de voltaje está en el intervalo 20v < V < 24V y la resistencia de carga varia de 100 a 500. Determine Ri y el valor de potencia requerido del diodo Zener.
14v < V < 20V. Hallar Ri y valor de la potencia mínima requerida del diodo Tener. Respuestas: a) y b)
Ejercicio 1.- El candidato administrativo dice "Si salgo electo Representante al CSU recibirán un 50% de aumento en su sueldo el próximo año". Una declaración como esta se conoce como condicional. Su tabla de verdad es la siguiente: Sean p: Salgo electo Representante al CSU. q: Recibirán un 50% de aumento en su sueldo el próximo año. Determinar de qué manera el enunciado se puede expresar en tabla de verdad. Ejercicio 2.- Sean p y q dos proposiciones entonces se puede indicar la proposición bicondicional de la siguiente manera: p q Se lee "p, si solo si, q"
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Esto significa que p es verdadera si y solo si q es también verdadera. O bien p es falsa si y solo si q también lo es. Por Ejemplo; el enunciado siguiente es una proposición bicondicional "Es buen estudiante, si y solo si; tiene promedio de cinco" Dónde: p: Es buen estudiante. q: Tiene promedio de cinco. Ejercicio 3.-Sean p: Trabajo. q: Ahorro. r: Compraré una casa. s: Podré guardar el carro en mi casa. Analizar el siguiente argumento: "Si trabajo o ahorro, entonces compraré una casa. Si compro una casa, entonces podré guardar el carro en mi casa. Por consiguiente, si no puedo guardar el carro en mi casa, entonces no ahorro".
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CONCLUSIONES Todo enunciado puede ser planteado en términos de teoremas. Un teorema por lo general es resultado de un planteamiento de un problema, este planteamiento debe tener el siguiente formato. p1 p2 p3 ..
pn
q
Como se establece p1, p2 ,......,pn son hipótesis (o premisas) derivadas del mismo problema y que se consideran válidas. Pero además deberán conectarse con el operador And ( ), lo cual implica que p1 es cierta y ( ) p2 es verdad y ( )...... y pn también es cierta entonces ( ) la conclusión (q) es cierta. Para realizar la demostración formal del teorema se deberá partir de las hipótesis, y después obtener una serie de pasos que también deben ser válidos, ya que son producto de reglas de inferencia. Sin embargo no solamente las hipótesis y reglas de inferencia pueden aparecer en una demostración formal, sino también tautologías conocidas. En el teorema anterior cada uno de los pasos p1, p2,...pn son escalones que deberán alcanzarse hasta llegar a la solución. Una demostración formal equivale a relacionar esquemas para formar estructuras cognitivas. Sí se sabe inferir soluciones lógicas, se estará en condiciones de resolver todo tipo de problemas. Uno de los objetivos principales del constructivismo, es la construcción del conocimiento. El tema de "lógica matemática", se presta para que se pueda realizar las relaciones entre las distintas proposiciones, esto permite crear nuevas formas de resolver problemas en distintas ramas: matemáticas, física, química pero también en las ciencias sociales y por su puesto cualquier problema de la vida real. Porque cada vez que nos enfrentamos a un problema, manipulamos la información por medio de reglas de inferencia que aunque no estén escritas debemos respetar. Cada vez que realizamos una actividad empleamos la lógica para realizarla, quizá algunos realicen dicha actividad por caminos más corto, otros realizan recorridos más largos, pero al fin de cuentas lo que importa es llegar al resultado.
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BIBLIOGRAFIA http://www.buenastareas.com/ensayos/Electronica-Industrial/1186331.html http://www.buenastareas.com/ensayos/Electronica-Analogica/1471399.html http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/profesores/jruiz/jairocd/texto/capuno.ht m http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/profesores/jruiz/jairocd/texto/capitulodo s.htm http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/profesores/jruiz/jairocd/texto/capitulodo s.htm http://www.elprisma.com/apuntes/curso.asp?id=6560 http://books.google.com.mx/books?id=6MBl8qTL8g8C&pg=PA7&lpg=PP1&dq=EL ECTRONICA+ANALOGICA&hl=es#v=onepage&q&f=false http://elsanti.netfirms.com/tablasdeverdad.html http://www.monografias.com/trabajos33/electronica-analogica/electronicaanalogica.shtml
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