Montaje e instalación de circuitos eléctricos y electrónicos I

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Montaje e instalación de circuitos
eléctricos y electrónicos I
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Unidad I
Tipos de herramientas usadas en electrónica y electricidad:
Uno de las herramientas utilizadas para el desarrollo de circuitos electrónicos es el
soldador. La soldadura con estaño es la base de todas las aplicaciones electrónicas porque
permite la realización de conexiones entre los diversos componentes, obteniendo
rápidamente la máxima seguridad de contacto eléctrico.
Consiste en unir las partes a soldar de manera que se toquen y cubrirlas con una gota de
estaño fundido que, una vez enfriada, constituirá una verdadera unión, sobre todo desde
el punto de vista de la conductibilidad.
En Electrónica se suelen utilizar soldadores de potencia reducida, ya que generalmente se
trata de trabajos delicados.
En general, se trata de una punta metálica, que se calienta indirectamente por una
resistencia eléctrica conectada a una toma de energía eléctrica (generalmente el enchufe
de 220v). Los tipos que se encuentran generalmente en el mercado pueden clasificarse en
soldadores comunes o "de lápiz" y soldadores de pistola, ambos deben ser para uso en
electrónica.
Un ejemplo de soldador de lápiz, es el que se muestra en la siguiente figura:
Éste es el clásico soldador de tipo lápiz, de 30w. Su calentamiento es permanente y posee
una alta inercia térmica. Tanto en el momento de la soldadura como en las pausas de esta
labor, el soldador permanece conectado a la corriente eléctrica. Resulta adecuado para
trabajos repetitivos y numerosos.
Otro tipo de soldador es el de Pistola
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La elevación de temperatura es 10 veces más rápida oprimiendo el gatillo que en la
posición normal. (medido desde temperatura ambiente hasta 330ºC); la temperatura para
soldar se alcanza en segundos. El capuchón permite un rápido guardado de la herramienta
(3 minutos después de la desconexión). El soldado de conectores y cables se realiza
oprimiendo el gatillo. El soldado de componentes electrónicos en circuitos impresos
puede hacerse sin pulsar el gatillo.
Tipo de soportes:
Ya que el soldador mantiene la punta caliente (a unos 250~ 300ºC) se hace necesario el
uso de un soporte donde dejarlo durante el tiempo que no se usa, para evitar quemar la
mesa de trabajo.
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La soldadura
Consiste en unir las partes a soldar de manera que se toquen y cubrirlas con una gota de
estaño fundido que, una vez enfriada, constituirá una verdadera unión mecánica y sobre
todo desde el punto de vista electrónico.
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El estaño
En realidad, el término "estaño" se emplea de forma impropia porque no se trata de
estaño sólo, sino de una aleación de este metal con plomo, generalmente con una
proporción respectiva del 60% y del 40%, que resulta ser la más indicada para las
soldaduras en electrónica.
Para realizar una buena soldadura, además del soldador y de la aleación descrita, se
necesita una sustancia adicional, llamada resina
cuya misión es la de facilitar la
distribución uniforme del estaño sobre las superficies a unir y evitar al mismo tiempo, la
oxidación producida por la temperatura demasiado elevada del soldador.
En el caso del estaño que utilizaremos, la resina está contenida dentro de las cavidades
del hilo, en una proporción del 2~2.5%. Entre los grosores estándar de hilo típico se tiene
0.8 mm, y los rollos típicos suelen venir de 250 o 500 gr.
El proceso para soldar
Antes de iniciar una soldadura hay que asegurase que:

La punta del soldador esté limpia. Para ello se puede usar una esponja
humedecida (que suelen traer los soportes). Se frotará la punta suavemente contra
la esponja. En ningún caso se raspará la punta con una lima, tijeras o similar, ya
que puede dañarse el recubrimiento de cromo que tiene la punta del soldador (el
recubrimiento proporciona una mas larga vida a la punta).
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
Las piezas a soldar estén totalmente limpias. Para ello se utilizará un limpia
metales, lija muy fina, una lima pequeña o las tijeras, dependiendo del tipo y
tamaño del material que se vaya a soldar.

Se está utilizando un soldador de la potencia adecuada. En electrónica, lo mejor
es usar soldadores de 15~30w., nunca superiores, pues los componentes del
circuito se pueden dañar si se les aplica un calor excesivo.
Cumplidos los puntos anteriores podemos iniciar la soldadura.
1) Acercar los elementos a unir hasta que se toquen.
Si es necesario, utilizar unos alicates para sujetar bien las partes. Aplicar el soldador a las
partes a soldar, de forma que se calienten ambas partes. Tener en cuenta que los alicates o
pinzas absorben parte del calor del soldador.
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Las piezas empiezan a calentarse hasta que alcanzan la temperatura del soldador. Si la
punta está limpia, esto suele tardar unos segundos. Este tiempo dependerá de si se usan
alicates y de la masa de las piezas a calentar.
Sin quitar el soldador, aplicar el estaño (unos pocos milímetros) a la zona de la soldadura,
evitando tocar directamente la punta.
Cuando la zona a soldar es grande, se puede mover el punto de aplicación del estaño por
la zona para ayudar a distribuirlo.
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La resina del estaño, al tocar las superficies calientes, alcanza el estado semilíquido y sale
de las cavidades, distribuyéndose por la superficie de la soldadura. Esto facilita que el
estaño fundido cubra las zonas a soldar. Luego retirar el hilo de estaño, entonces el estaño
fundido, mientras sigue caliente, termina de distribuirse por las superficies. Retirar el
soldador, tratando de no mover las partes de la soldadura. Dejar que la soldadura se enfríe
naturalmente. Esto lleva unos pocos segundos. El metal fundido se solidifica, quedando
la soldadura finalizada, con aspecto brillante y con buena resistencia mecánica.
Proceso para desoldar
El desoldador de pera
Existe un soldador de lápiz para quitarle la punta. En lugar de la punta se le coloca un
accesorio para convertir nuestro soldador en desoldador, que suele recibir el nombre de
desoldador de pera. El accesorio tiene una punta, un depósito donde se almacena el
estaño absorbido, una espiga para adaptarlo al soldador y una pera de goma que sirve
para hacer el vacío que absorberá el estaño.
Modo de proceder con el desoldador de pera
1. Presionar la pera con el dedo
2. Acercar la punta hasta la zona donde se quiera quitar el estaño
3. Si la punta está limpia, el estaño de la zona se derretirá, en unos pocos segundos. En
ese momento, soltar la pera para que el vacío producido absorba el estaño hacia el
depósito.
4. Presionar la pera un par de veces apuntando hacia un papel o hacia el soporte para
vaciar el depósito. Tener precaución, ya que el estaño sale muy caliente.
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Estos 4 pasos, se pueden repetir si fuera necesario.
El desoldador de vacío
Es una bomba de succión que consta de un cilindro que tiene en su interior un émbolo.
Tiene una punta de plástico, que soporta perfectamente las temperaturas utilizadas. El
cuerpo principal (depósito) suele ser de aluminio.
Para manejarlo debemos cargarlo venciendo la fuerza del resorte interno y en el momento
deseado, pulsaremos el botón que libera el resorte, momento en el cual se produce el
vacío en la punta.
Nos servirá para absorber estaño, que estamos fundiendo simultáneamente con la punta
del soldador.
El modo de proceder es el siguiente:
1. Cargar el desoldador. Para ello presionamos el pulsador de carga, venciendo la
fuerza del resorte.
2. Aplicar la punta del soldador a la zona desde donde se desee quitar el estaño.
3. En ese momento, sin retirar el soldador, acercar la punta del desoldador a la zona
y pulsar el botón de accionamiento. Se disparará el émbolo interno produciendo
un gran vacío en la punta y absorbiendo el estaño hacia el depósito.
Si es necesario, repetir este último paso cargando previamente el desoldador.
Retirar el soldador y el desoldador. Si después del proceso aún queda algo de estaño,
sujetando el componente que queremos quitar, entonces será necesario repetir el proceso.
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Este dispositivo tiene un depósito suficientemente grande como para no necesitar vaciarlo
cada vez que se usa, como ocurre con el desoldador de pera. Para limpiarlo, generalmente
hay que desmontarlo desenroscando sus parte.
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Procedimiento para la realización de circuitos impresos
La tecnología de circuitos impresos tiene dos objetivos fundamentales, uno
relacionado con las propiedades eléctricas de los circuitos y otra con las propiedades
mecánicas.
Desde el punto de vista eléctrico, el circuito impreso es una forma segura, confiable y
permanente de interconectar los componentes de un circuito electrónico.
Desde el punto de vista mecánico, el circuito impreso es la manera de proporcionar una
base sólida al circuito, en un módulo que se pueda incluir dentro de la caja destinada a ser
el empaque del sistema, y que sea capaz de resistir sacudidas e inclusive ciertos golpes
sin perder por ello la capacidad de operación.
Tipos de circuitos impresos
Los circuitos impresos se fabrican de láminas de materiales aislantes (fibra de vidrio) y
láminas de cobre.
De acuerdo con el número de láminas de cobre, los circuitos impresos se clasifican en:
circuitos de una sola cara, circuitos de doble cara, y circuitos de capas múltiples. Estos
últimos se usan solo en sistemas muy complejos y la tecnología de fabricación es muy
compleja.
Evidentemente, cuanto menor es el número de caras, el circuito impreso resulta más
económico y es más sencillo de elaborar.
PROCEDIMIENTO DE ELABORACION DE UN CIRCUITO IMPRESO
1.- Definición del tamaño del circuito impreso.
El primer paso para la elaboración de un circuito impreso es la selección del tamaño
adecuado para dicho impreso. El material para la fabricación de impresos viene en
láminas grandes, por lo tanto hay que cortar las tarjetas del tamaño adecuado para cada
circuito que se quiere elaborar. Dicho tamaño va a depender de muchas variables, entre
ellas por supuesto el número de componentes que hay que acomodar en la tarjeta, las
medidas de la caja donde se quiera instalar el circuito etc.
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2. - Definición del área útil para el diseño del circuito.
El segundo paso es definir, dentro del espacio disponible, el área útil para colocar
componentes o conexiones, tomando en cuenta dos cosas:
a) Por lo general es necesario sujetar la tarjeta a una base, lo cual se acostumbra a realizar
colocando tornillos en las esquinas. Si este es el caso, no puede haber componentes ni
conexiones en las áreas correspondientes a los tornillos.
b) Adicionalmente es necesario dejar una pequeña área a cada lado de la tarjeta (0,5 cm
por ejemplo), para los ganchos que sujetan la tarjeta durante el proceso de elaboración.
3. – Ubicación de los componentes.
El siguiente paso es ubicar los componentes en el área útil de la tarjeta. Esto puede
realizarse mediante un dibujo elaborado a mano, con la ayuda de plantillas, o utilizando
los programas desarrollados para este fin. En cualquiera de los casos debe conocerse el
tamaño físico de los componentes, para poder reservar el área real que van a ocupar y
determinar la ubicación exacta de sus terminales eléctricos. En un circuito de una sola
cara de cobre, los componentes se ubican en la cara de material aislante, la cual recibe el
nombre de “cara de componentes”.
Los circuitos que van a operar a frecuencias relativamente bajas por lo general no
requieren mayores precauciones. Sin embargo, cuando se quiere diseñar un circuito para
un modulador FM por ejemplo, hay que tomar en cuenta muchos otros factores, ya que
las capacitancias parásitas entre las pistas de cobre pueden alterar significativamente la
operación del circuito.
4. – Dibujo de las pistas de cobre.
Una vez ubicados los componentes, se debe proceder a definir las conexiones entre ellos
para tener el circuito electrónico deseado. Al igual que la ubicación de los componentes,
esto puede realizarse a mano o utilizando los programas desarrollados para este fin. En
cualquiera de los dos casos, estos diagramas se realizan suponiendo que se está
observando la tarjeta por la cara de componentes, imaginándose que la tarjeta es
transparente y que las líneas de cobre se dibujan en la cara inferior de la tarjeta.
En el proceso de dibujo hay que definir cuidadosamente las áreas donde van a ubicarse
los terminales de los componentes discretos o los pines de los circuitos integrados,
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dejando suficiente espacio para poder hacer la perforación correspondiente, sin que esta
operación elimine todo el cobre que debe haber en el punto de conexión.
Una vez terminado el diagrama, hay que recordar que dicho diagrama irá ubicado en el
lado del cobre, por lo que la verdadera “cara de conexiones” es la imagen especular del
dibujo hecho desde el lado de los componentes. Dicho de otra manera, lo que se observa
al mirarlo desde la otra cara del papel.
5. – Impresión del diagrama en la lámina de cobre.
Terminado el diagrama, debe trasladarse este dibujo a la lámina de cobre.
Antes de comenzar es necesario haber limpiado cuidadosamente el cobre, utilizando para
ello una lija suave. Debe procederse con cuidado para no rayar la lámina o desprender
parte del cobre.
5.1.- Dibujo directo sobre la lámina de cobre.
Es necesario haber realizado el diagrama en escala 1 a 1. Una vez listo el dibujo del lado
de los componentes, colocar un carbónico cuya cara negra apoye en la cara del papel que
representa el lado de las conexiones. Repasar las pistas sobre el papel desde el lado de los
componentes, para que el carbónico dibuje sobre el papel, el lado de las conexiones.
Luego debe ubicarse el carbónico sobre la cara de cobre de la placa (parte negra del
carbónico sobre el cobre), y sobre el carbónico ubicar el papel del lado de las conexiones
para calcarlo repasando sus pistas. De esta manera habremos transferido el dibujo de las
pistas desde el papel a la cara de cobre de nuestra placa.
Luego se vuelve a repasar, el dibujo del circuito del lado del cobre obtenido por el
carbónico, utilizando un marcador indeleble.
6. – Eliminación del cobre que no forma parte del diagrama circuital.
Una vez que se tiene el diagrama circuital sobre el cobre, dibujado con un producto
resistente al ácido, se sujeta la tarjeta con los mecanismos apropiados y se sumerge en los
productos que atacan el cobre, removiendo éste todas las partes que no estaban cubiertas
por el dibujo. Luego se limpia la tarjeta y se deja secar. Concluido este proceso, se tiene
una tarjeta donde el cobre presente constituye el circuito deseado.
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7.- Perforación de la tarjeta.
Una vez producido el impreso, es necesario abrir los huecos para pasar los terminales de
los componentes de la cara de componentes a la cara de conexiones. Para ello se debe
utilizar un taladro fijo (disponible en el laboratorio) con mechas que son de
aproximadamente 1mm. Puede antes del perforado, utilizarse un punzón para marcar los
puntos a taladrar. Durante el proceso de perforación hay que tener mucho cuidado para
no eliminar todo el cobre de cada uno de los puntos de conexión.
8.- Ubicación y soldado de los componentes.
Una vez listo el circuito impreso, el último paso es introducir los componentes por la cara
de componentes y soldarlos al cobre en sus respectivos puntos de la cara de conexiones.
Por lo general, una vez realizado el proceso de soldadura, se recortan los terminales que
sobresalgan mucho de la tarjeta.
De esta forma el circuito está listo para ser sometido a las pruebas de funcionamiento.
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Resistencia
Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para introducir una resistencia
eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. Las resistencias pueden estar
formadas por un material como carbón y otros elementos resistivos para disminuir la
corriente que circula. La corriente máxima en un resistor viene condicionado por la
máxima potencia que puede disipar su cuerpo. Los valores más corrientes son 0,25 W,
0,5 W y 1 W.
Para caracterizar un resistor hace falta conocer su valor de resistencia eléctrica expresado
en ohms cuyo símbolo es Ω, disipación máxima de potencia, y precisión o tolerancia. El
valor de la resistencia y la tolerancia se indica normalmente en el encapsulado. Para el
tipo de encapsulado axial, dichos valores van rotulados con un código de franjas de
colores.
Las franjas pintadas en el encapsulado son tres, cuatro o cinco rayas; dejando la raya de
tolerancia (normalmente plateada o dorada) a la derecha. El valor se lee de izquierda a
derecha. Quitando la banda de la tolerancia, la última a la derecha es el multiplicador y
las otras indican las cifras significativas del valor de la resistencia.
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Color de
la banda
Valor de la Valor de la
Coeficiente
1°cifra
2°cifra
Multiplicador Tolerancia
de
significativa significativa
temperatura
Negro
-
0
1
-
-
Marrón
1
1
10
±1%
100ppm/°C
Rojo
2
2
100
±2%
50ppm/°C
Naranja
3
3
1 000
-
15ppm/°C
Amarillo
4
4
10 000
±4%
25ppm/°C
Verde
5
5
100 000
±0,5%
-
Azul
6
6
1 000 000
±0,25%
10ppm/°C
Violeta
7
7
-
±0,1%
5ppm/°C
Gris
8
8
-
-
-
Blanco
9
9
-
-
1ppm/°C
Dorado
-
-
0,1
±5%
-
Plateado
-
-
0,01
±10%
-
Ninguno
-
-
-
±20%
-
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Ejercicio: Que valor de resistencia y que tolerancia posee una que tiene los colores
verde, amarillo, rojo y dorado.
Registramos el valor de la primera línea (verde): 5
Registramos el valor de la segunda línea (amarillo): 4
Registramos el valor de la tercera línea (rojo): X 100
Unimos los valores de las primeras dos líneas y multiplicamos por el valor de la tercera
54 X 100 = 5400Ω o 5,4 kΩ y este es el valor de la resistencia expresada en Ohmios
Ejercicio: La caracterización de una resistencia de 2.700.000 Ω (2,7 MΩ), con una
tolerancia de ±10%, ¿Cuál sería?
1ª cifra: rojo (2)
2ª cifra: violeta (7)
Multiplicador: verde (100000)
Tolerancia: plateado (±10%)
Ejercicio: Se tiene una resistencia de 65 Ω y tolerancia de ±5%
Determine cuales son sus colores
1ª cifra: azul (6)
2ª cifra: verde (5)
3ª cifra: negro (0)
Tolerancia: Dorado (5±%)
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Unidad II
Diseño de circuito impreso correspondiente a un circuito de alarma dado en clase
a) Dibujar en papel milimetrado.
b) Realización en la plaqueta (5cmX5cm) y realizar el armado del mismo.
c) Estudio de los distintos componentes que lo forman: diodo, tiristor, resistencia,
capacitor, transductores acústicos, led.
d) Uso de los instrumentos de medida destinados a tal fin.
Cambiar el capacitor por uno de 5 microfaradios 16V.
El rectificador controlado de silicio puede ser TIC106
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NC
(1=cerrado,
0=abierto)
0
NA
Suena
(1=cerrado, Zumbador?
0=abierto) (1=suena,
0=no
suena)
0
1
0
1
1
1
1
0
1
0
1
Suena luego de
un tiempo de
carga del
capacitor
Suena
instantáneamente
No suena
Suena
instantáneamente
La única forma de apagar la alarma es abriendo el interruptor que esta en serie con la pila
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Realización de una punta lógica
La punta de prueba lógica, es un dispositivo de mucha utilidad en el análisis de circuitos
digitales. La siguiente punta lógica es la más sencilla de las que puede fabricarse.
La alimentación de 5V y la masa la toma del propio circuito a probar.
Las resistencias pueden ser también de 330Ω
Podemos determinar 3 estados con esta punta:
1) Si la punta se coloca a 0V => Se enciende el led superior (queda en directa)
2) Si la punta se coloca a 5V => Se enciende el led inferior (queda en directa)
3) Si la sonda se deja al aire, se encenderán los 2 leds, pues ambos quedan en directa.
Debemos tener en cuenta que este circuito produce una pequeña carga en el circuito que
se desea medir, lo cual es una pequeña desventaja.
Hay al menos 2 formas de reconocer cual es la pata positiva y negativa de un led.
1) La pata mas larga del led es la positiva, y la mas corta la negativa
2) Mirando por transparencia el led también se puede saber como vemos en la
siguiente imagen
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Unidad III
Fuentes de alimentación estabilizadas
El objetivo de las fuentes de alimentación estabilizadas, consiste en permitirnos
construir un dispositivo electrónico que convierta la tensión alterna del tomacorriente de
la pared en una tensión continua. Se desea que esta tensión de salida de nuestro
dispositivo tenga la menor cantidad de ondulaciones, es decir que la tensión sea lo más
constante posible al transcurrir el tiempo.
El primer componente que nos encontramos en una fuente de alimentación estabilizada
como la que deseamos construir es el transformador. El mismo nos sirve para reducir la
tensión alterna que tomamos de la red eléctrica, a una tensión más apropiada para
alimentar nuestra fuente de alimentación.
El transformador internamente posee 2 arrollamientos, que constituyen la entrada y
salida del transformador. El arrollamiento de entrada se lo conoce como primario del
transformador, y el de salida se lo conoce como secundario del transformador.
En función de la relación de espiras entre el primario y el secundario, se puede obtener
una determinada reducción de tensión ( o elevación).
Las principales ecuaciones que gobiernan el funcionamiento de un transformador son:
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v1 n1

v2 n2
Siendo:
v1=tensión en el primario del transformador
v2=tensión en el secundario del transformador
n1= número de espiras o vueltas del arrollamiento primario
n2=número de espiras o vueltas del arrollamiento secundario.
Ejercicio: Se necesita comprar un transformador para alimentarlo con 220V en el
primario, y obtener 24V en el secundario.
Si el primario tiene 100 vueltas, ¿qué
cantidad de vueltas deberá tener el secundario? Rta:10,9 vueltas
Otro tema a tener en cuenta son los conceptos de valor pico y valor eficaz.
De una onda sinusoidal por ejemplo de tensión, se pueden obtener algunos valores
característicos de la misma como lo son el período, la frecuencia, el valor pico, el
valor medio y el valor eficaz.
El período es el tiempo que tarda la señal en volver a repetirse. En la figura siguiente es
T.
La frecuencia, es la cantidad de veces por segundo que se recorre un período de la
señal.
Ambas características se pueden relacionar por la siguiente ecuación:
f 
1
T
Por ejemplo la tensión domiciliaria en la Argentina tiene una frecuencia de 50 Hz.
Ejercicio: Conociendo que la frecuencia domiciliaria es de 50 Hz, ¿cuál es el período?
Rta: 0,02 set
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El valor pico de una onda sinusoidal es el valor máximo que puede tomar la misma. En
la figura anterior el valor pico estaría dado por A0.
El valor medio podría comenzar a evaluarse, analizando para un período de la señal
analizando la cantidad de área que se obtiene entre la señal y el eje del tiempo, pero
considerando que si la señal es positiva, el área es positiva, y si la señal es negativa el
área es negativa, y por lo tanto se resta con la positiva.
Por ejemplo el valor medio para el caso de una señal sinusoidal es 0.
El valor eficaz, es un valor que no se puede ubicar directamente en el dibujo de la
sinusoide. Pero es un valor que luego de un desarrollo matemático que no daremos en
este primer curso, se puede obtener como
Valoreficaz 
ValorPico
2
Ejercicio: Sabiendo que el valor eficaz de la tensión domiciliaria sinuoidal en Argentina
es de 220V, obtenga cual es el valor pico.
Ejercicio: Explique con sus palabras porque el valor medio de una onda sinusoidal es 0
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El primer paso en el proceso de transformación de corriente alterna a corriente continua
se obtiene utilizando un diodo. Lo que podemos obtener con un diodo es un rectificador
de media onda, cuyo circuito y formas de onda son las siguientes:
Con el rectificador de media onda logramos que la corriente en el circuito circule en un
solo sentido, pero aún estamos lejos de obtener una tensión continúa.
El paso siguiente en el proceso de rectificación, para mejorar nuestra tensión de salida y
que se aproxime más a una tensión continua, sería construir un circuito rectificador de
onda completa, para lo cual existen 2 maneras de hacerlo
1) Con un transformador común y 4 diodos en puente o
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2) Con un transformador de punto medio y 2 diodos
En ambos casos la tensión de salida sobre la carga es
Ahora la onda de tensión de salida que obtenemos se llama rectificación de onda
completa.
Pero aunque está mejor que el rectificador de media onda, todavía la tensión de salida
tiene muchas ondulaciones, y dista mucho de ser una onda de tensión constante.
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Entonces para mejorar este circuito, podemos agregar a cualquiera de los circuitos
rectificadores de onda completa un capacitor en paralelo con la carga
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El capacitor es un dispositivo electrónico que por su naturaleza trata de mantener la
tensión constante. Entonces la tensión de salida mejora hacia una tensión más constante
con el tiempo, como se muestra en la figura siguiente.
Pero todavía tenemos algo indicado en el gráfico anterior marcado como ΔV, que se
conoce como rizado.
El último punto en mejorar nuestra tensión de salida para que se parezca lo más posible
a una tensión continua, (constante en el tiempo) sin ondulaciones, sería agregar a todo
esto un regulador integrado.
El diseño de fuentes de alimentación estabilizadas mediante reguladores integrados
monolíticos (reguladores fijos), resulta sumamente fácil. Concretamente para 1A
(amperio) de salida, con encapsulado TO-220, se dispone de los más populares en las
siguientes tensiones estándar de salida:
TABLA1
Tipo 1A positivo
Tensión/Salida
UA7805
5
UA7806
6
UA7808
8
UA7809
9
UA7812
12
UA7915
15
UA7818
18
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UA7824
24
UA7830
30
UA79XX
Versión negativo =
Encapsulado TO220:
Todos estos reguladores tienen en común que son fijos y que proporcionan
adecuadamente refrigerados una corriente máxima, de 1A. Veremos un ejemplo en el
esquema básico de una fuente de alimentación de 5 V y 500 mA
Además de estos, en el mercado se pueden encontrar los reguladores ajustables de tres
patillas, con diferentes encapsulados en TO-220AB y TO-3, según la potencia y
fabricante. Los más populares son los LM317, LM350 y LM338, etc.
Ejemplo de encapsulado TO3;
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Los fabricantes de los reguladores recomiendan que la tensión entregada por el
secundario del transformador debe ser aproximadamente 3V superior a la tensión
nominal del regulador (para un 7812, la tensión de pico del secundario mínima será de
15V o mayor).
En el supuesto de necesitar una tensión regulable (ajustable) el regulador a utilizar
podría ser uno de la serie LM317, LM350 o LM338, la diferencia con los anteriores es
que el terminal común, en lugar de estar conectado a masa, es del tipo flotante y por lo
tanto esto permite ajustarle en tensión. Estos vienen con los encapsulados típicos, TO220 o TO-3.
Estas fuentes reguladas tienen muchos usos para probar nuestros propios montajes
electrónicos, y como cargadores de baterías de dispositivos electrónicos.
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Montaje de primero
Con cualquiera de los 3 circuitos integrados se podrá variar la tensión en el rango
aproximado de 1.25V a 32 V, variando un potenciómetro.
Elegiremos como integrado el LM350K y construiremos el siguiente circuito
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Elementos necesarios para armar la fuente con el LM-350K
Elemento
T1
Observaciones
- Transformador con primario adecuado para la red eléctrica (220V) y
secundario de 24V 3ª
IC1
D1
- Circuito Integrado LM350K -
Puente rectificador KBU4B o similar. Pueden usarse
también 4 diodos rectificadores para 4A y tensiones de
100V o más. En Univel puede comprarse el RS406L
-
También puede construirse con diodos discretos, usando
4 diodos 1N5404
D2 y D3
- Diodos 1N4002 ~ 1N4007 o similar.
C1
- Condensador electrolítico (filtro) 4700uF 50V
C2
- Condensador electrolítico (filtro) 22uF 50V
C3
- Condensador electrolítico (filtro) 100uF 50V
C4
- Condensador 0.1uF 50V
R1
- Resistencia de 270 ohms 1W -=> PR1=V²/R1=(1,25V)²/R1=
R2
- Potenciómetro 5Kohms lineal (no logarítmico)
fusible con
- Rápido de 3 ampere para colocar en el secundario del
portafusible
transformador
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Algunas condiciones a tener en cuenta para el armado:

La placa de circuito impreso será de 5cmX5cm

Las pistas en el circuito impreso serán de 2mm

Deberá comprarse para colocar al LM350K un disipador de potencia apropiado
(Idea: chapa de aluminio de 2mm de espesor de 5CmX5cm)
Deducción de las ecuaciones del circuito
Para este regulador, la tensión entre los terminales SAL y AJU del circuito anterior, es
de 1,25 V. Por lo tanto podemos calcular inmediatamente la corriente por R1 la cual
llamaremos I1:
I1 
1,25V
R1
Si llamamos I2 a la corriente por R2, podemos calcularla con la siguiente ecuación:
I2 
(VSAL  1,25V )
R2
Si la corriente por el terminal AJU se considera despreciable, (valores típicos son 50
µA), queda planteado que
I1=I2
Entonces obtenemos reemplazando en la ecuación anterior:
1,25V (VSAL  1,25V )

R1
R2
Intentamos despejar VSAL y nos queda
VSAL  1,25(1 
R2
)
R1
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Si observamos la ecuación anterior vemos que el valor de la tensión de salida varía en
función de las resistencias R1 y R2.
Ejercicio:
Representar en un par de ejes coordenados ortogonales la tensión de salida en función de
la resistencia R2, siendo R1=270Ω y R2 un valor que varía entre 0 y 5KΩ de a 500Ω
R1=
R2
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
270
VSAL
1,25
3,56481481
5,87962963
8,19444444
10,5092593
12,8240741
15,1388889
17,4537037
19,7685185
22,0833333
24,3981481
VSAL
Valor de la tensión de salida
30
25
20
15
VSAL
10
5
0
0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Valores en Ohm de R2
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Disipación de potencia del regulador LM350K
La potencia disipada por el LM350K, depende de la corriente que se esté entregando a la
carga, y de la caída de tensión que se produzca entre los terminales ENT y SAL del
regulador. (En la figura siguiente ENT=Vin y SAL=Vout)
Recordemos que para que un regulador funcione correctamente la tensión Vin debe ser
superior en aproximadamente 3 V a Vout. Esta diferencia de tensión entre Vin y Vout la
podemos expresar por
Vr=Vin-Vout
Y la potencia que disipa el regulador vendrá dada por la ecuación:
Pd=ILVr=IL(Vin-Vout)
Podemos ver que para minimizar la disipación de potencia del regulador debemos
1) Hacer que la Vin sea lo mas parecida a Vout
2) Reducir la corriente por la carga
La potencia máxima disipada se producirá cuando
IL=3A y
Vin=24 1.41=33,84V
y Vout=1,25V
Esto significa que la potencia disipada sería de:
PD=(33,84V-1,25V) 3A = 32,59V 3A=97,77W lo cual es mucha potencia y necesita un
muy buen disipador.
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Una de las diferencias de construir la fuente con el LM350K (sombrerito-TO3) y
construirla con el LM350T (TO220) es que el LM350K tiene menor resistencia térmica, y
por lo tanto mejor disipación del calor.
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Ejercicio:
Tenemos una fuente de alimentación variable desde 1,25v a 15v y 0,5A con un LM317.
Como la tensión máxima de salida son 15v, la tensión de entrada al regulador tendrá que
ser de 18v más o menos. Vamos a calcular la potencia que disipa el regulador cuando
ajustamos la fuente a 15v, 4v y 2v En todos los casos la corriente de salida será 0,5A.
a 15v la caída de tensión en el regulador será de 18 – 15 = 3V, la corriente es 0,5 A
luego:
PD = 3V * 0,5A = 1,5 W
a 4v la caída de tensión en el regulador será de 18 – 4 = 14v, la corriente es 0,5A luego:
PD = 14V * 0,5A = 7 W
a 2v la caída de tensión en el regulador será de 18 – 2 = 16v, la corriente es 0,5A luego:
PD = 16 * 0,5 = 8 W
Hemos hecho los cálculos para el mejor de los casos en el que nos hemos preocupado de
que la tensión de entrada al regulador no sea mas de la necesaria, aun así tenemos que
poner un radiador que pueda disipar poco más de 8W. Es un radiador bastante grande
para una fuente de medio amperio nada más. Este es un problema que surge cuando
queremos diseñar una fuente con un alto rango de tensiones de salida.
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Ejemplo 2:
Queremos una fuente fija con una salida de 5V y 0.5A, vamos a calcular la potencia que
se disipa en el regulador usando un transformador de 7 voltios y otro de 12 voltios.
Para el transformador de 7 voltios: La Vmax de salida del transformador será 7 * 1,4142
= 9,9v descontando la caída en los diodos del puente serán 7,9v a la entrada del
regulador. Como la salida es de 5v la potencia disipada PD será:
PD = (7,9 – 5) * 0,5 = 1,45 W
Para el transformador de 12 voltios: La Vmax de salida del transformador será 12 *
1,4142 = 16,9v descontando la caída en los diodos del puente serán 14,9v a la entrada del
regulador. Como la salida es de 5v la potencia disipada PD será:
PD = (14,9 – 5) * 0,5 = 4,95 W
Conclusión: Con los dos transformadores estaríamos consiguiendo una salida de 5v y 0,5
A, sin embargo, con el de 12V nos haría falta poner un radiador en el regulador que nos
podríamos haber ahorrado comprando un transformador de 7V, si consideramos que
naturalmente nuestro regulador elegido disipa hasta 2 vatios.
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Recomendaciones para la construcción
-
Montar el LM350K en un disipador de calor. Puede utilizar como disipador la
caja metálica que contendrá el circuito. O debes agregar un disipador como el de
la figura
-
Aislar eléctricamente el LM350K del disipador metálico, utilizando separadores y
micas aislantes, además de la grasa siliconada que permita transferir mejor el
calor.
-
Al concluir el montaje, verificar que no haya continuidad entre los terminales del
LM350K y el disipador metálico, con el fin de prevenir un corto en el circuito.
-
Si se optó por acoplar al LM350K un disipador recordar entonces el aislante
eléctrico de MICA, el cual queda entre el dispositivo y el disipador de calor,
nipples o cuellitos de goma dura para aislar los tornillos de sujeción del
dispositivo, grasa siliconada la cual colocaras como si fuese manteca en pan,
sobre el LM350K y sobre el disipador, tornillos de 3mm de diámetro con sus
tuerquitas.
Ejercitación: Verificación de su funcionamiento mediante instrumentos de medida
Medición de la tensión de rizado
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Fuentes regulada con el LM350
Cuestionario 1
Escuela
Curso
Nombre de la materia
Apellido
Nombres
Fecha
1) ¿Cuál es la ecuación que determina la corriente por R1?
2) ¿Cuál es la ecuación que determina la corriente por R2?
3) Haciendo que consideración se supone que las corrientes por R1 y R2 son iguales
4) Igualando las ecuaciones de R1 y R2 obtenga la ecuación de la tensión de salida
5) Si R1=270 Ω, obtenga el valor de la tensión de salida cuando R2=2K Ω
6) Si representará el valor de la tensión de salida, en función de la resistencia R2 en un
par de ejes coordenados ortogonales, que forma de gráfica obtendría. Halle 3 puntos y
verifique que es una recta
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Montaje de un amplificador de audio (TDA 2003)
Medición de la ganancia, desfasaje, potencia consumida y entregada.
Este amplificador es ideal para colocarlo en parlantes de medio tamaño y usarlo para un
reproductor portátil de CD.
Con sólo un circuito integrado como elemento activo y una fuente simple de entre 8 y 18
volts este circuito es capaz de proporcionar hasta 10W de potencia sobre una carga que
puede estar comprendida entre 2 y 8 ohms.
Como es lógico el circuito integrado, un TDA2003, debe ser colocado con un adecuado
disipador de calor para evitar daños a sus componentes internos por sobretemperatura en
la cápsula.
A máxima potencia el circuito necesita 2A para trabajar correctamente.
Los 10W se obtienen en el punto óptimo de trabajo con una fuente de 12V 2A y una
carga de 4 ohms. La entrada debe ser de al menos 1Vpp para lograr este rendimiento.
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Unidad IV
Vúmetro: Comprobación de su funcionamiento
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Unidad V
Relays auxiliares y microrelay
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Unidad VI
Fusibles térmicos. Relevadores térmicos con láminas bimetálicas.
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