montaje3-20100910

TTP: Montaje e instalación de
dispositivos eléctricos y electrónicos
(III)
Prof. Ing. Gustavo E. Ponisio
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Versión 20090827
Unidad temática nro 1:
Circuitos con diodos puentes rectificadores
Rectificador de media onda
1) Graficar tensión en la resistencia, corriente en el circuito y tensión en el diodo,
en función del tiempo en tres gráficos cuyas líneas de tiempo concuerden
verticalmente.
2) Calcule el período y la frecuencia de la onda de tensión en la carga.
3) Calcule el valor medio y eficaz del la tensión de salida en la carga del
rectificador de media onda
La definición del valor eficaz y valor medio son:
T
Vef 
1
f 2 (t )dt
T 0
1
Vmed 
T
T
 f (t )dt
0
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Repasando algunos conceptos matemáticos, podemos decir que la integral representa
gráficamente el área entre la curva (f(t)) y el eje x, limitada verticalmente por los
límites de la integral que en este caso son 0 y T (período de la señal)
Al calcular una integral, si el área está encima del eje de abscisa su valor es positivo,
y si el área está por debajo del eje de abscisa su valor es negativo.
Esto significa que si hallamos la integral en un período de una onda sinusoidal, el área
neta entre 0 y T es cero, ya que el área positiva se cancela con la negativa. Es por esto
que el valor medio de una onda sinusoidal es cero.
Sabiendo que:
T  2
Y sabiendo que la integral de seno es –coseno obtenemos que para media onda, el
valor medio de la tensión que sería lo que indicaría un instrumento de corriente
continua es:
Vmed 
Vp

Esto es lo que indicaría un voltímetro de corriente continua conectado entre extremos
de la carga RL de nuestro rectificador de media onda con un diodo
Ejercicio: Si la tensión de pico de una media onda es de 310 Volts, calcule cual es el
valor medio de la tensión que indicaría un instrumento de corriente contínua
Rta: 98V
Rectificador de onda completa
Para un rectificador de onda completa con 2 diodos y transformador de punto medio:
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Para un rectificador de onda completa en puente:
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Si se hacen los cálculos puede obtenerse
Tipo
Valor medio
Media onda
Valor eficaz
Vmed 
Onda completa
Vmed 
Vp

2  Vp

Vef 
Vp
2
Vef 
Vp
2
Ejercicio: Se tiene un transformador con una relación de espiras entre primario y
secundario de
N1
5
N2
El transformador tiene en su secundario un punto medio que va a masa, por lo cual,
puede lograrse la rectificación de onda completa con solo 2 diodos.
La tensión en el primario del transformador es
V 1ef  220V y la frecuencia es de 50 Hz
y la resistencia en la carga es de
Rl  1K
a) Calcular la corriente de pico en la carga
b) Calcular el valor que mediría un voltímetro de corriente continua
c) El valor que mediría un amperímetro de corriente continua
d) Calcular el período y la frecuencia de la tensión de salida
a) Calcular la corriente de pico en la carga
La tensión pico en el primario es
V1p  220 2  310.3V
Debido a la relación de espiras, la tensión de pico en el secundario es de:
V 1 p N1

V 2p N2
Lo cual da despejando V2p=62V
Por la presencia de la conexión intermedia en el secundario del transformador,
cada mitad del bobinado secundario tiene una tensión sinusoidal con un pico de
apenas 31 V. Por lo tanto la tensión de pico en la carga idealmente tiene un valor
de 31V. El valor pico de la corriente en la carga es de
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I2p 
31V
 31mA
1000 
Como veíamos en la figura 2b, los diodos deben aguantarse una tensión de pico
repetitiva de 62V, para lo cual un diodo del tipo 1N4001 no alcanza pues la
tensión de pico repetitiva es de 50V, según la hoja de datos, pero un 1N4002, tiene
una tensión de pico repetitiva de 100V, con lo cual para este parámetro, un par de
diodos 1N4002 serán apropiados.
b) Calcular el valor que mediría un voltímetro de corriente continua conectado a
la carga
Un voltímetro de corriente continua mide el valor medio de una forma de onda
sinusoidal rectificada. Mirando las ecuaciones de la tabla anterior, para un
rectificador de onda completa, el valor medio de la corriente sería
Vmed 
2  Vp


2  31

 19 .7V
c) El valor que mediría un amperímetro de corriente continua
Im ed 
Vm ed 19.7V

 19.7m A
Rl
1000
El valor medio de la corriente rectificada para este diodo 1N4002, es de 1A por lo
tanto, por lo tanto sobra.
¿Cuál sería la mínima resistencia que se podría colocar en la carga para exigir al
diodo a su máxima corriente media?
d) Si el circuito usara un diodo 1N4002, que soporta un valor medio de 1A, ¿se
quemaría? => No pues 31<1ª
e) ¿Cuál sería la mínima RL que podría conectarse en la carga usando diodos
1N4002? RLMín 
19,7V
 19,7
1A
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f) Calcular el período y la frecuencia de la tensión de salida
Si miramos la forma de onda de la señal rectificada, el período se ha reducido a la
mitad, con respecto a la forma de onda del primario del transformador, por lo
tanto la frecuencia se ha duplicado:
f=100 Hz.
T=10 ms
Rectificación no controlada y controlada
El término tiristor deriva del griego y significa puerta, pues este tipo de dispositivo
permite la apertura o cierre del paso de la corriente.
Los principales tipos de tiristores son los siguientes:
• Rectificador controlado de silicio (SCR)
• Diac
• Triac
• Foto-SCR
• Transistor uniunión (UJT)
El rectificador controlado de silicio
También llamado SCR, tiene el siguiente símbolo:
Las hojas de datos indican la tensión de disparo VGK y la corriente de disparo para los
rectificadores controlados de silicio. Por ejemplo la hoja de características del
2N4441, señala una tensión de disparo típico de VGK =0,75 Volts, y una corriente de
disparo mínima IG=10 mA para que el SCR comience a conducir entre A y K.
Cuando un SCR conduce existe una caída de tensión VAK. =1 V
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Para que un SCR deje de conducir, se tiene que disminuir la corriente del SCR (IAK)
por debajo de la corriente de mantenimiento. Por ejemplo el 2N4441 tiene una
corriente de mantenimiento de 6mA.
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Ejercicio: Se dispone del siguiente circuito en el cual Vcc=12V y el SCR está en
estado de conducción. Calcule el valor de Rc límite, desde el cual el con valores
superiores de Rc el 2N4441 deja de conducir.
Rmín 
(12V  1V )
 1833 
6mA
Tensión de bloqueo
Tambien el SCR puede conducir si la tensión VAK es suficientemente grande. Esto se
llama tensión de bloqueo directo que para el 2N4441 es de 50 V. Es decir que
mientras la tensión VAK sea menor a 50 V el SCR no puede conducir. Solo podría si se
hace un disparo en la puerta.
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Corrientes elevadas
Los SCR pueden manejar corrientes que oscilan entre 1A y 2500A. El 2N4441 puede
conducir hasta 8A en forma continua.
El SCR C701 puede conducir entre AyK 1250A con una corriente de disparo de
500mA, y una corriente de mantenimiento del mismo orden.
Régimen de crecimiento crítico
En muchas aplicaciones una fuente de tensión alterna alimenta los extremos A y K del
SCR. Al disparar la puerta en cierto punto del ciclo, podemos controlar grandes
cantidades de potencia de corriente alterna que se suministra a una carga como un
motor o un calentador. Pero debe tenerse en cuenta que mediante un cambio rápido en
la tensión AK en directa puede dispararse el SCR. Para evitar falsos disparos del SCR,
el régimen de disparo de la tensión AK no debe exceder el régimen de crecimiento de
la tensión crítica de la hoja de características. Por ejemplo un 2N4441, tiene un
régimen de crecimiento de tensión crítica de 50V/µs.
Los transitorios de conmutación de la fuente de conmutación son la fuente principal
de que se supere el régimen de crecimiento de la tensión crítica. Una manera de
reducir sus efectos es utilizar un filtro RC
Los rectificadores controlados de silicio más grandes también tienen un régimen de
crecimiento de la corriente críticos. Por ejemplo el C701, tiene un régimen de
150A/µseg. Si la corriente de ánodo trata de aumentar más rápido que ;este valor el
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SCR se puede destruir. Al incluir una inductancia en serie se reduce el régimen de
crecimiento de la corriente.
Corriente y tensión de disparo
Supongamos que tenemos el siguiente circuito
Cuando la tensión Vg se aproxima a 0,7 V para el caso del 2N4441, el SCR se
disparará, y la tensión de salida pasará desde Vcc a 1V que es la tensión Vak de este
SCR cuando conduce. Cuando una resistencia en la puerta (RG) se conecta como se
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muestra en el circuito, se puede calcular la tensión de entrada Ven, necesaria para
disparar un SCR, mediante esta ecuación:
En la ecuación anterior, VT e IT son la tensión de disparo y la corriente de disparo
respectivamente, necesarios para la puerta del dispositivo. Esta información puede
extraerse de las hojas de características. Por ejemplo la hoja de características de un
2N4441 indica VT =0,75V e IT =10mA. Teniendo el valor de Rg el cálculo es directo.
Para este circuito a menos que la ecuación de Ven se satisfaga, el SCR no puede
cebarse.
Después de que el SCR se ha disparado, permanece así aún cuando se reduzca Ven a
0. Una vez disparado, la tensión de salida permanece a nivel bajo indefinidamente. La
única manera de que el SCR deje de conducir entre Ay K es reducir su corriente a un
valor inferior al de la corriente de mantenimiento. Una manera de lograrlo es
aumentar Rc, otra es reducir Vcc a un valor bajo.
El SCR como interruptor
Si se alimenta un circuito electrónico delicado con una fuente de alimentación y por
alguna condición de mal funcionamiento se eleva su tensión inesperadamente, el
circuito electrónico que ella alimenta puede dañarse, lo cual puede resultar en el daño
permanente de caros circuitos integrados. Una de las aplicaciones más importantes del
SCR es la protección de cargas delicadas y caras, contra sobretensiones de la fuente
de alimentación.
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En la figura anterior se observa que la fuente de alimentación alimenta una carga
protegida. El circuito de protección lo constituyen el diodo zener, la resistencia, y el
SCR. En condiciones normales de funcionamiento la tensión Vcc es inferior a la
tensión de ruptura del zener. En este caso el zener no conduce, y por lo tanto la
tensión sobre R es 0, y el SCR permanece abierto, en este caso la carga está
recibiendo una tensión Vcc y no hay problemas.
Supongamos que la tensión de la fuente se incrementa por alguna razón. Cuando Vcc
es demasiado grande, el zener conduce y aparece una tensión en R. Si esta tensión es
mayor que la de disparo del SCR (generalmente 0,7 V) el SCR se disparará y
conducirá. Esto sería como cortocircuitar la fuente de alimentación. Como el SCR
entra en conducción muy rápidamente (para el 2N4441 1 µSeg.) la carga se protege de
la sobre tensión de la fuente. Las fuentes con interruptor SCR necesitan un fusible o
limitación de corriente para evitar corrientes excesivas cuando el SCR se cierra.
Ejercicio:
El SCR de la figura siguiente, tiene una tensión de disparo Vt=0,75V, una corriente de
disparo It=7mA, y una corriente de mantenimiento de Ih=6mA.
1. ¿Cuál es la tensión de salida cuando el SCR está bloqueado?
2. ¿Cuál es la tensión de entrada que dispara el SCR?
3. Si Vcc disminuye hasta que el SCR se bloquea ¿Cuál es este valor de Vcc?
Solución
1. Vsal=15V
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2. Ven=0,75V+7mA*1KΩ=7,75V
3. Vcc=0,7V+6mA*100Ω=1,3V
Ejercicio:
En el circuito de la figura siguiente, el 2N4441 tiene una tensión de disparo de 0,75V.
Calcule el valor de la fuente de alimentación que activa el interruptor SCR.
Vcc=5.6V+0,75V=6,35V
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Poniéndonos en el pero caso: el 1N752 tiene una tolerancia del 10%, lo que significa
que la tensión de ruptura puede variar entre 5,04V y 6,16V. Además la tensión de
disparo máxima del 2N4441, tiene un valor de 1,5V lo que significa que la
sobretensión mayor que recibirá el circuito es de:
6,16+1,5=7,66 V
Si la carga protegida puede recibir esta sobretensión entonces el circuito será útil.
Variantes del SCR: foto SCR
El foto SCR es un SCR activado por luz. Su símbolo se muestra en la figura siguiente.
Después de que la luz de disparo ha cerrado el foto SCR, este permanece cerrado
aunque desaparezca la luz. Con la puerta abierta, se obtiene una sensibilidad máxima.
Si se requiere un punto de conmutación ajustable, se puede incluir el ajuste de disparo
que se muestra en la figura siguiente:
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Con este último circuito, la resistencia de la puerta, desvía algunos de los electrones
producidos por la luz y modifica la sensibilidad del circuito a la luz incidente.
Ejercicio: El circuito de la figura está en un cuarto oscuro cuando se lo conecta a la
alimentación.
1. ¿Cuál es la tensión de salida?
2. Si una luz brillante lo ilumina, ¿Cuál es la tensión de salida?
1. Vsal=25V
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2. Vsal=0 (o considerando la caída Vsal=0,7V)
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Cuestionario ID: 20090814
Tiristores - SCR
1. Nombre los principales tipos de tiristores
2. ¿Qué significan las iniciales SCR?
3. Dibuje el símbolo del SCR y coloque el nombre de cada uno de sus terminales
4. ¿Entre qué terminales se mide la tensión de disparo?
5. Cuando se alcanza la tensión de disparo, ¿qué sucede con el SCR si también se
logra la corriente de disparo mínima?7
6. ¿Qué debería hacerse para que un SCR deje de conducir?
7. ¿Qué significa el disparo por superación de la tensión de bloqueo?
8. ¿Qué rano de corrientes AK puede manejar un SCR?
9. ¿Qué es el régimen de crecimiento crítico de un SCR?
10. ¿Qué circuito podría adicionar al SCR para evitar falsos disparos por
superación del régimen de crecimiento crítico? Dibújelo
11. Para el siguiente circuito:
a. ¿Cuál es el valor de la tensión Vsal cuando el SCR no conduce?
b. ¿Cuál es el valor de la tensión Vsal cuando el SCR conduce y
suponiendo que es un 2N4441
c. ¿Cuánto debería ser la tensión Vent para que pueda producirse el
disparo por la puerta suponiendo Rg=1K y un 2N4441?
d. Si la tensión Vent se reduce a cero, una vez que el SCR está disparado,
y estaba conduciendo, ¿Continúa conduciendo?
12. Dibuje un circuito basado en SCR ydiodo zener que sirva para proteger la
tensión máxima que puede aplicarse a una carga electrónica delicada.
Explique su funcionamiento.
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Cuestionario 2
Circuito disyuntor automático
ID:20070401
Hay veces que se necesita conectar equipos o dispositivos al auto pero se requiere una
tensión segura. Cuando el auto esta en velocidad o cuando la batería o el regulador de
tensión no trabajan adecuadamente es posible que en el circuito eléctrico del vehículo
haya mas de 12V pudiendo afectar el correcto funcionamiento de estos equipos.
El circuito que presentamos es un disyuntor automático
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Explique con sus palabras el objetivo del circuito
¿Por qué motivo se dispara el SCR?
¿Para qué sirve el potenciómetro?
¿Qué elemento se activa al dispararse el SCR?
Cuando el LED se enciende ¿Qué está indicando?
¿Cómo puede restablecer el circuito para que vuelva a existir tensión en la
salida?
7. Calcular la corriente por el SCR cuando el mismo se encuentra disparado
8. ¿Qué potencia disipa la R de 1K cuando el SCR está disparado?, ¿De que
potencia la compraría?
9. Si el SCR fuera un 2N4441 con una tensión de disparo Vgk=0,75 V y una
corriente de disparo de It=10mA, y con una caída de tensión en conducción de
1V ¿Cuál es el valor de resistencia a la que debe ajustarse el potenciómetro?
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Tiristores bidireccionales:
En estos casos la corriente puede circular en cualquier dirección.
DIAC
El diac no conduce hasta que la tensión en sus extremos exceda la tensión de cebado
en cualquier dirección. El símbolo es el que se muestra en la figura siguiente:
Una vez que el DIAC esta conduciendo, la única manera de abrirlo es por medio del
bloqueo por disminución de corriente. Esto significa que se debe reducir la corriente a
un valor inferior al de la corriente de mantenimiento.
TRIAC
Su tensión de cebado es generalmente alta, así que la forma habitual de cebar un triac
es mediante la aplicación de un disparo de polarización directa. Su símbolo es el que
se muestra a continuación:
Las hojas de datos, especifican la tensión de disparo y corriente de disparo necesarios
para cebar un triac, y este se cebará por ejemplo con una tensión de disparo positiva
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(VgK) con respecto a la figura anterior, si la tensión AK tiene el símbolo indicado en
ella.
El circuito de la figura siguiente, puede controlar la corriente a través de la carga.
En el circuito anterior, la resistencia R1 y la capacidad C modifican el defasaje entre
la tensión de línea y la tensión en la puerta, produciendo que la tensión de puerta esté
atrasada con respecto a la tensión de línea en un ángulo que varía entre 0 y 90 grados.
Se puede ver esto en las siguientes figuras:
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Cuando la tensión de puerta es lo suficientemente grande para alimentar la corriente
de disparo, el triac conduce. Una vez cebado, el triac continúa conduciendo hasta que
la tensión de red regresa a cero. La porción sombreada, muestra el período en que el
triac conduce. Lo que estamos controlando es el valor medio de la corriente en la
carga. Un control de este tipo es muy útil en alumbrado y calentadores industriales.
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Ejercicio: En el circuito de la figura siguiente, el interruptor está cerrado. Si el triac se
dispara,
1. ¿Cuál es aproximadamente la corriente que circula por la resistencia de 22 Ω?
2. El MPT32 es un diac con una tensión de cebado de 32 V. Si el triac tiene una
tensión de disparo de 1 V, y una corriente de disparo de 10 mA ¿Cuál es la
tensión del condensador que dispara el triac?
3. En cuanto tiempo desde que se cierra el interruptor se produce el disparo del
triac?
1. Si suponemos un caso ideal, que servirá para los cálculos, el triac tendrá 0 V a
través de él cuando conduce. Por lo tanto la corriente que circula por la
resistencia de 22 Ω es I=75V/22 Ω=3,41A.
Si se considera una caída en el triac de 1 o 2 V cuando se dispara, modifica
relativamente poco el valor de la corriente recién calculada, debido a la alta
tensión de alimentación (75V).
2. La corriente de disparo de la puerta es de 10 mA. Esta tiene que circular por
los 2 K Ω, por lo tanto la tensión en la resistencia de 2 K Ω es de
V2K Ω =10mA 2KΩ=20V
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Sumando esta tensión a la tensión de disparo del diac MPT32 más la tensión de
disparo del triac obtenemos la tensión que debe alcanzarse en el capacitor para
producir el disparo del Triac
V=20V+32V+1V=53V
3. En el circuito formado por la resistencia de 82KΩ y el capacitor de 1µF se
produce la carga exponencial de la tensión en el capacitor.

t
V  V0 (1  e  )
V0  75V
  RC  82K 1µF  82 mSeg
V  52V
Debemos despejar el valor de t.
Para hacerlo podemos usar la ecuación siguiente:
loge a x  x loge a
t=100 mseg. => el tiempo que tarda el capacitor en alcanzar la tensión
necesaria para disparar el diac y el triac
El transistor UNIUNION
El transistor uniunión, también llamado unijuntura, (UJT) posee un emisor y 2 bases.
Su símbolo es el que se muestra en la figura siguiente:
La resistencia entre bases la reconoceremos por el símbolo: RBB
Relación intrínseca
En la figura siguiente, se muestra el circuito equivalente de un UJT:
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Si conectamos entre las bases una fuente de alimentación de corriente continua,
dejando el emisor abierto obtenemos el siguiente circuito
Si calculamos la tensión en extremos de R1:
V1 
R
V
R1  1 V  V
R1  R2
Rbb
La cantidad η se denomina relación intrínseca. El intervalo de valores característicos
de η va desde 0,5 hasta 0,8. Por ejemplo un UJT 2N2646 tiene un η de 0,65. Si este
UJT se utilizara en la figura anterior, con una fuente de alimentación de 10V,
entonces,
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V1= ηV=0,65 10V=6,5V
Funcionamiento del UJT
Se tiene el siguiente circuito
El diodo interno del unijuntura, se polariza en directa cuando
Veb1  Vp  Vbb  V
En donde
V  0,6V
Cuando se alcanza esta tensión Vp, la circulación de portadores de carga a través de
rb1, hace disminuir su resistencia, en consecuencia un capacitor conectado entre E y
B1, se descarga rápidamente. La circulación de corriente hacia el terminal de emisor
continúa hasta que VEB1 desciende al valor de la tensión de saturación de emisor
VEB1Sat instante en el cual el dispositivo deja de conducir.
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En el gráfico anterior VEB1Sat = Vv
Otros 2 parámetros importantes del unijuntura son: la corriente de pico Ip y la
corriente de valle Iv, las cuales pueden verse en la gráfica anterior.
La corriente de pico Ip es la mínima corriente de emisor que debe circular para que el
unijuntura conmute al estado de conducción. En el gráfico anterior vemos que Ip tiene
lugar cuando VEB1=Vp
La corriente de valle es la circula por el emisor cuando VEB1=Vv=VEB1Sat
Oscilador de relajación con transistor unijuntura
En la siguiente figura se muestra un oscilador de relajación utilizando el transistor
unijuntura
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El transistor unijuntura permanece en estado de corte hasta que la tensión de emisor
VEB1 alcanza el valor Vp; en este instante el transistor se conmuta al estado de
conducción circulando una intensa corriente de emisor. Esto hace que el capacitor C
se descargue rápidamente. Cuando la tensión del capacitor desciende hasta el nivel de
saturación del emisor VB1Sat el unijuntura se conmuta al corte permitiendo que C se
cargue de nuevo.
Puede hacerse variable la frecuencia de un oscilador de relajación conectando
diferentes capacitares C, y/o regulando la resistencia R1.
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Al proyectar un oscilador de relajación con transistor unijuntura, debe elegirse la
resistencia de carga (R1+R2) dentro de ciertos límites superior e inferior.

La resistencia (R1+R2) no debe ser tan grande que la corriente de emisor sea
inferior a la corriente de pico cuando VEB1 es igual a la tensión de disparo, de
otro modo el dispositivo no podrá entrar en conducción.

Si (R1+R2) tiene un valor muy pequeño, entonces cuando VEB1 esté al nivel de
saturación del emisor, puede circular una corriente superior a la de valle hacia
el terminal de emisor, con lo cual el unijuntura no podrá pasar al estado de no
conducción
Por lo tanto para el funcionamiento correcto del transistor en el oscilador, debe
elegirse (R1+R2) entre los límites que permitan a la corriente de emisor situarse entre
un mínimo de Ip y un máximo de Iv
Ejercicio:
Se construye un oscilador de relajación en base al circuito anterior pero con la
siguiente configuración:

Se empleará un transistor unijuntura 2N3980 con
o VEB1Sat=3V
o Ip=2μA
o Iv=1mA
o η=0,68 a 0,82
o Vγ=0,7
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
Rob1=0 y Rob2=0

Vcc=20V

La frecuencia de salida debe ser de 5Khz
Proyéctese un circuito adecuado, calculando la amplitud de la salida
Solución
El capacitor C1 se carga desde VEB1Sat=3V hasta la tensión de disparo Vp
Vp=ηVbb+Vγ
Si promediamos el valor de η obtenemos
η=0,75
Vp=0,75 20V+0,7=15,7V
Esto significa que la tensión en el capacitor oscilador variará entre:
3V=<Vc<=15,7 V
Calculamos (R1+R2) máximas:
(R1+R2)max=(Vcc-Vp)/Ip=(20V-15,7V)/2μA=2,15 MΩ
(R1+R2)mín=(Vcc-Veb1Sat)/Iv=(20V-3V)/1mA=17KΩ
Elijamos por ejemplo (R1+R2)=22KΩ
Si despejamos C de la siguiente ecuación

t
V (t )  Veb1Sat  (Vcc  Veb1Sat )(1  e )

Pensemos la ecuación viendo que nos den las condiciones límites es decir, para la
exponencial cuando t=0 debemos tener v(t)=Veb1Sat y cuando t->infinito v(t)=Vcc
Debemos despejar C considerando v(t)=Vp=15,7V y τ=(R1+R2)C y t=200 μseg (por
los 5Khz)
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Obtenemos C=6,61 nf=6610pf
La amplitud de salida es igual a:
Vp-Veb1Sat=15.7-3=12,7V
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Oscilador de relajación
Cuestionario ID:20070501
Se tiene el siguiente circuito
Se tienen los siguientes datos para el 2N2646:VEB1Sat=3,5V; Ip=1 μA; Iv=6mA;
η=0,56 a 0,75; Vγ=0,6 V; Rob1=0 y Rob2=0; Vcc=20V
1) Si promedia el valor de η ¿cuál es el valor de Vp?
2) Entre que valores oscilará la tensión del capacitor
3) ¿Cuál debe ser el valor de (R1+ R2) máxima para que trabaje el
oscilador de relajación?
4) ¿Qué sucedería si la (R1+R2) máxima fuera mayor a este valor?
5) ¿Cuál debe ser el valor de (R1+R2) mínima para que trabaje el
oscilador de relajación?
6) Qué sucedería si la (R1+R2) mínima fuera menor que este valor?
7) Elija un valor para R1+R2 para que funcione el oscilador de relajación
8) Dibuje la forma de onda de tensión en el capacitor en función del
tiempo, mostrando claramente donde se encuentra Vp y Veb1Sat
9) Si parte de la tensión en el capacitor puede representarse por

t
V (t )  Veb1Sat  (Vcc  Veb1Sat )(1  e )

1. ¿Cuánto vale v(t) cuando t=0?
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2. ¿ Cuánto vale v(t) cuando t->∞
3. ¿A que es igual τ?
4. ¿Cómo se lo conoce al valor de τ ?
10) Despejando de la ecuación, obtenga despejando paso a paso el valor de
C en función del resto de los parámetros. Si se desea obtener una
frecuencia de oscilación de 2 Khz, ¿cuánto debería valer C?
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Generador de onda cuadrada con transistor unijuntura
Una forma de onda que se aproxima a la rectangular se obtiene con este circuito
unijuntura. La frecuencia depende básicamente de C1 y se ajusta con P1. Los
resistores son de 1/8W y la alimentación puede estar entre 12 y 15V. Alteraciones en
R3 y R4 pueden ayudar a obtener una forma de onda más próxima a la rectangular en
función del transistor Q2.
Oscilador para organo con transistor unijuntura
Los tonos obtenidos al presionar los interruptores dependen de los ajustes de P1, P2 y
P3. La banda de ajustes depende también de C1, que puede tener valores entre 47nF y
220nF. La potencia es relativamente baja y podrá sustituirse el altoparlante por un
resistor de 100 Ohm y llevar la señal a la entrada de un amplificador.
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Cuestionario ID:20070502
Oscilador de onda cuadrada con el 555
Bolilla 4: Circuitos osciladores
Oscilador con el 555
Bibliografía: (Principios de Electrónica – Malvino - Osciladores 22-9)
1) ¿Qué elementos tiene internamente el integrado 555?
2) Cuáles son los valores de Q y Q negado cuando al flip- flop RS se le
coloca su entrada S en alto
3) Cuáles son los valores de Q y Q negado cuando al flip- flop RS se le
coloca su entrara R en alto
4) ¿Por qué el integrado se llama 555?
5) La pata 5 llamada control de voltage, ¿qué tensión tendría cuando el
integrado se alimenta con 18 V?
6) El capacitor externo al 555 conectado entre la pata 6 y masa, se
comienza a cargar cuando el transistor interno del 555 esta en estado
de corte o de saturación ?
7) Cual es la pata del circuito integrado que se utiliza como salida
8) ¿Para qué sirve la pata 4? A que valores de tensión debe conectarse y
que comportamiento tiene en cada caso
9) Explique con sus palabras el funcionamiento como oscilador
monoestable
10) Hasta que valor máximo puede llegar la tensión del condensador
externo entre pata 6 y masa en su funcionamiento como monoestable?
11) ¿Qué puede hacerse si se necesita aumentar el tiempo en que el pulso
de salida por la pata 3 se mantiene en alto?
12) ¿Qué ecuación se puede aplicar para determinar el ancho del pulso de
salida en su funcionamiento como monoestable?
13) En funcionamiento como monoestable calcule el ancho del pulso para
una resistencia externa de 47KΩ y una capacidad externa de 1µf
14) Para que sirve el condensador que se coloca entre la pata 5 y masa?
15) Explique con sus palabras el funcionamiento como oscilador astable
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16) En funcionamiento como oscilador astable, encuentre una ecuación
para la constante de tiempo de carga del circuito que involucra al
capacitor externo C
17) ¿Qué se entiende por ciclo de trabajo?
18) En funcionamiento como oscilador astable, encuentre una ecuación
para la constante de tiempo de descarga del circuito que involucra al
capacitor externo C
19) ¿Qué forma de onda tiene la salida por la pata 3 como oscilador
astable?
20) ¿Es simétrica la salida por la pata 3?
21) Escriba la fórmula para determinar la frecuencia de salida como
oscilador astable
22) Escriba la fórmula para determinar el ciclo de trabajo como oscilador
astable
23) Diseñe un oscilador astable para una frecuencia de trabajo de 5 Khz y
un ciclo de trabajo de 50%. Calcule RA, RB y C. Use valores estandar
del mercado de componentes electrónicos
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555 como oscilador monoestable: Alarma Domiciliaria
Funcionamiento:
Para encender la alarma, es decir colocarla en modo activo, debe abrirse el interruptor
S1, lo que permite que C1 se cargue por medio de R2. Sino la corriente circulaba por
R2 y R1, cayendo casi toda la tensión sobre R2 (ya que R2=100KΩ y R1=100Ω,
impidiendo que se cargue C1.
La variación en el tiempo de la tensión en el capacitor C1 es:
V=Vcc(1-e-t/‫)ح‬
con
‫=ح‬R2*C1=100KΩ*220 μf=22 seg
También con está tensión en las patas 4 (Reset) de los 555, se inicializan los timers,
ya que dejan de estar a masa, y se desbloquean.
Cuando la tensión sobre C1 supera la tensión del zener DZ1 (9,1V) este entra en
conducción, provocando una caída de tensión sobre el divisor resistivo, R3, R6.
Del punto medio de este divisor, se toma la tensión de compuerta que dispara a TH1
(tiristor), con lo cual se habilita la zona temporizada. Este tiempo entre que se abre S1
(encendido de la alarma) y permite salir del domicilio antes de quedar habilitados los
sensores de la zona temporizada de la la alarma se ha medido en un circuito práctico
en unos 45 seg.).
El sistema se encuentra ahora en vigilancia.
Con el tiristor ya disparado, el transistor Q1 es fundamental en el dispara de la zona
temporizada.
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Si se abre alguno de los sensores ( que son normal cerrado), desaparece el nivel
positivo de su base, con lo que se satura, enviando a masa al cátodo de TH1, quien
como ya se encuentra disparado, conecta el borne positivo de C2 a un nivel muy
cercano a masa. Atravesando C2, la tensión se transforma en un pulso negativo, que
dispara al primer monoestable (IC1). Este timer entrega en su pata 3 un pulso positivo
que queda aplicado a C4, y la duración de dicho pulso, depende de R14 y C5.
El ancho del pulso según la documentación del 555 puede calcularse como:
T=1,1*R*C (ecuación 1)
Una vez concluido el tiempo de carga del primer monoestable, volverá a colocar su
salida a masa y C4 es atravesado por un pulso negativo, que dispara el segundo timer,
que al cambiar su salida con un pulso positivo, pone en satudación al transistor Q3, el
cual hace circular corriente por el relé, y activa la carga.
En nuestro caso, en lugar de un relé para simular la carga utilizarémos un led, lo que
en un futuro será por ejemplo una sirena, u otro dispositivo electrónico en función de
lo que deseamos que haga la alarma. Si fuera una sirena, la misma permanecerá
sonando durante un tiempo determinado por R4 y C8 , según la ecuación 1.
Transcurrido el tiempo la sirena deja de sonar, y se restablece al estado inicial.
Si se abren alguno de los sensores de la zona de pánico, el transistor Q2 se satura, con
lo cual se dispara directamente el segundo monoestable. El diodo D2 aisla los
disparos de ambas zonas.
D1 protege a Q3 de los transitorios de la bobina del relé.
El integrado de la fuente de alimentación nos provee una tensión estabilizada de 12 V.
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Cuestionario ID: 20070503
Bolilla 4: Alarma con zona de pánico y temporizada utilizando el 555
1) Para encender la alarma ¿cómo debe estar el interruptor S1?
2) Cuando se abre S1, ¿que capacitor se carga, y a través de que resistencia?
3) Cuando S1 esta cerrado, ¿hasta que valor de tensión se puede cargar C1?
4) Teniendo en cuenta que el capacitor C1 se carga por medio de R2:
i. ¿Cuál es la ecuación de la tensión de carga del capacitor C1 en función del
tiempo cuando S1 está abierto?
ii.
¿Cómo se llama esta curva?
iii. ¿Cómo se calcula la constante de tiempo?
iv. Calcule el valor de la constante de tiempo del circuito sabiendo que:
v. R2=100KΩ - C1=220µf
5) ¿Hasta que valor de tensión se carga C1 cuando se dispara el diodo zener Dz1?
6) ¿Cuánto tarda C1 en llegar a los 9,1 V?
7) ¿Cuál es la tensión sobre R6 cuando el diodo zener DZ1 conduce, asumiendo que el
capacitor C1 ya no toma corriente y que el TH1 no se disparó?
8) ¿ Qué produce sobre TH1 la tensión que se produce sobre R6?
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9) ¿Qué zona se habilita cuando se dispara TH1?
10) ¿ Desde que conecto la alarma, cuanto tiempo tengo para salir por una puerta que
tiene conectado un sensor a la zona temporizada, sin que la misma se dispare?
11) ¿Qué transistor se satura cuando se dispara la zona temporizada?
12) ¿ Cuándo se abre el sensor de la zona temporizada (disparo) que pasa en IC1? ¿Cómo
está funcionando IC1 (monoestable o astable) ?
13) ¿ Cuánto tiempo pasa entre que se dispara un sensor de la zona temporizada y que se
escucha la sirena?
14) ¿ Durante cuanto tiempo permanece sonando la alarma?
15) ¿ Qué transistor trabaja cuando se activa la zona de pánico?
16) ¿ Cuanto tiempo tarda entre que se abre el sensor de la zona de pánico y suena la
sirena?
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Trabajo para el alumno:
1) Conseguir los elementos necesarios para el armado de la alarma, según la lista
de materiales entregada.
2) Conseguir herramientas necesarias como soldador para circuitos impresos,
percloruro, estaño 60 – 40 placa de para el montaje, (si tienen un tester).
3) Comenzar diseñando el circuito impreso en papel
Detalles del montaje
Colocar el integrado de la fuente en un pequeño disipador U
Simular la sirena con un led
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Cálculo del valor medio de la corriente en la carga
Figura 4

Vp
 Vp
Io 
sin wt * dwt 
Cos( wt )

2R 
2R



Vp
(Cos( )  1)
2R
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Ejercicio: Para el circuito de la figura 4, se necesita conocer el valor medio de la
corriente en la carga, teniendo en cuenta que la tensión sinusoidal tiene un valor
eficaz de 12 V, y la resistencia es de 100 ohms, y el ángulo de disparo alfa=45 grados
Io 
2Vef
2 *12
(Cos( )  1) 
(Cos(45)  1)  0.046A  46m a
2R
2 100
¿Cuál es el valor medio de la tensión en la carga?
V0  I 0 * R  4.6V
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Medición de corriente o tensión de un multímetro digital
Por ejemplo, si el multímetro que UD. esta empleando tiene un visor de 3 ½ cifras,
en la parte de la hoja de datos de especificaciones puede aparecer algo parecido a
esto:
DC. Current:
Rango
200A
2mA
20mA
200mA
Max. Ind. Accuracy (Incertidumbre)
199,9A
(1% rdg + 1 dig.)
1,999mA
19,99mA
199,9mA
Si UD ha empleado el rango de 200mA para medir una corriente de 100,00mA,
entonces la incertidumbre (I) en dicha medición será:
 1  100,0m A


 0,1m A  1,1m A
100


De manera similar se debe proceder para calcular la incertidumbre presente al medir
la caída de tensión.
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