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EL ABC DE LA ELECTRONICA

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CONCEPTOS, ELECTRÓNICA ABC ELECTRONICA

EL ABC DE LA ELECTRONICA

  1. 1. EL ABC DE LA ELECTRONICA POTENCIOMETRO (PARA CALIBRAR EL MWDIDOR)COMO SE UTILIZAN LOS FOTODIODOS /Los fotodiodos son comúnmente utilizados paradetectar pulsos rápidos de infrarrojos cercanos(como en las comunicaciones de onda corta).Medidor de luz. Este diseño suministra un I MEDIDOR DEmedidor de luz del modo básico fotoconductivo. CORRIENTESu respuesta es muy lineal. EMISORFOTOTRANSISTORESTodos los transistores son sensibles a la luz y algunosestán especificamente diseñados para tomar ventajade esta importante propiedad. Se pueden encontrarfets sensibles a la luz, pero el fototransistor más comúnes un transistor de unión npn con una amplia regiónde base expuesta. Los fotones que entran a la basereemplazan la corriente de base emisor de lostransistores npn. Por lo tanto un fototransistor amplificadirectamente las variaciones en el número de fotones. :=:0:=:0 N N ~ ELECTRONES NOTA: EL PIN BASE ES OPCIONALOPERACION DE LOS TRANSISTORES NPNSe pueden encontrar dos tipos de fototransistores npn. Uno es un transistor npn como se muestra abajo. Y elotro incluye un sequndo transistor npn para suministrar más amplificación.1. FOTOTRANSISTOR NPN. ,1:/: h·. C l C P N P N SIN CORRIENTE -........... / ALTA CORRIENTE -........... N 02 ! E N OBSCURO LUZ
  2. 2. EL ABC DE LA ELECTRONICA I le II ijLiiQ: ~. P N2. FOTODARLlNGTON. I LUZ 1 I I I I •• • N ALTA eORRIE~ 1:21Este circuito es muy sensible pero es más lento I Pque el fototransistor npn ordinario. Ambos tipos I N Ipueden tener o no una terminal de base. ITIPOS DE FOTOTRANSISTORES. LENTE DE EPOXICOEl mostrado aqui es un fototransistor npn típico de bajo CHIPcosto. Se utilizan tambien muchos otros estilos deencapsulado (encapsulados metálicos, lentes de vidrio, MARCAmirillas planas, etc.). Importante: El pin de base puede !,/PLANA %estar presente o no. Varios circuitos de fototransistores -----1 ;;,no utilizan la conexión de base. ) PIN BASE (OPCIONAL)Estos son fototransistores tipicos.SIMBOLOS DE FOTOTRANSISTORES. B~ B~ ~ NPN NPN (SIN PIN BASE) FOTODARlINGTONSCOMO SON UTILIZADOS LOS FOTOTRANSISTORESLos fototransistores frecuentemente son utilizadospara detectar fluctuaciones de señales de luz (c.a)Este diagrama utiliza una luz estable (c.c.)para energizar el relevador. H EL DIODO PROTEGE AL TRANSISTOR DE VOLTAJE PRODUCIDO RELAY EN LA BOBINA -- DEL RELEVADOR LUZ PINES DE CONTACTO DEL RE LEVADOR
  3. 3. EL ABC DE LA ELECTRONICA APAGADO " FOTON 1 /FOTOTIRISTORES ~ ~ CORRIENTE PEOUEÑA ENCENDIDOLos fototiristores son varios tipos de tiristores activadospor luz. Puede imaginárselos como interruptores activados -c-por luz. El miembro más importante de la familia es elrectificador controlado de silicio activado por luz (Iascr).También se producen los triacs activados por luz. Ningunopuede conmutar tanta corriente como el tiristorconvencional. ANODOSCRS ACTIVADOS POR LUZ (LASCR)Para mejorar su sensibilidad a la luz, el lascr esfabricado más delgado que los ser estándares. Esto AREA SENSIBLE-limita la cantidad de corriente que pueden conmutar. ALALUZPara aplicaciones de alta corriente, un lascr puede serutilizado para disparar un ser convencional.TIPOS DE LOS SCR. La mayoría de los LASCR pueden conmutar algunos cientos de volts. La máxima corriente es unicamente de algunas decimas de un ampere.COMO SON UTILIZADOS LOS LASCR. *Una vez disparado, el A zumbador se mantiene LUZ encendido hasta que la energía P es interrumpida. + ib@§ N P RESISTENCIA DE COMPUERTA UN DESTELLO RAPIDO C ZUMBADOR PIEZOELECTRICO DE LUZ GATILLARA ELLASER Este diagrama permite al lascr activar un zumbador de tono agudo.CELDAS SOLARESLas celdas solares son fotodiodos de unión pn con unárea sensible a la luz excepcionalmente amplia. Una CELDAS FOTOVOLTAICAScelda solar individual de silicio genera 0,5 volts en laluz brillante del sol. +
  4. 4. EL ABC DE LA ELECTRONICAOPERACION DE LA CELDA SOLAR. OBSCURO ~ <c.:»: ( + SELDASOLAR A ALTA V CORRIENTE ~~ O=: O=: O.JJ! ~ UNA CELDA DE ESTE TAMAÑO EN LUZ DE SOL BRILLANTE ¡====ti .• k :=====l{ __ CONTACTO GENERARIA 0.1 AMP. [ LAS CELDAS DE SILICIO DELANODO PUEDEN SU P EN N.TIPOS DE CELDAS SOLARES Símbolos de las celdas solares Son fabricados varios tipos diferentes de celdas solares de silicio. Frecuentemente las celdas individuales se conectan ~~ en serie o en paralelo. SERIE PARALELO •... ~1F 11 EL VOLTAJE LA CORRIENTE DE SALIDA ES DE SALIDA ES LA SUMA DE LOS LA SUMA DE LAS VOLTAJES DE CORRIENTES LAS CELDAS DE CELDASCOMO SE UTILIZAN LAS CELDAS SOLARESUna serie de celdas solares puedencargar baterias recargables. RECUERDE LAS CELDAS PUEDEN SER DE MATERIAL P EN N e o o "----" GRUPO DE CELDAS .:. _ 01000 SOLARES CONECTADAS EN SERIE +5. CIRCUITOS INTEGRADOS COMPONENTES ENTREDALos circuitos electrónicos pueden ser fabricadossimultáneamente uniendo transistores individuales, ,/diodos y resistencias, en un pequeño chip de silicio.Los componentes son conectados uno al otro con"alambres" de aluminio depositados en la superficie ~~ ~del chip. El resultado es un circuito integrado. ~ ~ /#/ CIRCUITO INTEGRADOLos circuitos integrados o (ic) pueden contener desde unos pocos a varios cientos de miles de transistores.Estos han hecho posible los video juegos, relojes digitales, computadoras y muchos otros productos sofisticados,aquí se muestra una sección de un circuito integrado bipolar altamente ampliado y simplificado:
  5. 5. EL ABC DE LA ELECTRONICA DIOXIDO DE SILICIO ALAMBRADO DE ALUMINIO N EL DIOXIDO DE SILICIO ES UN VIDRIO COMO SUSTANCIA DE AISLAMINTO Resistencia: Una sección Diodo: Una unión pn Transistor: Un par de pequeña de silicio tipo p forma un diodo uniones pn forman un forma una resistencia transistor npn.Por supuesto los componentes mostrados arriba forman parte de una sección de ic altamente ampliada y noestán dibujados en la misma escala, !un tipo de ic incluye 262,144 transistores en un chip de silicio únicamenteen un cuadro de 1/4 de pulgada!TIPOS DE CIRCUITOS INTEGRADOS Los circuitos integrados están agrupados en dos categorías principales:1. Los ies analógicos (o lineales) producen, amplifican o responden a voltajes variables, los ies ana lógicosincluyen muchos tipos de amplificadores, temporizadores , osciladores y reguladores de voltaje.2. Los ies digitales (o lógicos) responden a, o producen señales que tienen únicamente dos niveles de voltaje.Los ies incluyen microprocesadores, memorias, microcontroladores y muchos tipos de chips simples.ALGUNOS ICS COMBINAN FUNCIONES ANALOGICAS y DIGITALES EN UN SOLO CHIP.Por ejemplo, un chip digital puede incluir un regulador de voltaje analógico integrado. Y un chip temporizadoranalógico puede incluir un contador digital integrado para suministrar retardos de tiempo mucho más largos quelos que podrían lograr usando solo temporizador. VOLTAJE DENTRO O FUERA DEL CLIP r- r- ,..... ,..... - ( NO VOLTAJE DE FUENTE DE PODER) n~~ n~~ENCAPSULADO DE LOS CIRCUITOS INTEGRADOSLos ic son suministrados en varios encapsulados diferentes. En la actualidad el encapsulado más común es elde terminales distribuidas en dos hileras paralelas a los lados (o dip). Aunque hay una enorme tendencia a losdispositivos con terminales que no atraviesan la tarjeta (montaje superficial o smd) el dip está fabricado deplástico (más económico) o de cerámica (más robusto). La mayoría de los dips tienen 14 ó 16 pines, pero lanumeración del pin puede ser del rango de 4 a 64 pines, aquí se muestra un dip típico.
  6. 6. EL ABC DE LA ELECTRONICA MC140218 11I IiJIm Bllmfla NUMERO I-A MC14021 B -e DEPARTE ). LOGODEL O CP9924- _ CODIGO FABRICANTE FECHA IIElElIIBBII / NUMERO MARCA DELINDICE DEPINES ( INDICA 1 ) PIN /~/ II J~BOTEDE " METALOtro encapsulado de ic es el tO-5, aunque es muy robusto,ha sido reemplazado en varios casos por dips de plásticomás económicos. ~PINES6. CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALESNo importa que tan complicados sean, todos los circuitos integrados digitales son fabricados de bloque sencillosllamados compuertas. Las compuertas son como switches controlados electrónicamente. Los switches puedenestar encendidos o apagados, pero ¿cómo operan las compuertas?, comencemos con lo básico.COMPUERTAS CON SWITCH ES MECANICOSLas tres compuertas más simples pueden ser demostradas con algunos switches de push, una batería y unalámpara.Compuerta "and" con switches, la lámpara se ilumina únicamente cuando el switch A y B se cierran. La tablaresume la operación de las compuertas y se le llama tabla de verdad. A B SALIDA OFF=SWITCH ABIERTO OFF OFF OFF ON= SWITCH CERRADO OFF ON OFF INTERRUPTOR DEBOTON ON OFF OFF NORMALMENTE ABIERTO ON ON ON LAMPARA I.::===========.¿J (APAGADA)Todas las posibles combinaciones on-offCompuerta "or" con switches la lámpara se ilumina únicamente cuando el switch a o el switch b o ambosswitches a y b se cierran. Aquí se muestra la tabla de verdad: ~NTERRUPTOR DEBOTON A B SALIDA NORMALMENTE ABIERTO OFF OFF OFF OFF ON ON ON OFF ON ON ON ON LAMPARA (APAGADA)
  7. 7. EL ABC DE LA ELECTRONICACompuerta "not" con switch la lámpara se ilumina. Unicamente cuando el switch se abre, si se cierra el switchla lámpara se apaga. En otras palabras, la compuerta "not" invierte la acción usual de un switch. Aquí semuestra la tabla de verdad: INTERRUPTOR LA COMPUERTA "NOT" ES ----No~~~~~~~TE CERRADO LLAMADA USUALMENTE ENTRADA SALIDA INVERSOR. OFF ON ON OFF I I <, 1 LAMPARA ( ENCENDIDA)LA CONEXION CON EL BINAR 10Es posible substituir los estados off y on de un switch por dígitos 1 y O. y con esto creamos las tablas de verdadpara las compuertas de la página anterior:COMPUERTA "AND" COMPUERTA "OR" COMPUERTA "NOT"A B SALIDA A B SALIDA ENTRADA SALIDAO O O O O O O 1O 1 O O 1 1 1 O1 O O 1 O 11 1 1 1 1 1 Las combinaciones en las entradas 1y O (AyB) forman números en el sistema numérico binario de dos dígitos (o bits). En electrónica digital, los números binarios sirven como códigos que representan números decimales, letras del alfabeto, voltajes y muchos otros tipos de información.DECIMAL BINARIO DECIMAL CODIFICADO EN BINARIO (BCD) Factores binarios- Un número binario O 1 óO O 0000 0000 es un bit un patrón de 4 bits es medio byte un1 1 0000 0001 patrón de 8 bits es un byte.2 10 0000 00103 11 0000 0011 BCD- A cada dígito decimal se le asigna su4 100 0000 0100 equivalente binario. Observe que se muestran5 101 0000 0101 los ceros de la derecha.6 110 0000 0110 En la electrónica digital todas las ubicaciones7 111 0000 0111 de los bits están ocupadas.8 1000 0000 10009 1001 0000 1001 FACTORES BINARIOS10 1010 0001 0000 13 14 1511 1011 0001 000112 1100 0001 0010 + + +13 1101 0001 001114 1110 0001 010015 1111 0001 0101 PARALELO ,Los números binarios se pueden enviar a traves de RAPIDO , ,,cables (buses) todos a la vez (comunicación paralelo) ,: o ,,: oo un bit a la vez (comunicación serie) aquí se muestra ,,una transmisión serie y una paralelo de los numeras o SERIAL15 ... 14 13 ... 12. LENTO .------12------++------ o o I -8
  8. 8. EL ABC DE LA ELECTRONICACOMPUERTAS CON OIOOOSMuy frecuentemente es mejor controlar una compuerta de manera eléctrica que mecánica. La compuertaeléctrica mente controlada mas simple utiliza diodos de unión pn que son apagados (polarización inversa) oencendidos (polarización directa) por una señal de entrada de varios volts (binario 1 o aHQ) o una entradacercana a o tierra (binario O o .bgjQ).COMPUERTA "ORO CON OIOOOS COMPUERTA "ANO" CON OIOOOS A SALIDA A (jjIN~9~14~=1F==;r======t> SALIDA (CON RSPECTO l (CON RSPECTO B ATIERRA) B -, DIODOS A TIERRA) RESISTOR~ ( TIERRA ( TIERRA ==========~==== ============~===== Cuando el voltaje de entrada en ª o en más positivo que tierra, éste pasa a través del º es ª Cuando el voltaje de entrada en y Q es más positivo que tierra, la corriente fluye de la baterfa diodo polarizado directamente y se presenta en a través de la resistencia a la salida. Si a o b la salida. De otra manera la salida está en o está en, o cerca de tierra, uno o ambos diodos cerca de tierra. La tabla de verdad es valida para se polarizan directamente y la corriente fluye entradas de O volts ( o bajo) y +6 volts (1 o alto). en dirección contraria a la salida. :=:rr~OA A 8 SALIDA av av av aV.BV .5V -=-/ o..----r- 6V 6V av 6V .5V 5.4VLa salida no alcanza los 6 volts totales cuando Al complicarse más los circuitos, lases alta porque los diodos requieren un voltaje ilustraciones pictorales no son prácticas. Poren sentido directo de 0,6 volts. Este voltaje es esto, en esta página se introduce los diagramassubstraído del voltaje de salida. ( En electronica de circuitos para cada uno de los dos dibujosun diodo de silicio causa una "caída de voltaje" pictoriales mostrados arriba. Más tardede 0,6 volts.) entraremos a los diagramas de circuitos. Por lo mientras, la siguiente página muestra más de estos ....COMPUERTAS CON TRANSISTORESLa caída de voltaje en los diodos de las compuertas hacen necesaria una amplificación para conectar enconjunto una serie de compuertas. Puesto que los transistores pueden suministrar la amplificación necesaria,ilos transistores pueden funcionar como compuertas!. Se pueden utilizar tanto, bipolares como de efecto decampo. En esta pagina se muestran los diagramas de circuito para algunas de las compuertas de transistoresbipolares mas simples. Juntos forman la familia lógica digital de transistor - resistencia. Usted puede reproducirestas compuertas. Pero la razón principal de que estén aquí es para darle una apreciación de las compuertasde circuitos integrados que estaremos viendo muy pronto.
  9. 9. EL ABC DE LA ELECTRONICA COMPUERTA "NOT" (INVERSOR) ENTRADA SALIDA +V (3T09V) ----+--- Cuando la entrada in está ien +v (binario 1 o alto), el transistor q1 se L H enciende (Q.O} y conecta la salida out directamente a tierra (binario H L o bajo). Cuando in es baja, q1 conmuta a off y out SE: vuelve +v (a traves de r1). Las compuertas "not" como esta hacen posibles IN nuevas compuertas logicas importantes. SALIDA vZ ZZ1 B ~ BCCOMPUERTA "ANO" COMPUERTA""NANO" (NOT-ANO) +V +V 10K SALIDA L=LOW A B SALIDA A B SALIDA A H=HIG"I A 10K L L L L L H 10K L H L L H H H L L H L H B H H H B H H L 10K SALIDA 10K 7 Utilice un transistor 2n2222 o cualquier npn -de La función "not" está "integrada" (no se requiere de propósito general para todas estas compuertas un transistor extra.). COMPUERTA "OR" COMPUERTA "NOR" +V A B SALIDA 10K A B SALIDA A L L L L L H 10K SALIDA L H H L H L A H L H H L L 10K B H H H H H L 10K SALIDA 10K+V para todas estas compuertas puede ser +3 a Como la compuerta "nand", la funcion "not" está+9 volts. integrada.SIMBOLOS DE LAS COMPUERTASAntes de seguir con los circuitos integrados digitales, veamos los símbolos para los variados tipos de compuertas.Este también es buen momento para introducir varias compuertas que todavía no hemos tomado en cuenta.COMPUERTA "ANO" COMPUERTA "NANO" COMPUERTA "NANO" A B SALIDA A B SALIDA :D-SALIDA L L H L H L L L L :D--- SALIDA L L H L H L H H H H H H H H L .----G
  10. 10. EL ABC DE LA ELECTRONICA COMPUERTA "ORO COMPUERTA "NOR" A B SALIDA A B SALIDA L L L L L H :V--SALlDA L H H :V-SALlDA L H L H L H H L L H H H H H L COMPUERTA""EXCLUSIVE OR" COMPUERTA" EXCLUSIVE NOR " A B SALIDA A B SALIDA L L L L L H :=VSALIDA L H H : =I>-- SALIDA L H L H L H H L L H H L H H HLas compuertas lógicas con más de dos entradas se muestran abajo y son llamados circuitos lógicos porquerealizan decisiones lógicas. Las compuertas lógicas tienen frecuentemente mas de dos entradas. Adicionalmentelas entradas incrementan la decisión de energizar URa compuerta. Estas también incrementa el numero demodos de conexión de las compuertas para conectarse de una a otra y formar circuitos lógicos digitalesavanzados. Aquí se muestran dos ejemplos: COMPUERTAAND DE TRES ENTRADAS COMPUERTA NAND DE TRES ENTRADAS A 8 e SALIDA A 8 e SALIDA g~ L L L L L H L H L L L L g::[)- L L L L L H L H L H H H L H H L L H H H H L L L H L L H H L H L H L H H H H L L H H L H H H H H H H H LCOMPUERTAS DE UNA ENTRADALa compuerta "not" o inversor es muy importante ya que puede invertir la salida de otra compuerta. Por esohablando estrictamente, el inversor no es un circuito que hace decisiones (como las compuertas con dos omas entradas). Una compuerta relativamente parecida al inversor es el compensador (buffer), un circuito no-inversor que aísla las compuertas de otros circuitos o permite controlar cargas mas grandes de lo normal. Losinversores de tres estados y compensadores tienen una salida que puede ser desconectada electrónicamentede la memoria del circuito. La salida es entonces alta o baja~ BUFFER INVERSOR (NOT) IN{>- OUT ~ ~ I~ IN~OUT ~ ~ I~ BUFFER DE 3 ESTADOS INVERSOR DE 3 ESTADOS CONTROL CONTROL IN-1>-OUT CONTROL L L IN L H OUT L H 1N--C>-our CONTROL L L IN L H H L OUT H X HI-Z H X HI-Z i "X" SIGNIFICA "NO IMPORTA" ! HI-Z SIGNIFICAALTA IMPEDANCIA DE SALIDA
  11. 11. EL ABCDE LA ELE.CTRONICACANAL DE ALTA VELOCIDAD DE DATOS (DATA HIGHWAYS)Frecuentemente los circuitos hechos de compuertas intercambian información (binario codificado como nivelesde voltaje ceros y unos O y 1 o bajos y altos), la información es usualmente enviada por alambres llamadosbuses (pistas). Un bus es cornoun canal de alta velocidad de datos. Puede ser un cable a través del cual envíala información en serie (bit por bit). O pueden ser ocho (o mas) alambres a través de los cuales la informaciónes enviada en paralelo ( un byte o mas a la vez). En ambos casos, por supuesto, se requiere de una tierra paracompletar el circuito.VIGILANTES DE TRAFICO DE 3 ESTADOSLas compuertas de tres estados pueden detener "los embotellamientos de tráfico" en los buses. Por ejemplo: CONTROL CONTROL CONTROL Unicamente entran al bus de datosIN IN B IN seleccionados = por el buffer (control 1).COMO SE UTILIZAN LAS COMPUERTASLas compuertas pueden ser utilizadas individualmente o conectadas conjuntamente para formar una "red" decompuertas llamadas un circuito lógico. Casi todos los circuitos lógicos pueden ser reemplazados por uno dela siguiente categoría: Combinacional o secuencial.CIRCUITOS LOGICOS COMBINACIONALESLos circuitos lógicos combinacionales responden a los datos entrantes ( O Y 1 ) casi inmediatamente. ( Estotendrá más sentido cuando lea acerca de los circuitos secuenciales). Los circuitos lógicos combinacionalespueden ser muy simples o inmensamente complicados. Virtualmente cualquier circuito combinacional puedeser implementado únicamente con compuertas "nand" o "nor". Como estos circuitos de compuertas" ..nand" .... COMPUERTA" NANO" DE 4 INVERSORES ENTRADAS Nota: Estos circuitos no BUFFERS muestran la conexión de tierra que debe estar COMPUERTA" ANO" presente Usualmente la tierra es el común para la entrada y la salida. COMPUERTA "OR EXCLUSIVA" COMPUERTA" OR "
  12. 12. EL ABC DE LA ELECTRONICA COMPUERTA " NOR " COMPUERTA" NOR EXCLUSIVA"COMBINACION DE DIFERENTES COMPUERTASaquí hay dos ejemplos de redes combinacionales que utilizan mas de un tipo de compuerta. (¡Recuerde, ambos circuitos pueden elaborarse completamente con compuertas "nand"!).SELECTOR DE DATOS DECODIFICADOR BINARIO A DECIMALLos datos en a o b son dirigidos a la salida bajo control Este convierte un numero binario de dos bitsde la entrada selector de datos (las "direcciones"). a su equivalente decimal.Este circuito se puede expandir para incluir muchasmas entradas y direcciones: o A----j OUT B -,--------i 2 AMBOS SIGNIFICAN 2 H H 3 + ~SIN CONTACTO 3 H H L H H LREDES COMBINACIONALES AVANZADASaquí se muestran algunos ejemplos de cuatro familias principales de redes combinacionales. Esta y otrasfamilias de redes están disponibles como circuitos integrados. Las cajas que aquí se muestran son símbolosde circuitos lógicos que representan redes complicadas de compuertas.MULTIPLEXOR A B x (SE LECTOR DE DATOS) y - DATA SELEC -. X L Y L OUT A X DEMULTIPLEXOR Y - DATA SELEC A B -. X L Y L INTO ... A OUT L H B OUT L H B C C H L e H L e D H H D D H H D CODIFICADOR DECODIFICADOR Convierte decimales y otros Convierte binario a decimal y datos a binarios. Utiliza bcd a digitos decimales en compuertas "or" pantallas digitales.
  13. 13. EL ABC DE LA ELECTRONICACIRCUITOS LOGICOS SECUENCIALESEl estado de la salida de un circuito lógico secuencial es determinado por el estado previo de la entrada. Enotras palabras. Los bits de datos se mueven a través de circuitos secuenciales paso por paso. Frecuentementelos datos avanzan un paso cuando se recibe un pulso de reloj, ( un circuito que emite un flujo estable depulsos). El bloque integrado de lógica secuencial es el flip-flop. s S A QEl flip-flop tipo "rs" basico( set - reset) tambien Q llamado de avalancha. Las salidas estan L L ( OISALLOWER ) siempre en estados opuestos. Significa L H H L "no" q) H L L H ~) H H NO C~ANGE R Q = NOT Q (IF Q = o ,Q = 1) s S A Q 6Flip-flop tipo "rs" con reloj este avalancha ignora los datos en s y r hasta que el a L L NO CHANGE pulso de reloj llega (o se L H L H activa).entonces cambia los estados de H L H L las salidas. H H ( OISALLOWEO ) a VAllO AFTER CLOCK R PULSE ARRIVES o Q <3 Q l L HFlip flop d(dato o delay) el flip flop d H H Lalmacena las salidas presentes entre los (OR)puisos de reloj. o o ó , , o DATA VAllO AFTER CLOCK PULSE ARRIVESFlip-flop tipo "jk" el flip-flop jk permite a J K a a L L NOCHANGE ambas entradas estar altas.( en cuyo L H L H caso sus salidas "se encienden o ClOCK H L H L apagan" o switchean su estado en H H " TOGGLE • cada pulso del reloj). VAllO AFTER CLOCK J PULSE ARRIVES Valido des pues del pulso de reloj
  14. 14. EL ABC DE LA ELECTRONICAFLlP-FLOP TIPO "T" (ENCENDIDO O APAGADO) SALIDA ( RANGO DE ENTRADA lfl)La salida de q es baja ( o alta) para cada pulsode entrada. Por lo tanto los pulsos de entradase dividen en H~I JlSUL L.-/ ~ENTRADA il a a ~. ~ -, r-l L--.J L--.J r-AQUI SE MUESTRAN VARIOS MODOS PARA HACER UN FLlP-FLOP TIPO "T": CLOCK Q S J Q T CLOCK HIGH o R K CLOCK a T----~REGISTRO DE ALMACEN DE DATOS FLlP-FLOP TIPO"O"aquí se muestra como cuatro flip-flops tipo "d" forman un registro de almacenamiento o memoria que "carga"(guarda) la palabra de 4 bits en las entradas a, b, e, d cuando la entrada del contador es "cronometrado"(pulsado).se encuentran disponibles muchos tipos de ic de registros. A B C o - CLOCK Q r- CLOCK Q - CLOCK Q r- CLOCK Q iD a 1- iD a 1- iD a 1- o a- I I I A B C o -ENTROA CORTADACONTADOR FLlP-FLOP TIPO "T"Aqui se muestra como cuatro flip-flops tipo "t" forman un contador binariode 4 bits: CONTEO o e B A o o o o o 1 :01 0+ :01 t A B C D 1 o o o 1 PULSOS DE ENTRADA 2 o o 1 o 3 o o 1 o H. - L=O ___ ~ 2 , o 4 o 1 o o T T 5 o 1 o 1 6 o 1 1 o 7 o 1 1 1 Cada flip-flop "t" divide los pulsos entrantes en dos. Como lo revela la 8 1 o o o tabla de verdad, el resultado es 0000-1111 conteos binarios. (El contador 9 1 o o 1 reinicia desde 0000 des pues del pulso numero 16). Existen muchos tipos 10 1 o 1 o de ic contadores, de los cuales muchos incluyen caracteristicas especiales 11 1 o 1 1 12 1 1 o o (conteo hacia arriba o abajo, reinicio o reset, etc.) 13 1 1 o 1 14 1 1 1 o 15 1 1 1 1
  15. 15. EL ABC DE LA ELECTRONICASISTEMA LOGICO COMBINACIONAL-SECUENCIALAbajo se muestra cómo los circuitos lógicos integrados combinacionales y secuenciales pueden formar uncircuito contador decimal, un sistema lógico digital muy simple.1. EL DIAGRAMA DE BLOQUES PULSOSASER CONTADOS BCD DECODIFICADOR DISPLAY .-- ~ CONTADOR BCDA 7 SEGMENTOSEl contador bcd avanza un conteo por cada pulsoentrante. Cuando el contador alcanza 1001 (9 endecimal), el contador se reinicia a 0000. Eldecodificador activa los segmentos apropiados de undisplay tipo led. +5V2. EL DIAGRAMA DE CIRCUITOS 16 5 12 7 A ENTRADA 14 1 DE CONTEO 7490 7448 b 2 9 B e 7490 = CONTADOR 3 d 6 8 2 C 7448 = DECODIFICADOR e 7 11 6 O LAS RESISTENCIAS 9 I R1 . R9 PROTEGEN 10 ~-----~A2J AL DISPLAY TIPO LEO DE EXCESIVA CORRIENTE "COMUN"3. EL CIRCUITO RE) L. e ENTRADA DEL CONTADOR R1- R7= ALCATODO COMUN ~_2----¿¡70 OHMS DEL DISPLAY ~ 9 a b e d e AL CATODO COMUN~
  16. 16. EL ABC DE LA ELECTRONICAFAMILIAS DE CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES Existen más de dos docenas de familias principales de circuitos integrados bipolares y mos. Cada ic (o chip) contiene una red lógica especifica o varios tipos de funciones lógicas. Aquí se muestran algunas de las familias de ic digitales principales: CUATRO COMPUERTAS " NANO" CMOS DE 2 ENTRADAS CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES BIPOLARES1. Lógica de transistor a transistor (ttl). La familia mas grande y la mas popular de los circuitos integradosdigitales. Pueden cambiar de estado mas de 20,000,000 veces por segundo. A muy bajo precio. Desventaja:Se deben enerqizar con una fuente de 5 volts. Utilizan mucha corriente. (Las compuertas individuales requierende 3 o 4 mili amperes). El mas utilizado es el de la serie 7400. El 7404, por ejemplo, contiene 4 inversores.2. TTL schottky de baja potencia (LS). El mas reciente tipo de ttl que consume únicamente el 20% de potencia.Desventaja: Mas costoso que el ttl estándar. El mas utilizado es el de la serie 74LSOO. CI DIGITALES CON MOSFET1. Los mos de canal p y n (pmos y nmos). Contienen mas compuertas por chip que el ttl. Son chips de variospropósitos especiales (microprocesadores, memorias, etc.). Desventajas: Pocas replicas para los chipspopulares ttl. Mas lentos que el ttl. Pueden requerir dos o mas fuentes de voltaje. Puede ser dañado pordescarga eléctrica estática.2. Mos complementarios (cm os) crecimiento muy rápido y los mas versátiles de la familia de ic digitales.Hay versiones de cmos de los chips ttl mas populares. Una serie utiliza los mismos números de asignación.El 74c04 por ejemplo, es el cm os equivalente del ttl 7404. Los nuevos cm os de alta velocidad son tanrápidos como el ttl. La mayoría de los cmos tienen un rango amplio de voltaje de alimentación ( típicamente+3 a 18 volts). Utiliza menos energía que cualquier otra familia de ic digitales. (Las compuertas individualesrequieren 0,1 de mili ampere). Desventaja: Puede ser dañado por descarga electrostática. Los ic cmos masutilizados son las series 74COO y 4000.
  17. 17. EL ABC DE LA ELECTRONICA7. CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALESLos niveles de voltaje de entrada y salida de los circuitos integrados lineales pueden variar en un rango muyamplio, el voltaje de salida es proporcional al voltaje de entrada. Por lo tanto, una-gráfica de la entrada contrala salida es una línea recta (lineal). Existen muchos tipos de ic lineales. Únicamente los principales ic secubren aquí. Primero vamos a comparar los circuitos básicos lineales y digitales:EL CIRCUITO LINEAL BASICOUn transistor de efecto de campo o bipolar puede operar como un circuito lineal o digital. En ambos casos, eltransistor puede invertir la señal a su entrada. Abajo se muestra como un transistor bipolar npn puededesempeñar las cuatro funciones: Q1~~ ENTRADAALTO ENTRADA E sC flsAJO AJG~D •• L n1~1i3KPr==H==ª=fl v r:-ON v ~r, ~llCOFF en ENTRADA +V ~ c:í ENTRADA +V GRAFICA VOLTAJE DE COLECTOR APROXIMADO DIGITAL: LINEAL:DIGITAL: LINEAL:El transistor 01 es utilizado como un interruptor. Aquí 02 es un amplificador que opera sobre todo elCuando la entrada está cerca de +v (o alta), 01 se rango de encendido total a apagado total. R4 y R5enciende y elled1 se ilumina. Cuando la entrada forman un divisor dé voltaje que aplica un voltajeesta cerca de tierra (o baja), 01 se apaga. Elled1 pequeño a la base de 02 para que se conservese apaga y permite que el led2 se ilumine. (R2 polarizado aun en ausencia de voltaje de entrada.controla la corriente a través de ambos leds). Este Esto permite a 02 operar en el modo lineal. Cuandocircuito es entonces un buffer o un inversor digital. el voltaje sube, el led 3 brilla mas intensamente y el led 4 se oscurece.AMPLlFICADORES OPERACIONALESLos amplificadores operacionales ( u "opamps") son hasta el momento los mas versátiles de los ics lineales.Estos son llamados amplificadores "operacionales" ya que estos fueron originalmente diseñados paradesempeñar operaciones matemáticas. Los opamps amplifican la diferencia entre los voltajes o señalesaplicadas a sus dos entradas. El voltaje aplicado a una entrada solamente será amplificado si la segundaentrada es aterrizada o mantenida a algún nivel de voltaje.
  18. 18. EL ABC DE LA ELECTRONICAOPERACION DEL OPAMPEl opamp tiene una entrada inversora y una no inversora. La polaridad de un voltaje aplicado a la entradainversora es invertida en la salida. SL IN ~ OUT OUT SIMBOLO DEL OP-AMP -=- MODO INVERSOR MODO NO INVERSOR"RETROALIMENTACION DEL OPAMPLos circuitos que se muestran aquí arriba permiten al op-amp operar a sus niveles máximos de ampliación o(ganancia). Usualmente la ganancia es reducida a un nivel mas practico llevando la salida a la entradainversora (-) por ejemplo:V IN ----, (V~---t R2 ~ 11- REALlMENTACION AMPLIFICADOR INVERSOR >--+----;~V OUT GANANCIA = R2/ R1 VOUT = - V IN (R2 / R1 ) MODO INVERSORComparador opampCuando es operado sin una resistencia de retroalimentación (r2 de arriba), el voltaje de salida oscilara desdeun nivel completamente apagado a un nivel completamente encendido (o viceversa) cuando los voltajesaplicados a las entradas son diferentes, [aunque sea únicamente por o.oo tvoltsl . Este modo de trabajoparecido al digital hace posible varias aplicaciones útiles.Tipos de amplificadores operacionalesSe pueden encontrar opamp con mosfet o bipolares. Algunos opamp bipolares tiene entradas fet o mosfetpara suministrar una impedancia muy alta de entrada. Varios opamps diferentes son fabricados en su solo icque pueden incluir mas de cuatro opamps individuales.TEMPORIZADORESCuando opera como un comparador, el opamp puede ser utilizado como un temporizador. Esto requiere uncircuito RC (resistencia capacitor) como este: -sv R1 R 100K w ...., ~ :..J C §2 + C1 47¡tF TIEMPO CIRCUITO RC GRAFICA DE CARGA DEL RC TEMPORIZADOR
  19. 19. EL ABC DE LA ELECTRONleA , eEn el diagrama del circuito (arriba a la derecha),R1 y C1 forman un circuito RC. C1 se carga gradualmente a+9volts a través de R1. Cuando el voltaje en C1 excede el voltaje de referencia suministrado ala entrada noinversora del opamp su salida oscila de alto hacia bajo y ei led se ilumina. El retardo de tiempo se puedecambiar alterando los valores de R1 y C1 o ajustando R2 Descargue C1 para un nuevo ciclo (utilice elinterruptor de botón de presión).CItemporizadores - el sencillo circuito de arriba es el ingrediente clave de la mayoría de los circuitos integrados temporizadores. La mayoría incluye una salida flip-flop para dar una salida alta -o baja definitiva. Algunos incluyen un contador binario que avanza unconteo por periodo de retardo (o ciclo). El temporizador se recicla cada vez que el conteo avanza. Un decodiñcador en la salida del contador permite retardos completos de días a años o mas según sea seleccionado se encuentran disponibles ambos temporizadores bipolares y tipo cmos.Hecho famoso: Las computadoras analógicas utilizan opamps para resolver ecuaciones complejas! .GENERADORES DE FUNCION r---- I CUADRADA Estos ics generan varios tipos de ondas de salida ;- <i como los que aqui se muestran. La frecuencia ue las I TRIANGULAR ondas se puede controlar por un circuito re externo. 1---- I I -~- T- SENOIDAL IREGULADORES DE VOLTAJELos reguladores de voltaje convierten un voltaje aplicado a su entrada a un voltaje fijo o variable (pero usualmentemas bajo). En la mayoría, se aplica un voltáje fijo de referencia a la entrada no inversora de un opamp. Elvoltaje de referencia (o vref) es entonces amplificado por la relación de retroalimenta~ón y las resistencias deentrada (la ganancia). . . . +Si una de las resistencias es un potericiometro, elvoltaje de salida (Vout) puede ser variado de v« a +v (el VREFchip de fuente de voltaje). Los reguladores ic actuales >--_--~VOUTincluyen transistores extra para suministrar Vrer y permitirque el chip maneje cargas que requieren mayorpotencia que las que el opamp puede soportar por sisolo. REGULADOR DE VOLTAJE BASICOCI reguladoresVarios tipos de ic reguladores de salida variable o fija se encuentran disponibles en las tiendas de electrónica. La mayoría son instalados en encapsulados fabricados de metal o que tienen variaciones para disipar el calor excesivo en el aire ambiental. Precaución: Para mejores resultados se debe seguir las instrucciones de operación del fabricante y las precauciones de seguridad estándar.
  20. 20. EL ABC DE LA ELECTRONICAOTROS ICS LINEALESExisten circuitos integrados con numerosas funciones especiales, de las cuales muchas de estas estánincorporadas en los opamps. Por ejemplo:Amplificadores de audio - se pueden encontrar varios tipos. Algunos incluyen dos amplificadores en un chip(para sonido estereo). Mallas de fase cerrada- basado en una antigua pero inteligente idea en la cual un oscilador integrado en un chip duplica (o rastrea) la frecuencia de una señal entrante. Utilizada para detectar la presencia de ciertas frecuencias (como los tonos del teléfono) y para demodular las señales de radio fm. Otros ics lineales - existen varios tipos de chips incluidos en teléfonos, radio, tv, y comunicacionesde computación. También, muchos tipos de ics que detectan la temperatura, luz y presión.S.CONSEJOS PARA EL ENSAMBLE DE CIRCUITOSCIRCUITOS TEMPORALESSiempre es recomendable construir unaversión temporal de un circuito antes deensamblarlo de forma permanente.Posteriormente usted puede realizarcambios y averiguar que tan bien opera elcircuito. Hasta el momento la herramientamas importante para el ensamble decircuitos temporales es la placa modular de TABLILLA DEcontactos de presión o protoboard. Es EXPERIMENTACION MODULARbuena idea tener varias de ellas en sumesa de trabajo. Estas le permitiránconstruir circuitos enteros en minutos. 8888B 8BBB8 8Utilice "puentes" de alambre parainterconectar partes de los pines que nosean insertados en la misma columna delas terminales. Para evitar que se doblen CORTE MOSTRANDOsus pines (le pueden pinchar los dedos), LAS CONEXIONES DE LAS TERMINALEStenga mucho cuidado al instalar o remover COMUNES 88888 BBB88los ics. Consejo: Coloque la tablilla en una base y adicione potenciometros, baterías, leds, interruptores etc.
  21. 21. EL ABC DE LA ELECTRONICACIRCUITOS PERMANENTESCon la excepción de algunos circuitos muy simples, la mayoría de los circuitos permanentes sonensamblados de alguna forma en tarjetas de circuitos.CONSTRUCCiÓN DE UNA TARJETA PERFORADALas terminales de los componentes se insertan a través de lasperforaciones de una tarjeta fenólica o similar y se sueldan porel lado posterior de la tarjeta. Frecuentemente se deben utilizaralambres de conexión aislados. Una vez ensamblado, loscircuitos "de tarjeta perforada" son difíciles de reparar ya quelos pines de los componentes frecuentemente son trenzados ysoldados.CONEXiÓN ENROLLADALa manera mas rápida de ensamblar circuitos que utilizan varios ics. Utilice los sockets de ic de conexiónenrollada (con pines de conexión cuadrados). Se encuentran disponibles ambos tipos de herramientasenrolladoras, las manuales y las motorizadas. Si usted utiliza el tipo que requiere que alguna parte del aislamientodel alambre sea removido, enrolle algunas vueltas de alambre aislado alrededor del pin de conexión parafortalecer la conexión. MEJOR DIFICIL PARA HACER CAMBIOS < /_ (TARJETA L:=r=t~~~~====~~~~~ENROLLADO j--il J - CONECTOR DEL DIFICIL PARA HACER CAMBIOS ALAMBRE ENRROLLADO ~ ( :: ( ;: ~:: ,,:.: .... ,:. :.:. ::.,,:. " ~UNTA" ;::: ~ ENRROLLADOR TIPICO MANUAL ~ ~ i{- -::::::::: i""- INSERTE ALAMBREAAQUI ! ORIFICIO PARA TERMINAL ENRROLADORCIRCUITO IMPRESO (PCB)Suministra la apariencia más nítida y profesional de un circuito completo. No se requieren de sockets, pero lospines de los componentes se deben soldar en las guías de cobre del circuito. Los diseñadores utilizan dostipos que son:1. Tarjetas de rejilla perforada pre grabada tiene una plataforma de soldaduraen una laminilla de cobre encada orificio. En varias filas de tableros de orificios son conectadas por unas tiras laminadas de cobre comunes(como la placa modular de contactos). Usualmente es necesario unir algunos de los contactos en la tarjeta con"puentes" ( de longitudes cortas de conexión aislada o conexión enrollada). , ~ .
  22. 22. EL ABC DE LA ELECTRQNICA2.Tarjetas de circuito impreso personalizadas son fabricadas aplicando unacinta o cubierta química a la laminilla de cobre limpia-de un tarjeta fenólica. Elcobre descubierto es entonces químicamente removido, dejando atrás un patrónde pistas de cobre. Luego se hace una perforación para dejar los orificios paralos pines de los componentes. Toma demasiado tiempo, pero produ-ce circuitosimpecables.Instrucciones para la fabricación de circuitos impresos para aplicaciones especificas.Corno su nombre lo indica, sirven para un aplicación específica, o sea que un circuito de un radio sirveexclusivamente para el radio (al contrario de las tarjetas universales para prototipos y desarrolloselectrónicos) el proceso de fabricación para un circuito impreso es:-Corte del material al tamaño deseado.-Se pule la superficie de cobre con una lija fina o con una fibra "scoth brite" para quitar el recubrimientoantioxidante que trae el material desde fabrica, y para limpiar la superficie de cualquier impureza u óxido.-Elaboración del diseño de pistas para crear el circuito de interconexión de todos los componentes basadoen el diagrama del circuito electrónico.-Dibujar las pista con- marcador de tinta indeleble, con plantilla de símbolos transferibles "master círcuit", conalgún método térmico, etc., sobre la superficie de cobre del material.-La placa se coloca en un recipiente de vidrio o plástico con solución química de cloruro férrico "mastercircuit" agitando hasta que todo el cobre sin dibujo sea removido.-Se enjuaga la placa con agua abundante para quitar todo rastro de solución química-El marcador, los símbolo o los trazos se limpian con una fibra o con solvente, con la finalidad de quequeden las pistas con el cobre expuesto y más adelante se puedan soldar.-Perforar con taladro y brocas de carburo tungsteno o brocas convencionales, en los lugares y condiámetros adecuados a la ubicación y el tamaño de los componentes.-Pulir la superficie con lija fina y recubrir con barniz antioxidante-En algunos casos se cubren las pistas con una mascarilla antisoldante de color verde, que facilita lasoldadura por inmersión en crisol-En la cara opuesta se imprime o dibuja la asignación de componentes, así como leyendas para facilitar laubicación y ensamble de los componentes.Por último se ensamblan y se aplica soldadura a todos los componentes.COMO SOLDAREs indispensable la practica de una buena soldadura para la operación eficaz de un circuito conconexiones soldadas. Aquí se mencionan seis pasos para realizar una soldadura exitosa:1.Siempre utilice un cautín de baja potencia (25 o 40 watts). Asegúrese de estañar la terminal de acuerdo alas instrucciones del fabricante.2.Siempre utilice soldadura de"núcleo de resina" cuando solde componentes electrónicos. Nunca utilice soldadura de núcleo de ácido yaque oxidara el pin soldado.3.La soldadura no se adhiere a la pintura, grasa, aceite, cera o aislador derretido. Remueva toda la materiaextraña con un solvente, cepillo de acero o lija. Siempre pula el laminado de cobre de una tarjeta pc con uncepillo de acero antes de soldar. (El cobre debe estar brillante).4.Para soldar, primero caliente la conexión por pocos segundos (no la soldadura) con la punta del cautín.Luego deje el cautín en el lugar y ap"1iquesoldadura.5.Permita que la soldadura fluya a través y alrededor de la conexión antes de retirar el cautín. No apliquedemasiada soldadura o mueva la conexión antes de que se enfrié.
  23. 23. EL ABC DE LA ELECTRONICA6.Mantenga la punta del cautín limpio y brillante, retire lo siduos con una esponja mojada. CABLE DE ALlMENTACION ELEMENTO DE Precauciones al soldar CALENTAMIENTO 1. Un cautin de soldadura caliente puede PUNTA / TARJETA quemar su dedo o incluso iniciar fuego. Tenga cuidado!. 2.Desconecte el cautin cuando no lo este utilizando. ~~L- __ --:""", n . 3.Asegurece de que el cable de alimentacion n no se encuentre donde usted se puede n enredar. ( SOSTENGA LAS PARTES EN SU LUGAR CON CINTA)ENERGIZANDO CIRCUITOS ELECTRONICOSFuente de voltaje a bateriaVarios circuitos utilizan muy poca energía y pueden ser energizadas por baterías. Esto mantiene el circuitocompleto compacto y le permite ser operado en cualquier lugar.energía solarLas celdas solares pueden energizar sus circuitos directamente. O pueden utilizar un grupo de celdas solarespara cargar una bateria recargable.energía de líneaLa fuente mas simple de alimentación de línea es el muy conocido adaptador de ea. Estas unidades modularesson compactas y fáciles de utilizar. Se encuentran disponibles las unidades que tienen varios voltajes desalida y de corriente. Usted puede fabricar su propia fuente de alimentación de línea utilizando un ic reguladorde voltaje.PrecauciónLa seguridad debe ser su primer interés cuando construya su propia fuente de alimentación de línea. El cablede alimentación debe estar protegido de las orillas filosas de un orificio barrenado en un gabinete de metal,utilice una cubierta de goma, llamada gromet todas las conexiones a la línea de ea deben estar adentro y enuna caja totalmente cerrada!. Al dejar tales conexiones expuestas al exterior representa ~n peligro potencialde choque. Asegúrese que todos los componentes que se conectan a la línea ~ c.a~ ( )nté,rr~ptores, fusibles,transformadores, etc. ) Reúnan o excedan los requerimientos de su Mib_. ~ -... SUCIORESUMEN DE ENSAMBLE DE UN CIRCUITOEl recordatorio de este libro incluye los circuitos que usted puedeensamblar rápidamente en un protoboard. Es posible que ustedquiera fabricar versiones permanentes de algunos. Para mejoresresultados, diseñe el producto cuidadosamente. Un proyecto -, -, I I I l/PROYECTO r------""" / PULCROensamblado impecablemente será mas eficaz que los -Jensamblados desordenadamente. 00 KJ- / / / I I " -,

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