REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA ÁREA: CIENCIAS DE LA SALUD

PROGRAMA DE INGENIERA BIOMÉDICA AULA MOVIL MARACAY EDO – ARAGUA

[ELE-544] ELECTRÓNICA I

C O N C E P T O S & P R Á C T I C A S D E L A B O R A T O R I O

LUZ NOCTURNA AUTOMÁTICA

INVESTIGADORES

Acosta, Neil Leonardo A. CI: 13.953.856

Solano, Rafael CI: 9.687.711

González, José CI: 19.004.492

FACILITADOR

Prof. Francisco Fuentes

Maracay, 6 de Junio de 2015

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ÍNDICE GENERAL

CONTENIDO PÁGINA

INTRODUCCIÓN 3

a) CONCEPTOS 4

a) FUENTE DE PODER 4

b) REGULADOR DE VOLTAJE 4

c) FOTORRESISTENCIA 5

d) RESISTENCIA 6

e) POTENCIÓMETRO 7

f) LED 7

g) TRANSISTOR 2N-2222A 7

b) PRACTICA NRO 3 LUZ NOCTURNA AUTOMÁTICA 9

CONCLUSIONES 12

REFERENCIAS 13

ANEXOS 14

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INTRODUCCIÓN

La presente práctica de laboratorio consiste en el montaje del circuito Luz Nocturna

Automática. En primer lugar se definirán algunos conceptos que son de vital importancia

para comprender esta práctica, luego se estudiara en qué consiste el circuito, sus

aplicaciones, la lista de componentes que se requieren, su diagrama esquemático y se

realizara una modificación al circuito original para incluir en su circuitería más

componentes que permitan adaptar el circuito al montaje final. Además se realizara el

montaje del circuito en simulador y en la placa de prácticas (ProtoBoard) tanto virtual como

física, para ello se utilizaran como herramientas el simulador Virtual LiveWire Versión 1.11

y la placa de prácticas (ProtoBoard).

Los Estudiantes

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CONCEPTOS

a) FUENTE DE PODER: En electrónica, la fuente de alimentación o fuente de poder es el

dispositivo que convierte la corriente alterna (CA), en una o varias corrientes continuas (CC), que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta (computadora, televisor, impresora, router, etcétera).

En inglés se conoce como power supply unit (PSU), que literalmente traducido significa: unidad de fuente de alimentación, refiriéndose a la fuente de energía eléctrica.

Las fuentes de alimentación para dispositivos electrónicos, pueden clasificarse

básicamente como fuentes de alimentación lineal y conmutada. Las lineales tienen un diseño relativamente simple, que puede llegar a ser más complejo cuanto mayor es la corriente que deben suministrar, sin embargo su regulación de tensión es poco eficiente. Una fuente conmutada, de la misma potencia que una lineal, será más pequeña y normalmente más eficiente pero será más compleja y por tanto más susceptible a averías.

b) REGULADOR DE VOLTAJE: Un regulador de tensión o regulador de voltaje es un

dispositivo electrónico diseñado para mantener un nivel de tensión constante. Los reguladores electrónicos de tensión se encuentran en dispositivos como las

fuentes de alimentación de los computadores, donde estabilizan las tensiones de Corriente Continua usadas por el procesador y otros elementos. En los alternadores de los automóviles y en las plantas generadoras, los reguladores de tensión controlan la salida de la planta. En un sistema de distribución de energía eléctrica, los reguladores de tensión pueden instalarse en una subestación o junto con las líneas de distribución de forma que todos los consumidores reciban una tensión constante independientemente de qué tanta potencia exista en la línea.

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Regulador de Voltaje 7812 positivo: 78xx es la denominación de una popular familia de reguladores de tensión positiva. Es un componente común en muchas fuentes de alimentación. Tienen tres terminales (voltaje de entrada, masa y voltaje de salida) y especificaciones similares que sólo difieren en la tensión de salida suministrada o en la intensidad. La intensidad máxima depende del código intercalado tras los dos primeros dígitos.

c) FOTORRESISTENCIA: Un fotorresistor o LDR (por sus siglas en inglés "light-dependent resistor") es un componente electrónico cuya resistencia varía en función de la luz.

El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (puede descender hasta 50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras (varios megaohmios).

Su funcionamiento se basa en el efecto fotoeléctrico. Un fotorresistor está hecho de un

semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por las elasticidades del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante.

Las células de sulfuro del cadmio se basan en la capacidad del cadmio de variar su

resistencia según la cantidad de luz que incide en la célula. Cuanta más luz incide, más baja es la resistencia. Las células son también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV).

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Fotocelda o fotorresistencia, cambia su valor resistivo (Ohms) conforme a la

intensidad de luz. Mayor luz, menor resistencia y viceversa.. La variación del valor de la resistencia tiene cierto retardo, diferente si se pasa de

oscuro a iluminado o de iluminado a oscuro. Esto limita a no usar los LDR en aplicaciones en las que la señal luminosa varía con rapidez. El tiempo de respuesta típico de un LDR está en el orden de una décima de segundo. Esta lentitud da ventaja en algunas aplicaciones, ya que se filtran variaciones rápidas de iluminación que podrían hacer inestable un sensor (ej. tubo fluorescente alimentado por corriente alterna). En otras aplicaciones (saber si es de día o es de noche) la lentitud de la detección no es importante.

Se fabrican en diversos tipos y pueden encontrarse en muchos artículos de consumo,

como por ejemplo en cámaras, medidores de luz, relojes con radio, alarmas de seguridad o sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles.

También se fabrican fotoconductores de Ge:Cu (Germanio:Cobre) que funcionan

dentro de la gama más baja "radiación infrarroja".

c) RESISTENCIA: Se denomina resistor al componente electrónico diseñado para

introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito eléctrico. En el propio argot eléctrico y electrónico, son conocidos simplemente como resistencias. En otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., se emplean resistencias para producir calor aprovechando el efecto Joule.

Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la corriente que pasa. Se opone al paso de la corriente. La corriente máxima y diferencia de potencial máxima en un resistor viene condicionada por la máxima potencia que pueda disipar su cuerpo. Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea necesaria otra indicación. Los valores más comunes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W. Existen resistores de valor manualmente ajustable, llamados potenciómetros, reóstatos o simplemente resistencias variables. También se producen dispositivos cuya resistencia varía en función de parámetros externos, como los termistores, que son resistores que varían con la temperatura; los varistores que dependen de la tensión a la cual son sometidos, o las fotorresistencias que lo hacen de acuerdo a la luz recibida.

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d) POTENCIÓMETRO: Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es

variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.

Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reóstatos, que pueden disipar más potencia.

e) LED: Un led (del acrónimo inglés LED, light-emitting diode: ‘diodo emisor de luz’; el plural aceptado por la RAE es ledes) es un componente optoelectrónico pasivo y, más concretamente, un diodo que emite luz.

f) TRANSISTOR 2N-2222A: El 2N2222, también identificado como PN2222, es un transistor bipolar NPN de baja potencia de uso general.

Sirve tanto para aplicaciones de amplificación como de conmutación. Puede amplificar pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias; por lo tanto, sólo puede tratar potencias bajas (no mayores de medio Watts). Puede trabajar a frecuencias medianamente altas.

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Por todas esas razones, es un transistor de uso general, frecuentemente utilizados en

aplicaciones de radio por los constructores aficionados de radios. Es uno de los transistores oficiales utilizados en el BITX. Su versatilidad ha permitido incluso al club de radioaficionados Norcal lanzar en 1999 un desafío de construir un transceptor de radio utilizando únicamente hasta 22 ejemplares de este transistor - y ningún circuito integrado.

Las hojas de especificaciones señalan como valores máximos garantizados 500

miliamperios, 50 voltios de tensión de colector, y hasta 500 milivatios de potencia. La frecuencia de transición es de 250 a 300 MHz, lo que permite utilizarlo en aplicaciones de radio de alta frecuencia (hasta 300 MHz). La beta (factor de amplificación, hFe) del transistor es de por lo menos 100; valores de 150 son típicos.

El 2N2222 es fabricado en diferentes formatos, los más comunes son los TO-92, TO-18,

SOT-23, y SOT-223. Su complemento PNP es el 2N2907. El 2N3904 es un transistor de características

similares pero que sólo puede transportar un décimo de la corriente que el 2N2222 puede transportar; puede usarse como reemplazo del 2N2222 en caso de señales pequeñas.

Otro transistor de características similares, pero de mayor potencia es el 2N2219. Es un

transistor en formato TO-39, con una frecuencia de transición de 300 MHz, por lo cual puede ser usado en transmisores y amplificadores para HF, VHF y una cierta parte de UHF (300 MHz) con una potencia de salida de 1 a 2 watts, sabiendo que la máxima potencia que puede llevar a cabo es de 3 watts. Su complementario PNP es el 2N2905 al igual que el 2N2907. También existe otro transistor que es de similares características, el cual es el 2N3053, pero su potencia es de 1w y es sólo para aplicaciones entre 50 y 100 MHz.

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PRACTICA NRO 3 LUZ NOCTURNA AUTOMÁTICA

En qué consiste el circuito:

En nuestro hogar tenemos usualmente un bombillo que ilumina la entrada, el patio o

el jardín. Como es una luz que está en el exterior de la casa, frecuentemente a muchos se les olvida apagarla. La misma en muchas ocasiones queda prendida por horas, días y a veces por semanas, elevando el consumo de energía y pagos extras innecesarios.

Para resolver esto se podría diseñar un dispositivo electrónico que se encargue de

encender el bombillo, en el momento que el sol se oculta y de apagarlo automáticamente cuando el sol vuelve a asomarse al amanecer, igual que las lámparas de iluminación del alumbrado público. Por el factor económico solo montaremos el circuito electrónico, base de este dispositivo.

Este circuito también conocido como interruptor crepuscular, busca controlar de

forma automática el encendido y apagado de un led a través de una fotorresistencia que funciona en este caso como elemento sensor. De esta forma en el circuito cuando hay presencia de luz, la fotorresistencia bajara su resistencia casi a cero bloqueando así el voltaje positivo que le proporciona R1 a la base del transistor por lo cual queda conectado al negativo y no conduce (debido a que la corriente eléctrica circula siempre por el camino de menor resistencia). Por otro lado, en la oscuridad la fotorresistencia aumenta su resistencia tanto que se genera una diferencia de potencial sobre ella (voltaje) esto lo ve la base del transistor y conduce permitiendo que el led encienda. Sus aplicaciones: Entre las aplicaciones para este circuito, tenemos: Luz Nocturna Automática: Para ser instalada en el exterior, sirve para dejar de preocuparse por encender o apagar la luz cuando se sale de viaje, o cuando se llega tarde en la noche o se sale temprano en la mañana. Con este circuito se automatiza la luz exterior. Luz de pasillo que reciba la luz del día a través de una ventana. Haciendo algunas modificaciones al circuito podría incluso servir como:

a) Alarma luminosa: Esta alarma se activa cuando el haz de luz sobre la Fotocelda es interrumpido (puedes usar la luz de una bombilla de linterna a la cual se le hará una fuente para que permanezca encendida, esta puede ser de 3 voltios, no importa si es alterna o directa). Cuando la Fotocelda está recibiendo luz, presenta baja resistencia, bloqueando así el voltaje positivo que le proporciona R4 al terminal 4 del IC 555, manteniendo al multivibrador desactivado y la bocina no suena, cuando la fotocelda deja de recibir luz, su resistencia aumenta en fracción de segundos, lo que hace que le llegue el voltaje positivo al terminal antes mencionado, lo que activa la alarma. NOTA: La Fotocelda no debe de recibir otra luz que no sea la que le sirve para activarse.

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Comprobación del funcionamiento del circuito:

1) Se cubre el LDR con la mano hasta dejarlo completamente a oscuras. El diodo LED se debe encender.

2) Se destapa el LDR para que le incida luz. El diodo LED debe apagarse. Lista de componentes que se requieren: Materiales: (Circuito Original)

(1) B1: Baterías 9 y 12 VDC. (1) R1: Resistencia de 100K (Marrón, Negro, Amarillo – Dorado). (1) R2: Resistencia de 1K (Marrón, Negro, Rojo – Dorado). (1) R3: Resistencia de 500 (Verde, Negro, Marrón – Dorado). (1) R4: Fotorresistencia. (1) Transistor 2N – 2222A, NPN. (1) Diodo LED. (1) Placa de prácticas (ProtoBoard) física. (Varios) Alambres para conectar.

Materiales: (Modificación del Circuito Original) (1) V1: Fuente de Poder 13.8 VDC. (1) RG1: Regulador de Voltaje 7812 positivo. (1) VR1: Potenciómetro. (1) SW1: Interruptor.

Diagrama esquemático del circuito original:

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Modificación del circuito original: (Para incluir en su circuitería más componentes que permitan adaptar el circuito al montaje final)

Montaje del circuito original en simulador LiveWire Versión 1.11

Montaje del circuito original (Modificación) en simulador LiveWire Versión 1.11

Montaje del circuito en la placa de prácticas (ProtoBoard) física

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CONCLUSIONES

La presente práctica buscaba representar el circuito correspondiente a la práctica

Nro 3 LUZ NOCTURNA AUTOMÁTICA y el contenido teórico relacionado con la misma.

El montaje de este circuito nos permitió conocer el funcionamiento de nuevos componentes

como la Fotorresistencia, la cual como se dijo es un componente que varia su resistencia en

función de la intensidad de luz que incide sobre ella. También vimos el transistor 2N2222A

el cual nos sirvió como interruptor para automatizar el sistema de luz nocturna. El mismo

para conmutar solo requiere alimentación positiva en su base y en caso contrario dejaba de

conducir. Al realizar dicha práctica pudimos evaluar el comportamiento de componentes

como la fuente de voltaje 13,8 VDC y una batería de 9VDC las cuales fueron nuestro

sistema de alimentación, frente a otro componente como fue el Regulador de Voltaje

positivo el cual nos sirvió para adecuar el voltaje de alimentación a unos 12 VDC más

estables. Ya que la fuente de alimentación nos daba 13,8 VDC a su salida. Su forma de

conectarlo es simple, Pin 1 entrada, pin 2 a tierra y pin 3 salida al circuito ya que es el pin

por donde sale el voltaje regulado.

La ventaja del circuito LUZ NOCTURNA AUTOMÁTICA es que al llevarlo a un

circuito impreso, podríamos colocarle a su salida (o sea, justo donde va el diodo led) un relé

o un semiconductor de mayor potencia (pudiera ser un triac) y esto nos permitiría controlar

un bombillo para el alumbrado exterior de nuestro hogar.

Además hicimos el montaje de los circuitos tanto en digital con el programa

simulador LiveWire Versión 1.11 y en la placa de prácticas (ProtoBoard) lo cual nos sirvió

de mucha ayuda en las prácticas ya que pudimos observar su correcto funcionamiento y

nos permitió realizar el montaje final en la placa de pruebas. De estos circuitos se hicieron

capturas de pantallas y se anexaron a cada práctica y hablan por sí solas.

Los Estudiantes

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REFERENCIAS

PÁGINAS WEB CONSULTADAS:

EL CONDUCTOR ELÉCTRICO (Ley de Ohm) http://www.profisica.cl/comofuncionan/como.php?id=19

LUZ NOCTURNA AUTOMÁTICA http://www.forosdeelectronica.com/proyectos/luz-nocturna-automatica.htm

PROTOBOARD: LUZ NOCTURNA AUTOMÁTICA https://www.youtube.com/watch?v=Dnet91g0FKA

DOCUMENTOS:

PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA Sexta edición Albert Paul Malvino West Balley College McGRAW-HILYINTERAMERICANA DE ESPANA, S. A. U.

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ANEXOS

TABLA DE VALORES DE LAS RESISTENCIAS ELÉCTRICAS DE CARBÓN