INFORME DE LABORATORIO No 4

Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Transistor

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Resumen: El desarrollo de la automatización de procesos presentes en eldiario vivir del usuario, orientados a mejorar la calidad de vidadel individuo se relaciona muy estrechamente con el uso de materiassemiconductores como lo son los transistores partiendo de una lógicapuramente análoga, en este documento el lector podrá encontrar, unaserie de circuitos electrónicos orientados a automatizar procesoscotidianos utilizando para tal efecto el uso de la lógica análoga ydonde se podrá evidenciar como factor común durante este proceso aluso de transistores BJT, y principalmente el uso de estos elementosde forma que estos trabajen como conmutadores, detectores deradiación óptica, compuerta de dos estados, temporizador, uninversor de giro de motores, y como un detector de barrera.utilizando para tales fines una polarización y el manejo de un puntode carga Q adecuado dependiendo de la finalidad que se quiereobtener del transistor

1.2 Abstract: The development of process automation present in thedaily life of the user, aimed at improving the quality of life ofthe individual is closely related to the use of semiconductormaterials such as transistors based on a purely analog logic, inthis document reader may find a number of electronic circuitsdesigned to automate daily processes using for that purpose the useof logic and analog which may demonstrate a common factor in thisprocess the use of BJT transistors and mainly using these elementsform these work as switches , optical radiation detectors , two-state gate , timer , an investor rotation engine , and as a barrierdetector . using a polarization for such purposes and handling aload point Q appropriate depending on the purpose to be achievedtransistor

2. Palabras Clave: polarizaciones, transistores, diseño,automatización, configuración.

INFORME DE LABORATORIO No 4: “IMPLEMENTACION DE CIRCUITOSCON TRANSISTORES EN MODO DE CONMUTACION

Diego Leonardo Barón Espitia 201321693Jhon Edison Bernal Rojas 201321744

Santiago Andrés Estupiñan Rondón 201320710

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3. Introducción En la actualidad el uso de los transistores está ligadoa procesos que se pueden definir como amplificación o conmutación loque con lleva a ofrecer gran tipo de utilidades en la rama de laelectrónica. Los diferentes usos están ligados directamente a como sepolarice el transistor. Las diferentes polarizaciones de un transistorofrecen soluciones planteamientos propios de modelos de automatizaciónde dispositivos así si se necesita por ejemplo detener un motor cuandoeste alcance un punto máximo en el cual su componente mecánica puedasufrir algún tipo de avería, se puede recurrir al principio de unadetector de barreara para lo cual el transistor debe ser polarizado pordivisión de tensión y donde RB2 debe ser sustituida por unafotorresistencia la cual en ausencia de luz que la excite enviara elsistema a corte lo que causara que el sistema detenga el motor.

Transistor: es un dispositivo semiconductor que permite el controly la regulación de una corriente grande mediante una señal muypequeña. Existe una gran variedad de transistores. En principio,se explicarán los bipolares. Los símbolos que corresponden a estetipo de transistor son los siguientes:

(Imagen1 Diferentes tipos de transistor BJT)

Relé: Es un dispositivo que consta de dos circuitos diferentes: uncircuito electromagnético (electroimán) y un circuito decontactos, al cual aplicaremos el circuito que queremos controlar.En la siguiente figura se puede ver su simbología así como suconstitución (relé de armadura).

Led: Un led o diodo emisor de luz es un dispositivo semiconductor(diodo) que emite luz incoherente de espectro reducido cuando sepolariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por éluna corriente eléctrica

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(Fig. 2: Símbolo de un diodo led)

El color, depende del material semiconductor empleado en laconstrucción del diodo y puede variar desde el ultravioleta,pasando por el visible, hasta el infrarrojo

(Tabla 1: materiales y los diferentes colores que producen en elled)

Diodo 1N4007: es uno de los diodos de una serie muy utilizados eninfinidad de equipos electrónicos. Se utiliza principalmente paraconvertir la corriente alterna en directa. Su encapsulado es de tipo DO-41.

Principales característicasTensión inversa de pico máximo: 1KV (VRRM) MaxTensión máxima en un circuito rectificador de madia onda con cargacapacitiva: 500 V (Vef)Rango de temperatura: - 65 ºC a +125 ºCCaída de tensión: 1,1 V (VF) maxCorriente en sentido directo: 1 A (If)Corriente máxima de pico: 30 A (Ifsm) maxAplicacionesFuentes de alimentación.Otros dispositivos que lo requieran

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Motorreductor: Los Reductores o Motorreductores son apropiadospara el accionamiento de toda clase de máquinas y aparatos de usoindustrial, que necesitan reducir su velocidad en una forma seguray eficiente.

Las transmisiones de fuerza por correa, cadena o trenes deengranajes que aún se usan para la reducción de velocidadpresentan ciertos inconvenientes.

Al emplear reductores o motorreductores se obtiene una serie debeneficios sobre estas otras formas de reducción. Algunos de estosbeneficios son:

o Una regularidad perfecta tanto en la velocidad como en lapotencia transmitida.

o Una mayor eficiencia en la transmisión de la potenciasuministrada por el motor.

o Mayor seguridad en la transmisión, reduciendo los costos enel mantenimiento.

o Menor espacio requerido y mayor rigidez en el montaje.o Menor tiempo requerido para su instalación.

Pulsador: Un pulsador es un operador eléctrico que, cuando se oprime, permite el paso de la corriente eléctrica y, cuando se deja de oprimir, lo interrumpe.

Se emplea en los timbres, las máquinas expendedoras de refrescos, los teclados de los ordenadores, para seleccionar el piso en los ascensores y en otras muchas aplicaciones.Por lo general, los contactos del pulsador están abiertos; es decir, no dejan pasar la corriente.

También existen pulsadores que normalmente tienen los contactos cerrados; es decir, la corriente estará circulando hasta que lo usemos. Al pulsar, el circuito se abre y deja de funcionar. Este tipo de pulsadores se utilizan normalmente para la parada de emergencia de máquinas o mecanismos. Sensor óptico de barrera H21A1: Un sensor fotoeléctrico ofotocélula es un dispositivo electrónico que responde al cambio en

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la intensidad de la luz. Estos sensores requieren de un componenteemisor que genera la luz, y un componente receptor que percibe laluz generada por el emisor. Están diseñados para la detección,clasificación y posicionado de objetos.

Fotorresistencia: El LDR (Light Dependent Resistor) o resistenciadependiente de la luz o también fotocélula, es una resistenciaque varía su resistencia en función de la luz que incide sobre susuperficie. Cuanto mayor sea la intensidad de la luz que incide enla superficie del LDR menor será su resistencia y cuanto menos luzincida mayor será su resistencia

Reed Switch: Como se puede deducir por el título en primer lugarestamos hablando de un interruptor (switch), la particularidad quedistingue al reed switch respecto a los otros interruptores es quese ve activado por la presencia de un campo magnético. Cuando esnormal abierto los contactos se cierran en la presencia del campo;cuando es normal cerrado se abren en presencia de un campomagnético. Fue inventado por W. B. Elwood en 1936 cuando trabajabapara Laboratorios Bell.

4.1 Materiales:

Transistores 2N3904. Transistores 2N3906. (4) Transistores TIP122. (2) Transistores TIP31. (2) Transistores TIP32. Diodos LED. Motorreductor. Diodos 1N4007. (2) Sensor óptico de barrera H21A1 o similar. Pulsadores. (1) fotorresistencia (2) reed switch

4.2. Procedimiento: Utilice las configuraciones que crea convenientes con transistores y/odiodos para dar solución a los siguientes problemas mediante circuitosde media complejidad:

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1. Puerta de garaje automática:

Implemente un prototipo de sistema para la apertura de una puerta degaraje mediante un motorreductor y un sensor de presencia del vehículoen la entrada de la puerta; se debe detectar cuando la puerta seencuentre en su posición completamente cerrada o completamente abiertapara detener el motor y evitar que éste se queme o se dañe elmecanismo de arrastre de la puerta. Simule el circuito.

2. Banda transportadora de productos:

Implemente el prototipo de una banda transportadora de productos quepermita llevar los mismos hasta la caja registradora; la banda debeactivarse con un sensor en el extremo opuesto de la caja y debedetenerse cada vez que un producto llega a la zona de registro delcajero.

3. Luz automática para alumbrado público:

Implemente el prototipo de un sistema para el encendido de una lámparacolocada en un poste de alumbrado público una vez se detecte que laluz día se ha desvanecido; como condición se tienen 5 postes que seaccionarán con un único sensor; la luz del poste debe apagarse si sedetecta luz simulando el día.

4. Secuenciador de luces para pista de aterrizaje:

Implemente el prototipo de luces LED que destellen alternadamentesimulando el sistema de luces de una pista de aterrizaje de aviones;como condición, se debe tener un tiempo de encendido-apagado deaproximadamente 2 segundos.

5. Cantonera temporizada:

Implemente el prototipo de una cerradura electrónica que realice laapertura de una chapa de seguridad por movimiento de motor (cantonera)durante un tiempo de 7 segundos y posteriormente se cierre hasta lapróxima orden de apertura; el sistema solo se abre si se presionansimultáneamente 2 botones ubicados en la puerta.

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6. Detector de inserción de tarjeta bancaria:

Implemente el prototipo de un detector de presencia de una tarjetabancaria que es introducida a la máquina a partir de bandas conectadasa un motorreductor; se debe detectar la entrada de la tarjeta con loque se acciona el motor de carga de la tarjeta; cuando la tarjeta seubique totalmente dentro del dispositivo, se debe detener la bandapara la lectura de un chip (simulado); debe tener un pulsador deextracción de tarjeta y dos LED (Rojo para indicar que no se insertótarjeta y verde para indicar que está ubicada en posición).Sugerencia: utilice sensores H21A1 y circuitos biestables.

Análisis de resultados:

1. Puerta de garaje automática:

Para la puerta de garaje automática se implementó el siguientecircuito:

(Imagen 1: Circuito Puerta automática implementado)

En simulación:

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(Imagen 2: Circuito Puerta automática implementado en simulación)

Como se puede observar las fotorresistencias fueron usadas con elfin de actuar como interruptores que impidieran o por el contrariodieran paso para el giro del motor en un puente H.

2. Banda transportadora de productos:

Para el circuito de la banda transportadora de productos seimplementó el siguiente circuito:

(Imagen 3: Circuito banda transportadora implementado con motor enOff)

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(Imagen 4: Circuito banda transportadora implementado con motor enOn)

En simulación:

(Imagen 5: Circuito banda transportadora con motor en Off ensimulador)

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(Imagen 6: Circuito banda transportadora con motor en On ensimulador)

Como se puede observar para este diseño se implementó un circuitode polarización por divisor de tensión en el cual se usó unafotorresistencia como sensor óptico que permitía el paso de la luzde led hacia esta lo cual a su vez generaba en el motor movimientoo por el contrario esté permanecía quieto.

3. Luz automática para alumbrado público:

Para el circuito de luz automática para alumbrado público seimplementó el siguiente circuito

(Imagen 7: Circuito de luz automático para alumbrado público)

En simulación:

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(Imagen 8: Circuito de luz automático para alumbrado público)

En este diseño se implementó un circuito de polarización pordivisor de tensión el cual usa el mismo principio de lafotorresistencia que en el diseño anterior pero a la inversa esdecir que en el emisor se genere voltaje cuando a lafotorresistencia no se le aplique luz y se apaguen los leds en elemisor.

4. Secuenciador de luces de pista de aterrizaje:

Para este diseño se implementó el siguiente circuito:

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(Imagen 9: circuito de luces de pista de aterrizaje)

En simulación:

(Imagen 10: circuito de luces de pista de aterrizaje en modo 1)

(Imagen 11: circuito de luces de pista de aterrizaje en modo 2)

En este diseño se implementó un circuito biestable para queencendiera y apagara otros leds de modo intermitente.

5. Cantonera temporizada: para el diseño de la cantonera se implementóun circuito que se muestra a continuación

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(Imagen 12: Circuito cantonera temporizada)

En simulación:

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(Imagen 13: Circuito cantonera temporizada simulada)

Para el desarrollo de este punto se implementó un circuitodenominado timer debido a que este circuito tiene la propiedad deactivar o desactivar un relé de acuerdo a un tiempo medido por ladescarga de una capacitor, lo que para el diseño ofrecía lasolución a los siete segundos de intervalo entre la apertura de lacerradura y el proceso de cerrado de la misma, demás se utilizó unpuente h la función de este último se limitaba a la inversión delgiro de un motor, la inversión de giro del motor es un aspectodeterminante debido a que la automatización del sistema de cerradode la cerradura se pensó con un motor, el cual sería capaz dedesplazar la parte mecánica propia de la cerradura, por último seutilizó un sensor óptico como fin de curso de la cerradura de lapuerta para evitar posibles inconvenientes al momento del cerrado.

6. Detector de inserción de tarjeta bancaria:

Para el circuito de la inserción de tarjeta bancaria se implementóel siguiente circuito:

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(Imagen 14: Circuito de inserción de tarjeta bancaria)En simulación:

(Imagen 15: Simulación detector inserción de tarjeta bancaria)

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(Imagen 16: Simulación circuito detector tarjeta bancaria confotorresistencias excitadas)

(Imagen 17: Simulación detector tarjeta bancaria con unafotorresistencia excitada y la otra cubierta por la tarjeta

bancaria)

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(Imagen 18: Simulación detector tarjeta bancaria en inversión degiro)

En este diseño se implementó un puente H, para controlar el giro deun motor el cual se activa con ayuda del relé y defotorresistencias que actúan como interruptor permitiendo el flujode energía hacia el puente H, o por el contrario ayudando a detenerel sistema.

Conclusiones:

El diseño es parte fundamental en la vida del ingenieroelectrónico pues le permite aplicar sus conocimientos a la vidacotidiana, mejorando y contribuyendo a la vida del ser humano.

La implementación de circuitos detectores de presencia permiten yfacilitan el diseño de ciertas situaciones, como los detectores depresencia, o detectores de campo magnético como los reed switch.

Por medio de las diferentes situaciones que se presentaron en eldiseño de estos circuitos se pudo aprender y aplicar losconocimientos a la vida real, lo cual contribuye en los criteriosde los ingenieros electrónicos.

En la observación para la puerta del garaje se verifico la ayudadel puente H como un dispositivo muy útil para la inversión delgiro de un motor a través de dispositivos como los relés quepermiten invertir el giro de forma un poco más controlada,automatizada y en especial automáticamente.

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Los transistores usados para el diseño de los circuitos propuestasen el laboratorio y teniendo en cuenta los laboratoriosanteriores, se tuvieron que usar transistores TIP31 y TIP32 loscuales permiten manejarlos con mayor seguridad y fiabilidad debidoa que los circuitos necesitaron mucha potencia.

En la domótica, se pudieron encontrar algunas soluciones queayudaron a diseñar e implementar los circuitos que se usaron eneste laboratorio como lo fue el de la puerta, y en el cual seevidencio la utilidad de la ingeniería electrónica en este campo.

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INFORME DE LABORATORIO No 4

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