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Técnico en Electrónica Módulo II Mantenimiento a Sistemas Básicos de Electrónica. Submódulo II Implementación de Circuitos por Computadora. Página 1 de 78 Alberto Caro Espino Baja California Edgar Arturo García Portillo Morelos Francisco Antonio García Ledezma Nuevo León Raul Enrique Lopez Diaz Sonora Adriana García Ortiz Hidalgo Antonio Ix Chuc Campeche Manuel G. Méndez Monforte Yucatán Rosalba Reyes Rosales Coordinación Nacional Irasema G. Anaya Gálvez Coordinación Nacional Página 2 de 78 Esta guía, que forma parte del componente de formación profesional, te servirá para que junto con tu profesor seas capaz de implementar y simular circuitos por computadora, preservando los insumos, información y lugar de trabajo. Las actividades que se desarrollaran tendrán un nivel de competencia 2, efectuando funciones en diferentes contextos, con cierta autonomía y responsabilidad individual, pero formando parte de un equipo de trabajo. Página 4 de 78 Página 5 de 78 Página 6 de 78 Técnico en Electrónica Módulo II Mantenimiento a Sistemas Básicos de Electrónica. Submódulo II Implementación de Circuitos por Computadora. Competencia 1 Competencia 2 Manejo de software de aplicación en la simulación de circuitos electrónicos. Diseñar y simular circuitos con fuente de alimentación CA/CD. Atributos de la competencia: Atributos de la competencia: 9 Manejo de software de aplicación en la simulación de circuitos electrónicos. Saberes: Saberes: 9 Software de diseño de Circuitos electrónicos. 9 Software de diseño de tarjetas electrónicas. Actitudes: 9 9 9 Diseñar y simular circuitos con fuente de alimentación CA/CD. Orden. Limpieza. Diseño y simulación de circuitos con diodos Semiconductores, diodo zener, reguladores de voltaje, Circuitos Integrados (C.I). Actitudes: 9 Orden. 9 Limpieza. Página 7 de 78 Competencia 3 Competencia 4 Diseñar y simular amplificadores clase A, B y C. Diseñar y simular circuitos con amplificadores operacionales. Atributos de la competencia. Atributos de la competencia. 9 Diseñar y simular amplificadores clase A, B YC. Saberes: Saberes: 9 9 9 Diseño y simulación de amplificadores de audio. 9 Características de los transistores. Funcionamiento de los Transistores.PNP y NPN. Actitudes: 9 9 Diseñar y simular circuitos con amplificadores operacionales. Orden 9 Limpieza Características funcionamiento amplificadores operacionales. de y los 9 Características de los transductores fotoeléctricos. 9 Funcionamiento de diferentes tipos de transductores fotoeléctricos. 9 Aplicaciones de los transductores fotoeléctricos. Actitudes: 9 Orden 9 Limpieza Página 8 de 78 Página 9 de 78 Bienvenido, hoy iniciamos el módulo 2 “Mantenimiento a circuitos básicos de electrónica” de tu carrera de técnico en electrónica, esta guía corresponde al submódulo 2 titulado “Implementación de circuitos por computadora” y te servirá de apoyo para que logres desarrollar conocimientos, habilidades, destrezas y actitudes, que te permitirán lograr las competencias laborales propuestas. Al terminar este submódulo lograrás de manera específica elaborar circuitos analógicos y digitales, verificando su funcionamiento mediante simulación electrónica, preservando los insumos, información y lugar de trabajo. Conocerás distintos software de aplicación para simular circuitos electrónicos, serás capaz de simular circuitos con fuente de alimentación de CA/CD, podrás diseñar y simular amplificadores de clase A, B y C, así como diseñar y simular circuitos con Amplificadores Operacionales. Este submódulo te será de gran utilidad, pues podrás aplicar la informática y combinarla con la electrónica para diseñar y simular el funcionamiento de los circuitos, aún antes de armarlos, y de esta manera, podrás verificar que no existan errores, que te podrían causar costos innecesarios en el armado físico. Debes tener presente que para lograr las competencias propuestas, se requiere de todo tu esfuerzo y dedicación, así como de una actitud apropiada. Las competencias serán desarrolladas en el aula, taller y/o industria. A fin de demostrar que has desarrollado las competencias propuestas, deberás entregar una serie de productos que tu maestro te irá solicitando, estos productos consisten en una serie de ejercicios y actividades prácticas que tendrás que ir realizando a lo largo del submódulo. Página 10 de 78 Página 11 de 78 Página 12 de 78 Manejo del software de Manejo del software de aplicación en la simulación de circuitos electrónicos. 1 1. Charles Gómez y la simulación de circuitos. 2. El proto-usuario. 3. El Banco Electrónico. 1. La puerta negra. 2. La que se armó. 1. Cuestionario. 2. ¿Pos’ como le haces? 1. Simulación de compuertas. 2. Ármala en grande. Página 13 de 78 Software de aplicación en Circuitos Electrónicos. En nuestros días el análisis de circuitos electrónicos mediante la simulación por computadora se ha vuelto una etapa prácticamente indispensable. En el mundo actual, es cada vez más frecuente el uso de sistemas automatizados que nos facilitan nuestras vidas. Pero… ¿Por qué es tan importante la simulación de circuitos? El aprendizaje con circuitos reales es lento, hay que montar los componentes en un tablero o una tabla de proyectos (Projetboard) y cablear antes de probar, muchas veces el circuito no funciona: tiene demasiados puntos sensibles, pasan muchas cosas y hay demasiados factores en juego. Todos los fenómenos que tienen lugar en un circuito, influyéndose mutuamente, hay que integrarlos en un discurso teórico que es ciertamente abstracto. Y, muchas veces, nos desanimamos cuando vemos que los circuitos que armamos no funcionan, y no sabemos por qué. Nos preguntamos: ¿Será un mal contacto, las conexiones están equivocadas o es mi culpa porque no tengo ni idea de esto? Un simulador de circuitos, en cambio, nos permite experimentar con la electricidad de un modo divertido y seguro. No hay límite de instrumentos ni de componentes, no hay que comprar nada. Se pueden simular circuitos erróneamente conectados, las consecuencias no serán nunca dramáticas. Página 14 de 78 ATRIBUTOS DE LA COMPETENCIA RESULTADO DE APRENDIZAJE 9 Manejo de software de aplicación en la simulación de circuitos electrónicos. Al término de esta el alumno maneja software de aplicación para simular circuitos electrónicos. Como primera actividad es muy importante realizar un encuadre grupal para que el alumno comprenda las posibles aplicaciones del software de simulación de circuitos eléctricos y electrónicos. El docente emplea fotografías, diapositivas, tutoriales, presentaciones en power point o películas donde se muestre el funcionamiento de distintos software de simulación de circuitos, explicando la utilidad de conocerlos y sus aplicaciones. El encuadre grupal ayuda a comprender la importancia de lograr la competencia. Página 15 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Conocimientos a adquirir Charles Gómez y la simulación de circuitos. No. 1 Ayuda a Charles Gómez a investigar los siguientes conceptos y elabora una definición de cada uno de estos términos con tus propias palabras. Software de diseño de tarjetas electrónicas. Manera Didáctica de Lograrlos Investiga y comprende el significado de diversos conceptos que se emplean en el desarrollo de esta competencia. Software. Simulación de circuitos. Diseño de circuitos. Archivos. Menús. Componentes. Interfaz. Recuerda siempre citar la fuente de tu investigación. Página 16 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Conocimientos a adquirir El proto- usuario. No. 2 Analiza la información que te proporciona tú profesor y conoce el manejo del programa WinBreadBoard. Software de diseño de circuitos lógicos. Manera Didáctica de Lograrlos El alumno comprende el funcionamiento del simulador WinBreadBoard, y la manera de operarlo. Utilidad El WinBreadBoard es un software emulador que tiene la particularidad de utilizar integrados en lugar de los símbolos de las compuertas para realizar los circuitos. Esto lo hace una herramienta muy útil ya que los circuitos pueden realizarse de una forma muy realista. Pantalla Principal del programa Al ejecutar el programa, aparece la siguiente pantalla: Si no estás familiarizado con el concepto de un experimentador, se sugiere hacer click en Demo. Podrás observar entonces el cableado de un sencillo circuito usando la compuerta Página 17 de 78 AND. Nombre Instrucciones para el Alumno Actitudes a formar Competencias Genéricas a Desarrollar Manera Didáctica de Lograrlas No. La puerta negra. 1 Analiza el ejemplo que se muestra para implementar una compuerta AND y aclara cualquier duda con tu profesor. Orden. Manera Didáctica de Lograrlas Observa la manera en que el profesor explica la manera de simular una compuerta AND en el programa WinBreadBoard o en un tutorial. Si quedan dudas las deberás aclarar con el apoyo de tus compañeros o tu maestro. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. Participación activa cuando surjan dudas, o se tenga la respuesta a las dudas de otros compañeros. En esta ocasión te mostraremos la manera en que puedes implementar y simular el comportamiento de una compuerta 74 08 (AND), Siguiendo los pasos que te diga tu profesor o en un tutorial que el docente te muestre. Las terminales 1 y 2 de una Compuerta AND corresponden a las entradas y la 3 a las salidas. La terminal 7 de una Compuerta AND corresponde al negativo (tierra) y la terminal 14 a Vcc. Página 18 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Actitudes a formar Competencias Genéricas a Desarrollar Manera Didáctica de Lograrlas Cuestionario. No. 1 Responde el siguiente cuestionario y aplica tus conocimientos adquiridos. Responsabilidad. Manera Didáctica de Lograrlas Haz uso de tus conocimientos y habilidades adquiridas hasta ahora y demuestra que puedes hacer este ejercicio. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida. El alumno responde al cuestionario y comprende las ventajas de simular un circuito en computadora. 1. Escribe 3 ventajas de aplicar la simulación de circuitos por computadora. R.________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 2. Escribe el nombre de 3 programas o software que sirvan para simular circuitos, además de los que se mencionan en esta guía R. ________________________________________________________________________ 3. Explica brevemente y con tus propias palabras el procedimiento que seguirías para simular la conexión de una compuerta And en el programa WinBreadBoard. R.___________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ Página 19 de 78 _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ Nombre Competencia a Desarrollar Atributos de la competencia Simulación de compuertas. No. 1 La habilidad de utilizar el programa WinBreadBoard (o cualquier otro software) para simular la conexión de compuertas lógicas. Manejo de software de aplicación en la simulación de circuitos electrónicos. Instrucciones para el Alumno Emplea el programa WinBreadBoard para simular el funcionamiento de las compuertas básicas AND, OR y NOT. Instrucciones para el Docente Considerar otras prácticas además de esta que se sugiere así como algún otro simulador, programar tiempos para la entrega de las actividades y asesorar en todo momento a los alumnos. Recursos materiales de apoyo Software WinBreadBoard. Tablas de verdad de las compuertas lógicas. Computadora. Actitudes a formar Competencias Genéricas a Desarrollar Manera Didáctica de Lograrlas 9 Orden. Limpieza. Manera Didáctica de Lograrlas El alumno trabaja en equipo para entregar a tiempo y de manera correcta la práctica planteada. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos. Participa de manera activa y entusiasta en el equipo, para mostrar el interés en la realización de la práctica. Página 20 de 78 Esta guía fomenta tu iniciativa, no te detengas por falta de información, ya que puedes pedir ayuda a tu profesor, o buscarla en internet, Veras que con iniciativa se logran cosas increíbles. Podría no estar disponible el programa WinBreadBoard, en cuyo caso se sugiere descargarlo de manera gratuita en internet, o emplear cualquier otro programa como el Live-Wire que sirve para simular compuertas lógicas. Revisa siempre que las terminales de la compuerta a simular estén conectadas de manera correcta, y no olvides alimentar la compuerta al voltaje. Solamente se pueden hacer correcciones cuando el interruptor principal se encuentra en posición OFF. Página 21 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Saberes a adquirir El Banco Electrónico. No. 3 Conoce el manejo del programa Electronics Work Bench o Live-Wire. Software de diseño y simulación de circuitos. Manera Didáctica de Lograrlos El alumno comprende el funcionamiento del simulador Electronics Work Bench o LiveWire y la manera de operarlo con la ayuda del profesor o algún tutorial. Para conocer y operar el simulador, el profesor explica o presenta en un tutorial el software, y la manera de trabajar con el simulador que debe estar instalado en las computadoras de tu laboratorio. Página 22 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Actitudes a formar Competencias Genéricas a Desarrollar Manera Didáctica de Lograrlas No. La que se armó 2 Analiza el ejemplo que se muestra para implementar un circuito en Electronics WorkBench y aclara cualquier duda con tu profesor. Orden. Manera Didáctica de Lograrlas Observa la manera en que el profesor explica la manera de simular un circuito en Electronics WorkBench. Si quedan dudas las deberás aclarar con el apoyo de tus compañeros, tu maestro y tu guía. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. Participación activa cuando surjan dudas, o se tenga la respuesta a las dudas de otros compañeros. Toca el turno a la implementación y simulación del comportamiento de un circuito en el programa Electronics WorkBench, te invito a que me Página 23 de 78 acompañes. Lo primero que deberás hacer es ingresar a la pantalla principal del programa Electronics WorkBench. Enseguida, deberás acceder a la barra de componentes en el menú que aparece en la parte superior de la barra de herramientas del programa, donde podrás seleccionar la fuente con la que deseas trabajar (dando un click en la flecha), así como los elementos que deseas conectar a esta fuente. Para nuestro ejemplo, seleccionamos una fuente de voltaje de CD, dando un click cobre ella y arrastrándola hacia el área de trabajo. Por default, el programa asigna a la fuente un valor de 12 Volts, para cambiarlo, podemos dar un click sobre él con el botón derecho del mouse y aparece un menú donde podemos cambiar las propiedades del componente. En nuestro Página 24 de 78 ejemplo, asignamos un valor de 10 Volts a la fuente elegida. Enseguida repetimos el procedimiento, ahora para seleccionar una resistencia. Nuevamente, arrastramos la resistencia hasta el lugar de trabajo. Por default, el programa asigna un valor de 1 KΩ a la resistencia, para cambiar su valor o posición, damos un click sobre ella con el botón del lado derecho del mouse, para nuestro ejemplo, asignaremos a la resistencia un valor de 5 Ω. Página 25 de 78 Luego procedemos a colocar el cableado, dando un click con el botón del lado izquierdo del mouse sobre la terminal del dispositivo y arrastrándolo hasta donde deseamos prolongar el cable (el circuito quedará de la siguiente manera). A continuación procederemos a simular el circuito, para ello, seleccionamos en la barra de herramientas, la opción de instrumentos de medición. Ahora seleccionaremos un multímetro para medir voltaje y corriente. Después lo arrastramos hasta el área de trabajo y lo “conectamos” al circuito. Para medir corriente, abrimos el circuito y conectamos en serie. lo Enseguida damos un click con el botón del lado derecho del mouse y seleccionamos en el menú la opción “open” (abrir). Seleccionamos la opción de CD y observamos la medición directamente en la pantalla del multímetro. Para medir el voltaje en la resistencia, conectamos el multímetro en paralelo. Repetimos el Página 26 de 78 procedimiento y observamos la medición directamente en la pantalla del multímetro. Nombre Instrucciones para el Alumno Actitudes a formar Competencias Genéricas a Desarrollar Manera Didáctica de Lograrlas ¿Pos’ como le haces? No. 2 Responde lo el siguiente cuestionario y aplica tus conocimientos adquiridos. Responsabilidad. Manera Didáctica de Lograrlas Haz uso de tus conocimientos y habilidades adquiridas hasta ahora y demuestra que puedes resolver este ejercicio. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida. El alumno responde al cuestionario y comprende las ventajas de simular un circuito en computadora. 1. Explica brevemente y con tus propias palabras el procedimiento que seguirías para simular la conexión de un circuito con una resistencia y un capacitor en paralelo en el Página 27 de 78 programa Electronics Work Bench o Live-Wire. R.___________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ Página 28 de 78 Nombre Competencia a Desarrollar Atributos de la Ármala en grande. Instrucciones para el Docente 2 La habilidad de utilizar el programa Eletronics Work Bench para simular el funcionamiento de un circuito. 9 competencia Instrucciones para el Alumno No. Manejo de software de aplicación en la simulación de circuitos electrónicos. Comprender el funcionamiento de una red resistiva vía simulación. Proporcionar la información necesaria para que los alumnos simulen el circuito. Diagrama del circuito. Recursos materiales de apoyo Programa Eletronics Work Bench. Computadora. Orden. Actitudes a formar Responsabilidad. Limpieza. Competencias Genéricas a Desarrollar Manera Didáctica de Lograrlas Manera Didáctica de Lograrlas Equipos de tres personas, simulan el circuito mostrado para comprobar su funcionamiento y deberán entregarlo en tiempo y forma. Participa y colabora de manera efectiva en equipos de trabajo. Simulando los circuitos por equipos en el software. 1.- Arma el siguiente circuito utilizando los valores de resistencia que prefieras. Página 29 de 78 2.- Completa la siguiente tabla, realizando las operaciones necesarias, y mostrándolas en esta hoja o detrás, simula el circuito con Electronic Work Bench CÁLCULOS R W V ORDENADOR I W V I R1 R2 R3 R4 Debes tener cuidado al dibujar el circuito, para que la simulación sea un éxito. Podría no estar disponible el programa Electronics WorkBench En cuyo caso se sugiere descargarlo, emplear cualquier otro programa (Live-Wire) que sirva para simular circuitos eléctricos. Página 30 de 78 Hasta este momento, has adquirido los conocimientos y habilidades necesarias para poder realizar simulaciones de circuitos lógicos (compuertas) y eléctricos en computadora. Esta competencia te será de gran utilidad para seguir adquiriendo otras competencias en este módulo, así como en el resto de tu carrera. Es muy importante que no te conformes con las prácticas aquí mostradas y que demuestres tu interés por seguir conociendo más programas de simulación de circuitos electrónicos, puedes encontrar muchos de ellos de manera gratuita en internet, es solamente cuestión de buscar. Te invitamos a seguir adquiriendo nuevas competencias y habilidades. Página 31 de 78 Diseñar y simular circuitos con fuente de alimentación CA/CD. 1. Transforma - T 2. Rectificado la Onda. 3. Filtra-Me. 4. Regula-Me. 2 1. Rectificación en media onda. 1. Agarra la onda. 1.- Allá en la Fuente. Página 32 de 78 Muchos circuitos necesitan para su funcionamiento, una fuente de poder o alimentación de corriente continua (C.C.), pero lo que normalmente se suministra por medio de CFE es alimentación de corriente alterna (C.A.). En esta competencia número 2 aprenderás a diseñar circuitos con fuente de alimentación de CA/CD y a efectuar su simulación. Tendrás la oportunidad de aplicar los conocimientos adquiridos en la competencia anterior para manejar el programa Electronics WorkBench, de forma que puedas diseñar y simular este tipo de circuitos. Te aclaramos que existen muchos tipos de fuentes de alimentación hechos con diferentes componentes, pero aquí nos vamos a centrar en los más utilizados. Te invitamos a acompañarnos en esta competencia 2 titulada “Diseñar y simular circuitos con fuente de alimentación de CA/CD. Página 33 de 78 ATRIBUTOS DE LA COMPETENCIA RESULTADO DE APRENDIZAJE 9 9 Analizar el funcionamiento de la fuente de poder a bloques. Aplicar fuentes de poder a redes electrónicas que permitan su buen desempeño. A lo largo de esta competencia podremos conocer el funcionamiento y aplicar los dispositivos prácticos que forman una fuente de poder. Como primera actividad es muy importante realizar un encuadre grupal para que el alumno comprenda las posibles aplicaciones del software de simulación de circuitos eléctricos y electrónicos. El docente emplea fotografías, diapositivas, tutoriales, presentaciones en power point o películas donde se muestre el funcionamiento de distintos software de simulación de fuentes de alimentación, explicando la utilidad de conocerlos y sus aplicaciones. El encuadre grupal ayuda a comprender la importancia de lograr la competencia. Página 34 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Saberes a adquirir Transforma-T No. 1 Investiga en libros, internet o cualquier fuente, que es un transformador y la función en una fuente de alimentación. Funcionamiento del transformador Manera Didáctica de Lograrlos El alumno comprende el funcionamiento del transformador y su aplicación en una fuente de alimentación previamente investigada. El transformador No debes confundir los devanados primarios con los secundarios. Existen los transformadores reductores y elevadores. Página 35 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Saberes a adquirir Rectificando la Onda. No. 2 Conoce la función de la etapa de rectificación en una fuente de alimentación. Investiga en libros la forma como se rectifica la corriente alterna. Funcionamiento de la etapa rectificadora. Manera Didáctica de Lograrlos El alumno comprende el funcionamiento y la etapa de rectificación dentro de una fuente de alimentación. Diagrama esquemático de un circuito electrónico de un rectificador tipo puente. El diodo. El diodo es un componente que se desarrollo como solución al problema de transformar corriente alterna en corriente continua, por lo que se encuentra presente en prácticamente cualquier fuente de alimentación. Los diodos rectificadores tienen polaridad y se deben de respetar al conectarlos. Página 36 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Saberes a adquirir Filtra-Me. No. 3 Conoce la función de la etapa de filtrado en una fuente de alimentación. Investiga en libros la forma de filtrar la corriente directa. Funcionamiento de la etapa de filtrado. Manera Didáctica de Lograrlos El alumno comprende el funcionamiento y la etapa de filtrado dentro de una fuente de alimentación. Esta etapa, tiene como función, "suavizar" o "alizar" o "reducir" a un mínimo la componente de rizo del voltaje de Corriente Alterna (CA) y elevar el valor promedio de tensión directa. Debes tener cuidado a la hora de conectar un capacitor electrolítico; respeta la polaridad. Página 37 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Saberes a adquirir Regula-Me. No. 4 Conoce la función de la etapa de regulación en una fuente de alimentación. Investiga en internet y escribe en tu libreta los diferentes tipos de reguladores que existen. Funcionamiento de la etapa de regulación. Manera Didáctica de Lograrlos El alumno comprende el funcionamiento de la etapa de regulación dentro de una fuente de alimentación. Circuito electrónico de una etapa de regulación de tensión (voltaje). Esta etapa final de una fuente de alimentación sirve para obtener finalmente la señal de corriente directa, para este ejemplo se emplea un regulador 7805 para obtener un voltaje de 5 volts en la salida. Página 38 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Rectificador de media onda. No. 1 Analiza el ejemplo que te muestra Juanito y observa las diferentes partes de la que consta un rectificador de media onda. Manera Didáctica de Lograrlas Juanito te muestra las partes de una onda que se tienen en un rectificador de media onda. Actitudes a formar Orden. Competencias Genéricas a Desarrollar Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva. Manera Didáctica de Lograrlas Analiza, reflexiona y comprende las diferencias formas de onda en un rectificador de media onda. Rectificador de media onda. Este es el circuito más simple que puede convertir corriente alterna en corriente continua. rectificador lo podemos ver representado en la siguiente figura: Este Página 39 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Agarra la onda. 1 Dibuja la forma de onda que se observan en cada etapa del rectificador. Orden. Actitudes a formar No Responsabilidad Limpieza. Manera Didáctica de Lograrlas El ejercicio propuesto deberá entregarse en tiempo y forma indicados por el maestro. Competencias Genéricas a Desarrollar Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. Manera Didáctica de Lograrlas Dibujar los tipos de formas de onda de cada tipo del rectificador. Rectificador de onda completa con 2 diodos. La siguiente figura muestra un rectificador de onda completa con 2 diodos: Página 40 de 78 Debido a que el circuito tiene un transformador con toma central, actúa como 2 rectificadores de media onda. Dibuja las formas de onda de Voltaje V1, voltaje V2, Voltaje en D1, Voltaje en RL Página 41 de 78 Página 42 de 78 Dibuja las formas de onda de Voltaje V1, voltaje V2, Voltaje en D1, Voltaje en RL Página 43 de 78 Rectificador de onda completa tipo puente con 4 diodos. En la figura siguiente podemos ver un rectificador de onda completa en puente: Es más eficiente que la fuente de 2 diodos. Mediante el uso de 4 diodos, este diseño elimina la necesidad de la conexión intermedia del secundario del transformador. Explica la forma en que se rectifica la corriente alterna en un circuito rectificador de onda completa con 4 diodos. _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Página 44 de 78 Nombre Competencia a Desarrollar Allá en la fuente. No. Simular el funcionamiento de diferentes fuentes de alimentación. Atributos de la 9 Interpretación de diagramas electrónicos. competencia 9 Simular fuentes de alimentación. 9 Usar el programa Eletronics Work Bench. Instrucciones para el Alumno Instrucciones para el Docente 1 Para que puedas comprender el funcionamiento de una fuente de alimentación, simula los siguientes circuitos en el programa Electronics Work Bench. Proporcionar la información necesaria para que los alumnos simulen los circuitos En el software sugerido. Diagrama Esquemático electrónico. Recursos materiales de apoyo Computadora. Software electrónico. Orden. Actitudes a formar Responsabilidad. Limpieza. Competencias Genéricas a Desarrollar Manera Didáctica de Lograrlas Manera Didáctica de Lograrlas Integrados en equipos de tres personas los alumnos simulan los siguientes circuitos, para entregarlos en tiempo y forma. Participa y colabora de manera efectiva en equipos de trabajo. Página 45 de 78 Fuentes de Alimentación con simulador Work Bench. D1 D2 Fuente de Alimentación de onda completa con 4 diodos, con simulador Live – Wire. Página 46 de 78 Debes tener cuidado al dibujar el circuito, para que la simulación sea un éxito. Podría no estar disponible el programa Electronics Work Bench En cuyo caso se sugiere descargarlo o emplear el Live Wire que sirve también para simular circuitos eléctricos. Felicidades! Hasta este momento, has adquirido los conocimientos y habilidades necesarias para poder realizar simulaciones de circuitos lógicos (compuertas) y eléctricos en computadora, y ahora, también eres capaz de simular fuentes de alimentación. Estas competencias te serán de gran utilidad para seguir adquiriendo otras competencias en este submódulo, así como en el resto de tu carrera. Es muy importante que no te conformes con experimentar y simular solamente las fuentes aquí mostradas, tú puedes diseñar y simular tus propias fuentes de alimentación. Te invitamos a seguir adquiriendo nuevas competencias y habilidades. Página 47 de 78 Diseñar y simular amplificadores clase A, B y C. 1. El Bipolar. 2. Le afecto el campo. 3. Clasificando. 3 Página 48 de 78 4. El ABC. 1. ¿On’ ‘toy? 1. Tú sí eres de mi tipo. 1.- Unos tipos de cuidado. En esta tercera competencia estudiaremos la aplicación de 2 tipos diferentes de transistores en circuitos de amplificación, uno es el transistor bipolar o BJT y el otro es el transistor efecto de campo o FET. Los amplificadores son circuitos que se utilizan para aumentar (amplificar) el valor de la señal de entrada (generalmente muy pequeña) y así obtener una señal a la salida con una amplitud mucho mayor a la Página 49 de 78 señal original. ATRIBUTOS DE LA 9 Diseñar y simular amplificadores clase A, B y C. COMPETENCIA RESULTADO DE APRENDIZAJE A lo largo de esta competencia podremos diseñar y simular amplificadores de audio. Como primera actividad es muy importante realizar un encuadre grupal para que el alumno comprenda las posibles aplicaciones del software de simulación de circuitos eléctricos y electrónicos. El docente emplea fotografías, diapositivas, tutoriales, presentaciones en power point o películas donde se muestre el funcionamiento de distintos software de simulación de circuitos, explicando la utilidad de conocerlos y sus aplicaciones. El encuadre grupal ayuda a comprender la importancia de lograr la competencia. Página 50 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Saberes a adquirir El Bipolar. No. 1 Reflexiona sobre la siguiente información y conoce las características principales del transistor bipolar o BJT. Investiga en internet o libros las características, funcionamiento y tipos de transistores bipolares. Características del BJT. El BJT como amplificador. Manera Didáctica de Lograrlos El alumno comprende el funcionamiento del transistor bipolar y su aplicación como amplificador. Un transistor bipolar de unión está formado por dos uniones pn en contraposición, es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio. Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor. Página 51 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Saberes a adquirir Le afecto el campo. No. 2 Reflexiona sobre la siguiente información y conoce las características principales del transistor de efecto campo o FET. Investiga en internet las característica y funcionamiento del transistor FET. Características del FET. El FET como amplificador. Manera Didáctica de Lograrlos El alumno comprende el funcionamiento del transistor efecto campo y su aplicación como amplificador. Página 52 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Saberes a adquirir Nombre Instrucciones para el Alumno Clasificando. No. 3 Reflexiona y conoce sobre la siguiente información; Investiga en libros la clasificación de los amplificadores de acuerdo a su frecuencia y a su forma de trabajo. Clasificar. Amplificadores. El ABC. Manera Didáctica de Lograrlos El alumno comprende la manera en que se clasifican los amplificadores. No. 4 Reflexiona y conoce sobre la siguiente información; Investiga en internet las diferencias entre los amplificadores A, B y C Página 53 de 78 Saberes a adquirir Clasificar amplificadores. Manera Didáctica de Lograrlos El alumno comprende las diferencias entre los amplificadores de potencia tipo A, B y C. No. 1 Nombre ¿On’ ‘toy? Instrucciones para el Alumno Analiza la siguiente información y comprende las aplicaciones de los amplificadores según su clasificación: Investiga en libros la aplicación de los amplificadores. Manera Didáctica de Lograrlas Se relaciona la aplicación de los transistores como amplificadores y la clasificación de los amplificadores. Actitudes a formar Orden. Competencias Genéricas a Desarrollar Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva. Manera Didáctica de Lograrlas Analiza, reflexiona y comprende las aplicaciones de los amplificadores según su clasificación. Hasta ahora hemos conocido las configuraciones básicas de los transistores y la clasificación de los amplificadores, pero tal vez aún te preguntas ¿Cuál es la relación entre las configuraciones básicas Página 54 de 78 de un transistor y la clase de amplificador? Pues bien, las tres configuraciones básicas son Emisor Común, Base Común y Colector Común del transistor y están presentes en las estructuras de los amplificadores. Nombre Instrucciones para el Alumno Tú si eres de mi tipo. 1 Observa con atención los siguientes circuitos e identifica y escribe el tipo de configuración. Orden. Actitudes a formar No Responsabilidad Limpieza. Manera Didáctica de Lograrlas El ejercicio propuesto deberá entregarse en tiempo y forma indicados por el maestro. Competencias Genéricas a Desarrollar Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos. Manera Didáctica de Lograrlas Identificar el tipo de configuración de los siguientes circuitos. Página 55 de 78 __________________________________ ___________________________________ ________________________________________ ____________________________________ Página 56 de 78 ______________________________ ____________________________________ Página 57 de 78 Nombre Competencia a Desarrollar Unos tipos de cuidado. No. Simular el funcionamiento de diferentes tipos de amplificadores. Atributos de la 9 Interpretación de diagramas electrónicos. competencia 9 Diseñar y simular diferentes tipos de amplificadores. 9 Usar el programa Eletronics Work Bench. Instrucciones para el Alumno Instrucciones para el Docente 1 Para que puedas comprender el funcionamiento de diferentes tipos de amplificadores, simula los siguientes circuitos en el programa Eletronics Work Bench. Proporcionar la información necesaria para que los alumnos simulen los circuitos. Diagrama esquemático electrónico. Recursos materiales de apoyo Computadora. Software electrónico. Orden. Actitudes a formar Competencias Genéricas a Desarrollar Manera Didáctica de Lograrlas Responsabilidad. Limpieza. Manera Didáctica de Lograrlas En equipos de tres personas simular los siguientes circuitos, y entregarlos en tiempo y forma. Participa y colabora de manera efectiva en equipos de trabajo. Al realizar la simulación en equipos. Página 58 de 78 Amplificador en emisor común Al circuito ya polarizado en zona activa se le ha conectado un condensador en la entrada y otro en la salida (condensadores de acoplo). De este modo se impide el paso de la corriente continua procedente del generador o hacia otra etapa anterior o posterior respectivamente; el condensador en paralelo con la resistencia de emisor (condensador de desacoplo) evita la disminución de la ganancia debida a la presencia de la resistencia de emisor, la cual es necesaria para evitar el embalamiento térmico. En la base se aplica una señal de entrada senoidal de 10 mv (Ve = 10 mv), obteniéndose en el colector la señal de salida, también senoidal, de amplitud 1v (Vs = 1v); la ganancia es de 100, pues Gv = Vs/Ve = 1000 mv/10 mv = 100. Página 59 de 78 Tanto la ganancia de tensión como de intensidad son de valor medio, siendo la impedancia de entrada pequeña y la impedancia de salida media. Debido a las características de sus ganancias, su aplicación más común es como amplificador de medias y bajas frecuencias, y como la diferencia entre las impedancias no es muy elevada se puede emplear como amplificador de varias etapas ya que permite un relativo buen acoplo entre ellas. Amplificador en base común También como en el caso del emisor común el circuito lleva los condensadores de acoplo y desacoplo. Aquí la entrada es por el emisor y la salida se obtiene en el colector. Con Ve = 10 mv se obtiene 1 voltio y la ganancia de tensión será de 100. Página 60 de 78 En este tipo de disposición, la ganancia de tensión es elevada (normalmente más grande que en caso del emisor común), sin embargo la ganancia de corriente es menor (aunque próxima) o igual a la unidad. La impedancia de entrada es pequeña y la de salida grande. Su aplicación más común es como amplificador en altas frecuencias. Amplificador en colector común La señal a amplificar va conectada a la base del transistor y la salida se toma en el emisor. En nuestro circuito Ve = 1v, Vs = 1v, consecuentemente la ganancia de Página 61 de 78 tensión será Gv = 1. La ganancia de tensión es menor o igual a uno, la ganancia de corriente es alta, la impedancia de entrada es alta y la de salida baja. Debido a las características de sus impedancias, su aplicación típica es como adaptador de impedancias. Felicidades! Hasta ahora, has adquirido los conocimientos y habilidades necesarias para poder realizar simulaciones de circuitos con amplificadores con transistores bipolares y de efecto campo en computadora. Estas competencias te serán de gran utilidad para seguir adquiriendo otras competencias en el resto de tu carrera. Es muy importante que no te conformes con experimentar y simular solamente los circuitos con amplificadores que se muestran en esta guía, tú puedes diseñar y simular tus propios Página 62 de 78 circuitos y experimentar con otro software. Te invitamos a seguir adquiriendo nuevas competencias y habilidades. Manejo del software de Diseñar y simular circuitos con amplificadores operacionales. 4 1. Conócelo. 2. De todos modos. 1. ¿Cuánto ganas ? 2. No te resistas. 1. ¿Cuánto me calculas? Página 63 de 78 1. Simula tu Op Amp. El Amplificador Operacional En la competencia 3 estudiamos los circuitos amplificadores, construidos por transistores, en esta cuarta competencia, toca el turno al estudio de los amplificadores operacionales. Los circuitos lineales integrados (CLI) están incorporados ampliamente en diversas aplicaciones electrónicas, debido a su tamaño reducido y a su facilidad de uso y confiabilidad, uno de los circuitos de mayor uso es el Amplificador Operacional (Op Amp). Página 64 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Saberes a adquirir Conócelo. No. 1 Reflexiona sobre la siguiente información buscada en internet y conoce al amplificador operacional así como sus características principales. Símbolo, Terminales y Características del Op Amp. Manera Didáctica de Lograrlos El alumno analiza la información y conoce el Op Amp y sus principales características. El Op Amp fue desarrollado para ser utilizado en computadoras analógicas a inicios de los años 1940. Página 65 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Saberes a adquirir De todos modos. No. 2 Reflexiona sobre la siguiente información buscada en internet y conoce los modos de operación básicos del amplificador operacional. Modos de operación del Op Amp. Manera Didáctica de Lograrlos El alumno analiza la información y conoce los modos de operación del Op Amp. Reflexiones: __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Página 66 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Actitudes a formar Competencias Genéricas a Desarrollar Manera Didáctica de Lograrlas No. ¿Cuánto Ganas? 1 Analiza el ejemplo que se muestra para calcular la ganancia de un circuito con Op Amp. Es importante que estés atento y si quedan dudas las deberás aclarar con el apoyo de tus compañeros, tu maestro y tu guía. Orden. Manera Didáctica de Lograrlas Se muestra la manera en que podemos calcular la ganancia de un circuito con Op Amp. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. Participación activa cuando surjan dudas, o se tenga la respuesta a las dudas de otros compañeros. Ejemplo 1 Se tiene armado un circuito con Op Amp como el que se muestra a continuación. El reto es encontrar la ganancia de este amplificador. R1= 10KΩ R2= 500 KΩ Ganancia (Δv) = ? Página 67 de 78 Si observamos detenidamente el circuito, nos daremos cuenta que se trata de un Amplificador inversor, así es que emplearemos las fórmulas del amplificador inversor para calcular la ganancia del circuito. Comenzaremos por decir que la ganancia de un amplificador es igual a la división del voltaje de salida Vo entre el voltaje de entrada Vi. De esta manera: Δv= Vo/ Vi Si aplicamos la fórmula del amplificador inversor: y despejamos Vo / Vi tenemos: Vo/Vi = -Rf/ R o Δv= -Rf/ R donde Rf= R2 y R = R1 Δv= -R2 / R1 Δv= - 500k Ω / 10 kΩ Δv= -50 o 50 con la señal invertida Ejemplo 2 Se tiene armado un circuito con Op Amp como el que se muestra a continuación. El reto es encontrar la ganancia de este amplificador. R1= 5 kΩ R2= 300 kΩ Ganancia (Δv) =? Si observamos detenidamente el circuito, nos daremos cuenta que se trata de un Amplificador No inversor, así es que emplearemos las fórmulas del amplificador No inversor Página 68 de 78 para calcular la ganancia del circuito. Δv= Vo/ Vi Δv= ( 1+ 300 kΩ/5 kΩ) Δv= ( 1 + 60) Δv= 61 Página 69 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Actitudes a formar Competencias Genéricas a Desarrollar Manera Didáctica de Lograrlas No. No te resistas. 2 Analiza el ejemplo que se muestra para calcular el valor de resistencia necesaria que permita obtener la ganancia deseada de un circuito con Op. Es importante que estés atento y si quedan dudas las deberás aclarar con el apoyo de tus compañeros, tu maestro y tu guía. Orden. Manera Didáctica de Lograrlas Se muestra la manera en que se puede calcular el valor de resistencia necesaria para obtener la ganancia deseada de un circuito con Op Amp. Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados. Participación activa cuando surjan dudas, o se tenga la respuesta a las dudas de otros compañeros. Ejemplo .1 Se tiene armado un circuito con Op Amp como el que se muestra a continuación. El reto es encontrar el valor de resistencia que permita obtener la ganancia deseada para este amplificador. Ganancia deseada ΔV= 20 Si observamos detenidamente el circuito, nos daremos cuenta que se trata de un Amplificador inversor, así es que emplearemos las fórmulas del amplificador inversor para calcular el valor de la resistencia faltante del circuito. Vo/Vi = - Rf / R ΔV= -R/ 5k (20) (5K) = R R= 100 kΩ Página 70 de 78 Nombre Instrucciones para el Alumno Actitudes a formar Competencias Genéricas a Desarrollar Manera Didáctica de Lograrlas ¿Cuánto me calculas? No. 1 Resuelve los problemas propuestos y aplica tus conocimientos adquiridos. Responsabilidad. Manera Didáctica de Lograrlas Haz uso de tus conocimientos y habilidades adquiridas hasta ahora y demuestra que puedes resolver este ejercicio. Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida. El alumno resuelve los problemas sugeridos. Se recomienda que se apliquen más problemas aparte de los aquí planteados. Problema 1 Se tiene armado un circuito con Op Amp como el que se muestra a continuación. El reto es encontrar el valor de resistencia que permita obtener la ganancia deseada para este amplificador. 20 k Ganancia deseada ΔV= 50 R=? Página 71 de 78 Problema 2 Se tiene armado un circuito con Op Amp como el que se muestra a continuación. El reto es encontrar la ganancia de este amplificador. R1= 15 kΩ R2= 500 kΩ Ganancia (Δv) =? Página 72 de 78 Nombre Competencia a Desarrollar Simula tu Op Amp. No. Simular el funcionamiento de diferentes circuitos con Op Amps. Atributos de la 9 Interpretación de diagramas electrónicos. competencia 9 Simular circuitos con Op Amps. 9 Usar el programa Eletronics Work Bench. Instrucciones para el Alumno Instrucciones para el Docente 1 Para que puedas comprender el funcionamiento de circuitos con Op Amps, simula los siguientes circuitos en el programa Electronics Work Bench. Proporcionar la información necesaria para que los alumnos simulen los circuitos. Diagrama electrónico Esquemático. Recursos materiales de apoyo Computadora. Software electrónico. Orden. Actitudes a formar Competencias Genéricas a Desarrollar Manera Didáctica de Lograrlas Responsabilidad. Limpieza. Manera Didáctica de Lograrlas Integrados en equipos de tres personas los alumnos simulan los siguientes circuitos y entregarlos en tiempo y forma. Participa y colabora de manera efectiva en equipos de trabajo. Los alumnos se apoyan en las dudas del circuito en la simulación. Página 73 de 78 Circuitos con Op Amps. Nota: los circuitos aquí mostrados han sido simulados en el programa Orcad, en caso de no disponer de este programa, pueden simularse en otros programas de simulación de circuitos. Amplificador Inversor El amplificador inversor es quizás el montaje más utilizado de los amplificadores operacionales. La señal de salida está desfasada 180º respecto a la de entrada. Esto es importante para aquellas señales senoidales donde debemos cuidar su fase. Por el contrario, en las tensiones continuas, el valor de salida tiene el signo cambiado con la entrada. La resistencia R3 se utiliza para compensar los posibles efectos de la impedancia de entrada no infinita. Página 74 de 78 ¡Felicidades! Hasta este momento, has adquirido los conocimientos y habilidades necesarias para poder realizar simulaciones de circuitos con amplificadores operacionales en computadora. Estas competencias te serán de gran utilidad para seguir adquiriendo otras competencias en el resto de tu carrera. Es muy importante que no te conformes con experimentar y simular solamente los circuitos con amplificadores operacionales que se muestran en esta guía, tú puedes diseñar y simular tus propios circuitos y experimentar con otro software. Te invitamos a seguir adquiriendo nuevas competencias y habilidades. Página 75 de 78 Felicidades! Esta guía te ha servido de apoyo para que logres las competencias propuestas sobre el diseño y simulación de circuitos por computadora. Como has visto, esta rama específica de la Electrónica tiene importantes aplicaciones que demandan de técnicos como tú, con las habilidades para diseñar y simular circuitos electrónicos. Te invitamos a que practiques las habilidades que has desarrollado con responsabilidad. Es muy importante que no te conformes con experimentar y simular solamente los circuitos aquí mostrados, tú puedes diseñar y simular tus propios circuitos. Te invitamos a seguir adquiriendo nuevas competencias y habilidades. SCHULER, Charles A. Electrónica, Principios y Aplicaciones Reverte, España 1982 ROSCOE B.M., COUGHLIN R.F. Prácticas de laboratorio con semiconductors. Gustavo Pili, México. 1982. BOYLESTAD, Robert L. Electrónica teoría de circuitos Prentice Hall, México. 2004. Página 76 de 78 DORF, Svodoba. Introducción al análisis y diseño de circuitos eléctricos Alfa Omega, México. 2002. Software electrónico. Electronic Workbench. WinBreadBoard. Circuit Maker Ivex M M Logic Orcad PLD. Barra de herramientas: Barra compuesta por botones (formados por iconos) que permite realizar las acciones más utilizadas de un programa. Barra de menús: La barra de menús contiene los nombres de las opciones de los menús que se encuentran activos en una aplicación. Circuito lineal: Es un circuito cuya relación entre tensión y corriente se puede describir con una ecuación o sistema lineal. Comando: Instrucción que se le da a un Sistema Operativo para que éste realice una determinada tarea. Compuertas lógicas: Dispositivo electrónico que es la expresión física de un operador booleano en la lógica de conmutación. DIP: Un dual in-line package (DIP o DIL), es una forma de empaquetamiento de dispositivos Página 77 de 78 electrónicos de forma rectangular con dos filas paralelas de pines de conexiones. Factor β (beta): Factor de amplificación, o número de veces que pasa de corriente de colector con respecto a la de base, también llamado coeficiente HFE. Fuerza electromotriz: Es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Icono: Imagen gráfica que suele ser pequeña que representa un acceso directo, un programa, un archivo, un enlace, o cualquier otro recurso. Impedancia: Resistencia que presenta un circuito eléctrico al paso de una corriente alterna. Mouse: Periférico de entrada para interactuar con la computadora a través de un puntero mostrado en pantalla. Proto: Placa de uso genérico reutilizable o semi permanente, usado para construir prototipos de circuitos electrónicos con o sin soldadura. Simulación por computadora: Utilización de una computadora para simular algún aspecto de la realidad Software: En computación, todo programa o aplicación, programado para realizar tareas específicas. Página 78 de 78