UNIVERSIDAD AUTONOMA DE ZACATECAS FRANCISCO GARCIA SALINAS MANUAL DE PRÁCTICAS DEL LABORATORIO DE ELECTRONICA DE CONTROL ELABORO: M.P.R.H. ANTONIO ARELLANO NERI
TEMARIO DE PRÁCTICAS.- Circuitos And, Or y Not.- Evaluación de circuitos digitales.- Diseño de Circuitos 4.- Dispositivos de memoria Flip Flop 5.- Temporizadores 6.- Contadores 7.- Decodificadores 8.- Transistores 9.- Amplificadores Operacionales.- Rectificador Controlado De Silicio.- Triacs.- Aplicaciones Nota.- para la realización de estas prácticas es recomendable formar equipos de dos alumnos y las secciones tengan una duración de dos horas. AAN
LISTA DE MATERIALES N Cant. N Comercial Descripción Notas Placa Protoboard Tableta Conexiones Pila 9 Volts Fuente De Cd LM 785 Regulador De Voltaje De 9 a 5 volts 4 5 Led Led Indicadores De Varios Colores 5 R K, R Kohms 6 4 R K Resistencias ½ Watts 7 R.Kohms 8 LS 744 Compuerta Not Inversora 9 LS 748 Compuerta And Multiplicadora LS 74 Compuerta Or Sumadora LS 7447 Decodificador Ánodo Común NE 555 Temporizador Circuito de reloj LS 7474 Flip Flop Tipo D Disp. Memoria 4 LS 749 Contador Binario 5 LM 5 Sensor de Temperatura 6 BC 547 Transistor Baja Corriente 7 TIP Transistor Alta corriente 8 C6B Scr Fuerza C.d. 9 N67A Triac Fuerza C.a. μf / xv Capacitor Filtro 4.7 μf / 5 v Capacitor Filtro μf / 5 v Capacitor Filtro 4 LM 4 Opam Cuádruple 5 SN Display Ánodo Común Pantalla AAN
CODIGO DE RESISTENCIAS COLOR a BANDA a BANDA a BANDA 4 a BANDA NEGRO X CAFE X ROJO X NARANJA X AMARILLO 4 4 X VERDE 5 5 X AZUL 6 6 X VIOLETA 7 7 X GRIS 8 8 X BLANCO 9 9 ORO X. 5 % PLATA X. % VALORES COMERCIALES BASES DE RESISTENCIAS...5.8..7..9 4.7 5.6 6.8 8. AAN
PRACTICA N CIRCUITOS OR, AND Y NOT Objetivo: el alumno verificara el correcto funcionamiento de cada una de las compuertas que constituyen los circuitos básicos or, and y not.- Circuito OR a) Identifique el número de circuito y pines de alimentación N de circuito N de pines Pines a ( + ) y ( - ) b) Identifique los pines de entrada y salida para de cada compuerta Compuerta : Compuerta : Entradas y salidas entrada y salida Compuerta : Compuerta 4: Entradas y salidas entrada y salida c) de acuerdo a la tabla de verdad indique si cada compuerta cumple con dicha tabla. Ent Sal Prueba A B Z Compuerta Funciono N Si No N Si No N Si No N 4 Si No AAN 4
.- Circuito AND a) Identifique el número de circuito y pines de alimentación N de circuito N de pines Pines a ( + ) y ( - ) b) Identifique los pines de entrada y salida para de cada compuerta Compuerta : Compuerta : Entradas y salida entradas y salida Compuerta : Compuerta 4: Entradas y salida entradas y salida c) de acuerdo a la tabla de verdad indique si cada compuerta cumple con dicha tabla. Ent Sal Prueba A B Z Compuerta Funciono N Si No N Si No N Si No N 4 Si No.- Circuito NOT a) Identifique el número de circuito y pines de alimentación N de circuito N de pines Pines a ( + ) y ( - ) b) Identifique los pines de entrada y salida para de cada compuerta Compuerta : Compuerta : Compuerta : Entrada salida entrada salida entrada y salida Compuerta 4: Compuerta 5: Compuerta 6: Entrada salida entrada salida entrada y salida AAN 5
c) de acuerdo a la tabla de verdad indique si cada compuerta cumple con dicha tabla. Ent Sal Prueba A Z Compuerta Funciono N Si No N Si No N Si No N 4 Si No N 5 Si No N 6 Si No Observaciones AAN 6
PRACTICA N EVALUACIÓN DE CIRCUITOS DIGITALES Objetivo: el alumno elaborara circuitos lógicos para determinar la ecuación y tabla de funcionamiento de dicho circuito y además construirá circuitos a partir de una ecuación..- Determine la ecuación y tabla de funcionamiento de los siguientes circuitos digitales a) Circuito Digital Tabla de funcionamiento A B C Z A B S S C S Z S Ecuación de Funcionamiento: b) Circuito Digital Tabla de funcionamiento A B S S A B C Z S Ecuación de funcionamiento: AAN 7
.- Dibuje los circuito que representan las ecuaciones siguientes, así como su tabla de funcionamiento. a) Z = ( A _ * B)( A + C) Circuito Digital Tabla de funcionamiento b) Z = ( A + C) * B + A Circuito Digital Tabla de funcionamiento c) Z = (( M * D) + ( D + E)) * A Circuito Digital Tabla de funcionamiento AAN 8
PRACTICA Nº DISEÑO DE CIRCUITOS Objetivo.- el alumno realizara distintos diseños de circuitos aplicando la metodología e implementación requerida por cada uno de ellos..- Diseñar un circuito lógico de dos entradas cuya salida sea alta cuado la mayoría de las entras sea alta a) Parámetros de Diseño: identifique cada uno de los parámetros del sistema a controlar Número de entradas Número de salidas Numero de combinaciones b) Tabla de funcionamiento: elabore dicha tabla y asigne para cada combinación el funcionamiento requerido por el sistema B A Z Producto c) Ecuación del sistema: obtenga la ecuación mediante la forma de suma de productos d) Implemente el circuito, utilizando las compuertas Or, And y Not requeridas por la ecuación obtenida, indique sus observaciones del funcionamiento del circuito. AAN 9
.- Diseñar un circuito lógico que activen una alarma cuando a un automóvil le falte aceite, gasolina ó una puerta se encuentre abierta a) Parámetros de Diseño: identifique cada uno de los parámetros del sistema a controlar Número de entradas Número de salidas Numero de combinaciones b) Tabla de funcionamiento: elabore dicha tabla y asigne para cada combinación el funcionamiento requerido por el sistema C B A Z Producto c) Ecuación del sistema: obtenga la ecuación mediante la forma de suma de productos d) Implemente el circuito, utilizando las compuertas Or, And y Not requeridas por la ecuación obtenida, indique sus observaciones del funcionamiento del circuito. AAN
PRACTICA Nº 4 DISPOSITIVIOS DE MEMORIA FLIP FLOP Objetivo: construir y comprobar el funcionamiento de los dispositivos básicos de memoria utilizados en circuitos de control..- Implemente el circuito interno de un flip flop tipo set clear con reloj y verifique su funcionamiento de acuerdo a la tabla de verdad. Diagrama del circuito Tabla de Verdad Comentarios:.- Implemente el circuito interno de un flip flop tipo J - K y verifique su funcionamiento de acuerdo a la tabla de verdad. Diagrama del circuito Tabla de Verdad AAN
Comentarios:.- Implemente el circuito interno de un flip flop tipo D y verifique su funcionamiento de acuerdo a la tabla de verdad. Diagrama del circuito Tabla de Verdad Comentarios: 4.- Utilizando un flip flop set clear grafique la forma de onda resultante cuando se reciben las siguientes señales en las entradas set y clear. Set clear AAN
Grafica Resultante: Comentarios: AAN
PRACTICA N 5 TEMPORIZADORES Objetivo.- implementar temporizadores monoestables y biestables con diferentes constantes de tiempo.- construya utilizando el circuito NE 555 el temporizador monoestable mostrado en la figura y varié los valores de resistencia y capacitancia para obtener distintas constantes de tiempo en la salida del temporizador, además verifíquese los tiempos de diseño con los tiempos reales medidos por medio de un cronometro. +5 Vcd Tiempo de salida (alto) Entrada R 7 6 4 8 + NE 555 - T =. x R x C R C Tiempo calculado Tiempo Medido C 5.- construya utilizando el circuito NE 555 el temporizador biestable mostrado en la figura y varié los valores de resistencia y capacitancia para obtener distintas constantes de tiempo en alto y bajo a la salida del temporizador, para determinar distintas frecuencias de funcionamiento. +5 Vcd Tiempo de salida (alto) Ta =.69 x (R + R) x C segundos R R C 7 6 4 8 + NE 555-5 Tiempo de salida (bajo) Ta =.69 x (R) x C Tiempo total T = Ta + Tb segundos segundos Frecuencia F = /T Hertz AAN 4
Frecuencia R R C Ta Tb T Hertz Calculados Baja Media Alta Hertz Medidos.- Dibuje las formas de ondas para cada una de las frecuencias de la tabla anterior Frecuencia baja Frecuencia baja Frecuencia alta Observaciones: AAN 5
PRACTICA Nº 6 CONTADORES Objetivo.- el alumno realizara un contador binario con un numero mod X y diferente de mod X y además realizara los cambios para que cuente en forma ascendente y descendente, dándole señales al contador en forma manual y a través de un generador de frecuencia..- elabore el contador mod 6 de la figura y por medio de un conductor introduzca señales de + 5v al pin numero 5 y observe en los leds como el contador comenzara su conteo binario en forma ascendente, llene la tabla de conteo. D C B A + 5 Vcd Señal De Entrada U 6 74LS9 5 4 4 5 9 Up Down Clr Load A B C D Vcc Gnd Qa Qb Qc Qd Prest Acar 6 7 U5 U4 8 U U AAN 6
.- invierta las conexiones de los pines 4 y 5 y vuelva a introducir señales al pin 5, observara en los led un conteo binario descenderte + 5 Vcd U 6 74LS9 Señal De Entrada 5 4 4 5 9 Up Down Clr Load A B C D Vcc Gnd Qa Qb Qc Qd Prest Acar 6 7 U5 U4 U U 8.- Vuela a conectar el contador para un conteo ascendente y conecte al pin 5 un generador de frecuencia, con una salida ajustada a un rango entre 5 y hertz. + 5Vcd R R C 7 6 4 8 + NE 555-5 5 4 4 5 9 U 6 Up Down Clr Load A B C D Vcc Qa Qb Qc Qd Prest Acar 6 7 74LS9 8 Gnd Observaciones AAN 7
4.- Que sucede si el la entrada borra se hace alta durante el conteo del contador Respuesta: 5.- Conecte el circuito de reset construido con la compuerta and y observe en que numero el contador reinicia + 5Vcd U 6 Generador de f recuencia 74LS8 5 4 4 5 9 74LS9 Up Down Clr Load A B C D Vcc Gnd Qa Qb Qc Qd Prest Acar 6 7 8 Respuesta: 6.- Dibuje y pruebe el circuito de un contador ajustado una señal de entrada a una frecuencia cuyo rango sea entre y 4 hertz, para un numero Mod 9. AAN 8
PRACTICA 7 DECODIFICADORES Objetivo.- implementar un decodificador que reciba un numero binario y muestra el equivalente numero en decimal, el cual se vera en un display de 7 segmentos..- Implemente el circuito de la figura utilizando un decodificador cuya salida esta conectada al display de siete segmentos. Una vez implementado introduzca los números del al nueve en forma binaria a las entradas ABCD del decodificador y observe si concuerda cada número introducido con el mostrado en el display, R= 56 ohms. R 4 5 7 6 74LS47 U B RB Lam A B C D 8 6 Gnd Vcc a b c d e f g 9 5 4 9 g f V a b e d nc c p 8 7 6 5 4 U Display Ac Respuesta.- Indique en la tabla que segmentos se iluminan en el display para el resto de las combinaciones de cuatros bits en la tabla siguiente. D C B A Segmentos AAN 9
.- Introduzca el código binario para que se vea el numero ocho en el display y después cambie el valor de R a ohms y después a ohms, en ambos casos observe la brillantes de los segmentos e indique sus observaciones para cada caso. 4.- construya el circuito del contador de la figura con una señal de entrada entre y hertz, el conteo debe ser ascendente y con un numero Mod = 9. R Señal de entrada frecuencia - hz Contador 74LS9 4 5 7 6 B RB Lam A B C D 8 6 Gnd Vcc 74LS47 a b c d e f g 9 5 4 9 g f V a b e d nc c p 8 7 6 5 4 Observaciones 5.- Investigue cual es la diferencia entre el contador utilizado y el contador 74LS9 AAN
PRACTICA Nº 8 TRANSISTORES Objetivo: utilizar el transistor como un interruptor electrónico para el manejo de distintas cargas eléctricas, utilizando el control del transistor mediante circuitos de salida digital..- Realice las pruebas de resistencia entre las distintas terminales del transistor e indique los resultados en la tabla siguiente: Terminales E B E C B - C E - C Dolarización directa Polarización inversa.- Obtenga de la hoja de datos técnicos las características indicadas del transistor BC 548. Vcb Veb Pot Ic Ie β Terminales.- Implemente el circuito de la figura para encender y apagar un foco mediante un transistor el cual es controlado por medio de un voltaje de 5 volts aplicado a su base a través de una resistencia é indique los parámetros de la carga y control. Parámetros de Carga + 5 R W Volt Foco I carga V carga P carga Parámetros de control I b β R I c AAN
.- Repita el inciso anterior controlando el encendido y apagado del foco por medio de una compuerta nand Entradas de control B A R W Volt Foco 74LS Observaciones 4.- Conecte la resistencia R a la salida de un generador de frecuencia de onda cuadrada con una frecuencia ajustada entre y 5 hertz. R Generador Ne 555 W Volt Foco Varié la frecuencia hacia arriba y hacia abajo del rango e indique sus observaciones con respecto al encendido y apagado de la lámpara. Mida la frecuencia de encendido y apagado del foco en el rango inferior a hz, concuerda con la frecuencia calculada del generador. AAN
5.- Implemente el circuito en configuración de seguidor de emisor para controlar una carga (foco) de mayor potencia, por medio de una compuerta Nand. + 5 A B R R T W Volt Foco 74LS T Parámetros de la carga: Voltaje Corriente Potencia Parámetros de control: I C I B β I C I B β R R Indique cual es la diferencia entre el transistor T y T comparando las hojas técnicas del fabricante y sus observaciones para este tipo de control. AAN
6.- Implemente el circuito en configuración de relevador para controlar una carga (foco) de corriente alterna, por medio de una compuerta Nand A B Voltaje Bobina U4 5 W 7 Vca R T 74LS Parámetros de la carga: Voltaje Corriente Potencia Parámetros del relevador Voltaje Bobina Voltaje Platinos Corriente Bobina Corriente Platinos Parámetros de control: I C I B β R Vcontrol Observaciones AAN 4
PRACTICA Nº 9 AMPLIFICADORES OPERACIONALES Objetivo: aprender y practicar como se pueden amplificar las pequeñas señales de voltaje a niveles mas elevados para ser utilizadas en circuitos de control.- Identifique los pines del amplificador operacional LM 4 é indque la función de cada uno a partir de la consulta de la hoja de datos técnicos. Pin Pin Pin 5 Pin 7 Pin 9 Pin Pin Pin Pin 4 Pin 6 Pin 8 Pin Pin Pin 4.- Diga con cuantas fuentes de alimentación puede trabajar un amplificador operacional.- Indique con cuantas señales de entrada trabaja un amplificador operacional AAN 5
4.- Implemente el circuito amplificador no inversor de la figura ajustando el divisor de tensión para tener un voltaje en Ra igual a milivolt y mida los voltajes de entrada, salida Rf y verifique si el factor de amplificación es igual a Vo = + Vi R +5 Rc Rb 4 LM4 Ra R + - V salida V+ V- OUT R Vi Vsalida Factor amplificación Dibuje la forma de onda de la entrada y la de la salida y registre sus observaciones 5.- Implemente el circuito amplificador inversor de la figura ajustando el divisor de tensión para tener un voltaje en Ra igual a milivolt y mida los voltajes de entrada, salida y Rf verifique si el factor de amplificación es igual a Vo = + Vi R AAN 6
+5 Rc Rb 4 LM4 Ra R + - V+ V salida V- OUT R Vi Vsalida Factor amplificación Dibuje la forma de onda de la entrada y la de la salida y registre sus observaciones 6.- implemente el circuito de la figura en donde la señal de entrada al opam es la salida de un sensor de temperatura (Lm 5 ) +5 4 T c R + - V+ V- OUT V salida R AAN 7
Vi Vsalida Factor amplificación Cuantos milivolt por ºC tiene representada la señal de entrada Cuantos volts por ºC tiene representa la señal de salida Incremente la temperatura en el cuerpo del sensor por medio de una fuente de calor y diga si se incrementa el voltaje de salida Decremente la temperatura del cuerpo por medio de un trapo húmedo y diga si se decrementa el voltaje de salida Observaciones AAN 8
PRACTICA Nº RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO Objetivo: aprender a controlar cargas de alta potencia en aplicaciones de corriente directa por medio de rectificadores controlados de silicio (scr) por medio de señales de bajo nivel de voltaje.- Identifique las terminales de un rectificador controlado de silicio y dibuje su diagrama físico y esquemático, utilizar el scr C6B Dibujo Ánodo Cátodo Compuerta.- De la hoja de datos técnicos obtenga las siguientes características del scr. V máximo I máxima Potencia Temperatura I compuerta V compuerta.- implemente el circuito de la figura y determine el valor de la resistencia en base a la corriente de compuerta permitida por el dispositivo Foco W 5 Vcd R Sw Scr Vcd Vg R = = ------------- Ig Observe si al conectar las fuentes la lámpara enciende AAN 9
Presione el interruptor y observe si la lámpara enciende Suelte el Interruptor y observe si la lámpara permanece encendida Observe como es el nivel de la brillantes del foco Presione nuevamente el sw y observe si la lámpara se apaga Como hace para apagar la lámpara 4.- Cambie la fuente de volts de corriente directa por una de volts de corriente alter y repita el paso anterior. Foco W 5 Vcd R Sw Scr Vca Observe si al conectar las fuentes la lámpara enciende Presione el interruptor y observe si la lámpara enciende Suelte el Interruptor y observe si la lámpara permanece encendida Observe como es el nivel de la brillantes del foco Presione nuevamente el sw y observe si la lámpara se apaga Como hace para apagar la lámpara Observaciones AAN
5.- Cambie la fuente de 5 Volts de corriente directa por una compuerta and y describa su funcionamiento Funcionamiento AAN
PRACTICA Nº TRIAC Objetivo: aprender a controlar cargas de alta potencia en aplicaciones de corriente alterna por medio de triac, utilizando para su control señales de bajo nivel de voltaje.- Identifique las terminales de un Triac N67, dibuje el diagrama físico así también el diagrama esquemático del dispositivo. Dibujo T T Compuerta.- De la hoja de datos técnicos obtenga las siguientes características del triac. V máximo I máxima Potencia Temperatura I compuerta V compuerta.- implemente el circuito de la figura y determine el valor de la resistencia en la base en función de la corriente de compuerta permitida por el dispositivo Foco W R Sw U Vcd 5 Vcd Vg R = = ------------- Ig Observe si al conectar las fuentes la lámpara enciende AAN
Presione el interruptor y observe si la lámpara enciende Suelte el Interruptor y observe si la lámpara permanece encendida Observe como es el nivel de la brillantes del foco Presione nuevamente el sw y observe si la lámpara se apaga Como hace para apagar la lámpara 4.- Cambie la fuente de volts de corriente directa por una de volts de corriente alter y repita el paso anterior. Foco W R Sw U Vca 5 Vcd Observe si al conectar las fuentes la lámpara enciende Presione el interruptor y observe si la lámpara enciende Suelte el Interruptor y observe si la lámpara permanece encendida Observe como es el nivel de la brillantes del foco Presione nuevamente el sw y observe si la lámpara se apaga Como hace para apagar la lámpara Observaciones AAN
5.- Cambie la fuente de 5 Volts de corriente directa por un generador de frecuencia (NE 555) cuya salida sea entre 5 y 5 hz, la resistencia R por un diodo N4 y describa el funcionamiento del circuito. + 5V Foco R R 7 6 4 8 + NE 555 - N4 U W Vca C 5 Funcionamiento Cambien la frecuencia del generador cambiando los valores de C y observe el ritmo de encendido y apagado de la lámpara. Observaciones AAN 4
PRACTICA APLICACIONES Objetivo.- los alumnos realizaran circuitos para aplicaciones y los expondrán ante el colectivo del grupo, los valores de los componentes serán asignados para cada aplicación por el maestro..- Termómetro Analógico Gal U ac + ac - 4 C C R L U T c UA + - 8 V+ V- + OUT Vca R 4 R Nota.- la entrada de corriente alterna es de 9 volts y la salida se debe conectar a un galvanómetro con una resistencia en serie cuyo valor depende de la temperatura máxima a medir..- Variador de intensidad luminosa L F R P R Tr 5 Vca R R4 C C Nota.- se puede utilizar un Triac Mac 8 ó el N67, el foco es de W AAN 5
.- Tacómetro Digital R F! S D 9 g f V a b R e d nc c p 8 7 6 5 4 SW QA QB QC QD UP DOWN CLR LOAD BO CO A B C D IN BI/RBO RBI OUTA LT OUTB OUTC OUTD OUTE OUTF 5 4 4 OUTG INA INB INC IND 5 9 6 7 IN 4 5 7 6 9 5 4 + T! Nota contador de a 9 utilizando el contador de decenas 74LS9 4.- Encendido electrónico V+5 V+ V+ V Vdc V 5Vdc V+5 RA.k RB k 4 5 6 7 555B 8 U VCC TRIGGER RESET OUTPUT CONTROL THRESHOLD DISCHARGE GND R 56 R 68 Q NA/ZTX Q TIPA TX kbreak BUJIA 6k C.u C.u AAN 6
Nota.- la bobina utilizada es de un automóvil de cuatro cilindros, se recomienda precaución al momento del probar el circuito ya que se generan altos voltajes en dicha bobina. 5.- Control de Bomba de agua + T R R C IN 7 6 C 4 8 + NE 555-5 R L R4 R5 5 4 R6 INA IND INB 4 744 R7 + T INA INB 4 IN4A 6 L U 9 INC D PRE CLK Q CLR Q 5 6 8 7 5 8 6 4 Nota.- se recomienda realizar este circuito entre dos equipos para que uno realice el control mostrado y otro el circuito de fuerza 6.- Cualquier circuito puede ser modificado para un óptimo funcionamiento ó ajustarlo a una determinada aplicación. El alumno también podrá proponer alguna aplicación en específico AAN 7