USERS - Electrónica Practica - FUNCIONAMIENTO, PROGRAMACIÓN Y APLICACIONES PRÁCTICAS PDF

Preview

Summary

USERS - Electrónica Practica - FUNCIONAMIENTO, PROGRAMACIÓN Y APLICACIONES PRÁCTICAS...

Description

pArA poNEr mANos A LA obrA!

ElEctrÓnica práctica AprendA A AnAlizAr, simulAr y construir circuitos

aDEmás CoNCEptos básICos dE ELECtróNICA Uso dEL mULtímEtro y EL osCILosCopIo EL tALLEr IdEAL y LAs hErrAmIENtAs NECEsArIAs dIsEño y ArmAdo dE UNA FUENtE dE ALImENtACIóN

C O L E C C I Ó N

U S E R S

E L E C T R Ó N I C A

FUNCIONAMIENTO, PROGRAMACIÓN Y APLICACIONES PRÁCTICAS

>> HARDWARE >> 192 PÁGINAS >> ISBN 978-987-1773-22-0

Esta obra presenta las diferencias entre los sistemas analógicos y los digitales. Además, analizaremos los conceptos y los dispositivos fundamentales en los que se basa la electrónica digital, ingresaremos en el mundo de las memorias y aprenderemos cómo programar microcontroladores.

SOBRE LA COLECCIÓN:

USERS ELECTRÓNICA Aprendizaje guiado mediante explicaciones claras y concisas Proyectos prácticos basados en necesidades reales Consejos de los profesionales Producciones fotográficas profesionales Infografías y procedimientos paso a paso

... ..

TÍTULO: Electrónica práctica COLECCIÓN: desde Cero FORMATO: 15 X 19 cm PÁGINAS: 192

Copyright © MMXI. Es una publicación de Fox Andina en coedición con DALAGA S.A. Hecho el depósito que marca la ley 11723.Todos los derechos reservados. Esta publicación no puede ser reproducida ni en todo ni en parte, por ningún medio actual o futuro sin el permiso previo y por escrito de Fox Andina S.A. Su infracción está penada por las leyes 11723 y 25446. La editorial no asume responsabilidad alguna por cualquier consecuencia derivada de la fabricación, funcionamiento y/o utilización de los servicios y productos que se describen y/o analizan.Todas las marcas mencionadas en este libro son propiedad exclusiva de sus respectivos dueños. Impreso en Argentina. Libro de edición argentina. Primera impresión realizada en Sevagraf,Costa Rica 5226, Grand Bourg, Malvinas Argentinas, Pcia. de Buenos Aires en VII, MMXI.

ISBN 978-987-1773-21-3

Electrónica práctica / coordinado por Daniel Benchimol. - 1a ed. - Buenos Aires: Fox Andina; Dalaga, 2011. v. 17, 192 p. ; 19x15 cm. - (Desde cero; 17) ISBN 978-987-1773-21-3

1. Informática. I. Daniel Benchimol, coord. CDD 005.3

P ról ogo

Prólogo al contenido La electrónica comenzó con el diodo de vacío, cuando John Ambrose Fleming colocó una lámina dentro de una bombilla para evitar el ennegrecimiento en la ampolla de vidrio. Pasó más de un siglo de esta invención y la electrónica evolucionó a pasos agigantados, hasta llegar a la actual era digital. Ingresar en el universo de la Electrónica Digital es descubrir cómo se componen y funcionan muchos de los dispositivos tecnológicos que se utilizan en la actualidad, tanto en el ámbito hogareño como en el industrial y en el de entretenimiento. El bajo costo de aplicación, la versatilidad y la eficiencia de los sistemas digitales permiten su aplicación en las computadoras, en los equipos de telefonía, en los de comunicaciones y en una larga lista de dispositivos

de alta complejidad. Estos aspectos son solo algunos de los motivos por los cuales invitamos a los lectores a recorrer este apasionante mundo. Tanto el aficionado a la Electrónica como el hobbista –aquél que tiene algunas nociones teóricas y prácticas en sistemas digitales– encontrarán, en este libro, las herramientas para realizar sus primeros proyectos. El material teórico y práctico que abarca esta obra se alinea en un solo sentido: explicar todos los fundamentos de la Electrónica Digital y su aplicación real y práctica. Por medio de un despliegue editorial de alto impacto visual y de ágil lectura, el lector encontrará una respuesta para cada una de las preguntas que se plantee.

3

P RE L I MI NA RE S

El libro de un vistazo Este libro está enfocado a aficionados de la electrónica, hobbistas y a todo aquel que tiene algunas nociones teóricas y prácticas en sistemas digitales. A lo largo de la obra, veremos cómo aplicar los conocimientos adquiridos mediante proyectos prácticos..

CAPÍTULO 1 ELECTRÓNICA DIGITAL Conoceremos las primeras nociones de electrónica digital, cuáles son sus alcances y los límites que debemos respetar.Veremos las herramientas más importantes y qué instrumentos no nos pueden faltar.

CAPÍTULO 3 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN En este capítulo, explicaremos cuáles son las medidas que podemos realizar sobre un circuito, cuál es la manera apropiada de hacerlo y qué instrumentos necesitamos.

CAPÍTULO 2 CONSTRUCCIÓN DE CIRCUITOS Comprender las bases de la composición de los circuitos digitales resulta de suma importancia para poder abordar, más adelante, los procesos complejos. 4

E l l i bro de un vi s t a zo

CAPÍTULO 4 DISEÑO DE CIRCUITOS IMPRESOS Conoceremos las características, funciones y limitaciones de algunos paquetes de diseño para la creación, edición y gestión de proyectos electrónicos.

CAPÍTULO 6 FUENTES DE ALIMENTACIÓN La fuente de alimentación es la encargada de proveer la tensión adecuada para el correcto funcionamiento de un circuito. Conoceremos sus características y funciones.

APÉNDICE EL MERCADO LABORAL CAPÍTULO 5 SIMULACIÓN DE CIRCUITOS EN LA PC En esta clase explicaremos qué es la simulación de circuitos, su utilidad en el proceso de diseño y cómo simular un circuito, utilizando el software ISIS.

En este apéndice, describiremos el amplio abanico laboral sobre el cual se desarrollaran las personas con conocimientos en electrónica.

SERVICIOS AL LECTOR En este último apartado, encontraremos un índice temática que nos ayudará a encontrar de forma más rápida y precisa los principales conceptos de la obra.

5

P RE L I MI NA RE S

Contenido del libro Prólogo al contenido El libro de un vistazo Introducción a Sitios web

CAPÍTULO 1 ELECTRÓNICA DIGITAL

003 004 010

• La transferencia del trazado a la placa 030 • La perforación y el estañado 030 El protoboard

031

• Topología

031

• Accesorios útiles

032

• Limitaciones Uso del protoboard • Alimentación del circuito

033 033 034

011

• Colocación de componentes

034

La electrónica digital El concepto

012 013

• Consejos finales Cómo trabajar con el protoboard Circuito impreso universal

035 036 041

• Los componentes El taller • Sobre la seguridad Las herramientas

014 016 017 020

• UPCB • Montaje del circuito Circuito impreso en detalle

045 045 046

• Método de Fabricación casera

046

• Soldador y accesorios

022

• Fabricación profesional

046

• Los instrumentos • Accesorios y complementos

023 025

Multiple choice

CAPÍTULO 2 CONSTRUCCIÓN DE CIRCUITOS Primeros pasos Circuitos electrónicos

6

026

027 028 028

• Los componentes

028

• El esquemático • El PCB

029 029

• Construcción de un circuito impreso Soldadura para electrónica • Material para soldar

047 047 052

• Proceso de soldado

052

• Desoldado

053

Multiple choice

056

CAPÍTULO 3 INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Instrumentos de medición Instrumentos analógicos

057 058 058

C ont e ni do de l l i bro

• Alcance de tensión del instrumento analógico

058

• Cifra en Ohm/Volt 059 • Infografía 3: Instrumentos de medición 060 • Amperímetro analógico

062

CAPÍTULO 4 DISEÑO DE CIRCUITOS IMPRESOS

081

Diseño de circuitos impresos en la PC • Método de diseño tradicional

082 082

• Índice de clase de un instrumento analógico

062

• Entornos de diseño CAD

084

• El multímetro digital • Principio de funcionamiento

063 063

• El módulo de captura de esquemáticos • El módulo de CAD

085 086

• Uso del multímetro digital Cargador de baterías Ni-Cd

064 067

• El control de errores

086

• Cadsoft EAGLE

087

• Comprobaciones de continuidad

068

• Parámetros de componentes Mediciones con el circuito alimentado • Medición de la corriente de carga Ic

068 070 071

Interfaz de los módulos

088

• Componentes disponibles • Diseño de un circuito esquemático Creación de librerías

089 089 091

072 072

Generación del circuito impreso

• Medición sobre la batería durante la carga El osciloscopio • Mediciones con osciloscopio

072

• Tipos de osciloscopios • Osciloscopio analógico

072 072

• Osciloscopio de almacenamiento digital (DSO) • Osciloscopio de fósforo digital (DPO) Funcionamiento del osciloscopio • Ancho de banda

072

• Disparo

075

• Los ojos del osciloscopio

075

• Calibración • Clips de masa • Mediciones de formas de onda Medición de tensión y frecuencia

076 077 078 079

• Medición de tensión

079

• Medición de frecuencia

079

Multiple choice

094

• Manejo de capas

095

• Cómo utilizar CadSoftEAGLE • Diseño de una PCB Limitaciones de la versión freeware • Reglas de ruteo Sistema métrico y mils

074 074 075

080

093

• Función de ruteo automático

• Tipos de encapsulados más comunes Multiple choice

CAPÍTULO 5 SIMULACIÓN DE CIRCUITOS EN LA PC Diseño y simulación • Proceso de diseño • Ventajas de la simulación de circuitos

095 095 104 105 106 107 108

109 110 110 112 7

P RE L I MI NA RE S

• Modelado de circuitos electrónicos Simulación lógica funcional

112 113

• La fuente lineal • La fuente conmutada

• La lista de red • Programas de simulación

114 115

• Proteus

115

• OrCAD

116

Comparación entre fuentes lineales y conmutadas Etapas de una fuente de alimentación lineal

• Altium Designer Software ISIS • Entorno ISIS Área de trabajo • Barras de acceso rápido

150 150 152 153

117 118 119

• El transformador

153

• ¿Cómo elegir? • El rectificador

154 154

120

• El rectificador de media onda

155

120

• Los rectificadores de onda completa

156

• Desplazamiento por

• Rectificador puente de Graetz

el área de trabajo Diseño en ISIS • Librerías de componentes

122 124 124

• Inserción de componentes

125

• Filtros de salida Diseño de una fuente de alimentación • Tensión de rizado o ripple Los reguladores de voltaje

157 158 162 163 165

126

• Reguladores fijos

165

• Inserción de masa y alimentación

127

• Los reguladores variables

168

• Cableado de dispositivos

128

• Fuente de alimentación para el taller

• Instrumentos de simulación • Simulador del cargador de baterías Simulación de código con ISIS

128

Diseño de un circuito

143

Multiple choice

144

145

Las fuentes de alimentación • Especificaciones de las fuentes

146 148

• Protección Fuentes lineales y conmutadas

149 149

8

169 176

129 142

Limitaciones de las versiones

CAPÍTULO 6 FUENTES DE ALIMENTACIÓN

Multiple choice

APÉNDICE EL MERCADO LABORAL

177

El mercado laboral • Integración

178 180

SERVICIOS AL LECTOR

181

Índice temático

182

Catálogo

185

P RE L I MI NA RE S

Introducción a Electrónica Práctica Este libro, realizado por expertos, ofrece un extenso y muy completo recorrido por el maravilloso mundo de los sistemas digitales, donde tanto el ensayo como el error son claves fundamentales para perfeccionarse. A lo largo de los primeros capítulos, conoceremos cuál es el alcance de la Electrónica y sus aspectos prácticos. Veremos en detalle las herramientas e instrumentos infaltables para un taller que se especialice en este área. Además, nos familiarizaremos con la construcción de circuitos electrónicos mediante la utilización de un protoboard. Una vez que conozcamos las primeras nociones sobre el tema, nos iniciaremos en el mundo de la instrumentación electrónica: aprenderemos a usar el voltímetro, el amperímetro y los multímetros digitales, para medir los parámetros más importantes de un circuito. Siguiendo el orden de

10

aprendizaje, conoceremos el proceso de simulación de circuitos en la PC con ISIS y su utilidad en proyectos electrónicos. Además, desarrollaremos cuáles son los programas y las funciones para simular el comportamiento real de un circuito electrónico. Por otro lado, conoceremos las funciones y las características de las fuentes de alimentación, su utilidad y los diferentes tipos existentes. Aprenderemos cada una de las etapas de su circuito y los parámetros para diseñar. Encontrarán, en esta obra, las herramientas para realizar sus primeros proyectos. Es una excelente oportunidad para que transitemos juntos este sorprendente recorrido donde se combinan aspectos vinculados con la programación, el hardware y la Robótica, entre muchos otros.A lo largo de todo el libro, encontrará un completo desarrollo teórico y podrá llevar a cabo proyectos de aplicación real.

Capítulo 1 Electrónica Digital

En este primer capítulo, haremos una introducción a los principales conceptos de Electrónica Digital.

1 . E l e ct róni ca D i gi t a l

Electrónica Digital En la actualidad, y desde hace muchos años, la Electrónica Digital ha estado presente en infinidad de aparatos domésticos, industriales y militares ( Figura 1). Nació al mismo tiempo que la Electrónica Analógica, pero tomó especial significación desde el momento en que se empleó para el diseño y la construcción de sistemas básicos de cómputo, el control industrial, los autómatas programables, los microcontroladores, los microprocesadores y los computadores personales. Gracias a que la Electrónica Digital considera solo

La Electrónica Digital ha estado presente en infinidad de aparatos domésticos, industriales y militares dos valores –concepto que veremos más adelante–, es mucho más simple procesar y manipular las señales de forma digital que hacerlo de manera analógica. Esta ventaja se produce a partir de que esta última resulta inexacta y costosa, considerando la gran cantidad de componentes que necesita para su fabricación: transistores y resistores electrónicos.

FIGURA 1. Actualmente, la electrónica brinda un abanico de posibilidades laborales muy diversas.

SEÑALES DIGITALES Si bien podemos manejar señales digitales con un transistor que trabaja de forma lineal o analógica, lo cierto es que no tiene ningún sentido hacerlo, ya que no nos interesan los valores intermedios, sino solo los extremos mínimos y máximos de una señal.

12

E l e ct róni ca D i gi t a l

EL CONCEPTO La Electrónica Analógica trata con variables (tensión, corriente y potencia, entre otras) que varían de forma continua con el tiempo. Como ejemplo podemos citar una señal de audio o la tensión que proporciona un sensor de temperatura. Todas estas señales están compuestas por múltiples valores de tensión y la Electrónica Analógica considera todos estos valores. Como contrapartida, en la Electrónica Digital, las variables pueden

tomar solo dos valores o estados posibles y bien definidos. Dado que estamos tratando el aspecto eléctrico del concepto, esos dos valores pueden ser 0 V y 5 V o, de forma binaria, 0 y 1. La elección del valor de 5 V no es caprichosa o antojadiza. Es debido a que la mayoría de los sistemas digitales trabajan con una tensión de 5 V. Sin embargo, en la actualidad, podemos encontrar a menudo sistemas que operan con tensiones de 3,3 V y aún menores, dependiendo del circuito.

ANALÓGICA Y DIGITAL Un circuito analógico es mucho más costoso de diseñar y construir. Es por este motivo que el concepto de Electrónica Digital cobra sentido y evoluciona constantemente. En este libro, analizaremos todas sus ventajas y desventajas.

13

1 . E l e ct róni ca D i gi t a l

Términos fundamentales ELECTRÓNICA ANALÓGICA Trata con variables, como la tensión, la corriente y la potencia, que varían de forma continua con el tiempo.

ELECTRÓNICA DIGITAL Las variables pueden tomar solo dos valores o estados posibles y definidos.

DAC Es un circuito cuya función es convertir un valor digital en uno analógico.

ADC Es un circuito cuya función consiste en convertir un valor analógico en digital.

DISCRETOS Son componentes primitivos, como las resistencias, diodos, capacitores y transistores, entre otros.

TRANSISTOR Dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.

14

LOS COMPONENTES En Electrónica –tanto Analógica como Digital– se utilizan exactamente los mismos componentes discretos. Cuando decimos discretos, queremos significar que se trata de componentes primitivos, como las resistencias, los diodos (Figura 2), los capacitores y los transistores, entre otros. Por ejemplo, un circuito integrado no es un componente discreto, ya que contiene un circuito en su interior que hace un trabajo determinado por el fabricante. Sin embargo, el circuito integrado está construido en base a varios componentes discretos interconectados entre sí. Es entonces que nos preguntamos cuál es la diferencia, ya que se utilizan los mismos componentes, tanto para Electrónica Analógica como para Digital. La diferencia se halla en la manera de hacer funcionar estos componentes. Observemos lo siguiente:

Los componentes discretos son: resistores, diodos, capacitores y transistores

L a e l e ct róni ca di gi t a l

un transistor puede funcionar como una resistencia variable que opera como un interruptor eléctrico que anula el paso por completo de la corriente o la deja pasar. Estos dos estados del transistor se los conoce como estado de bloqueo (cuando está abierto) y estado de saturación (cuando se encuentra cerrado).

cambio, hacemos funcionar un transistor de manera tal que tenga en cuenta los estados o valores intermedios, el transistor estará operando de manera lineal o analógica. Como ejemplo, podemos citar el regulador de luminosidad o dimmer con que cuentan algunos hogares, que permite graduar la intensidad de luz deseada emitida por la bombilla.

Cuando un transistor funciona solo con los estados de bloqueo y saturación (como si fuese un interruptor) podremos decir que está operando de manera digital, ya que no considera los valores intermedios. Un ejemplo de ello puede ser un interruptor, que conecta o desconecta una bombilla de luz. Si, en

A lo largo de todo el libro,...