circuito monoestable y circuito biestable

INTRODUCCIÓN
Un circuito eléctrico es una serie de elementos o componentes eléctricos, tales como resistencias, inductancias, condensadores y fuentes, o electrónicos, conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales eléctricas.
En este reporte se dan a conocer aspectos fundamentales sobre el funcionamiento de un circuito, así como también conocimientos elementales referentes a la continuidad eléctrica y el voltaje.
El manejo de la breadboard es necesario en el desarrollo de esta práctica, pues se utiliza en cada una de las pruebas y procesos realizados.
Esta práctica es de gran utilidad porque además de comprender el funcionamiento de un circuito eléctrico, también se pone en práctica el uso y manipulación de dispositivos eléctricos básicos tales como el multímetro, la fuente, la breadboard, etc.
El desarrollo sistemático y paso a paso que se le da a la guía de trabajo de la práctica, hace que cada concepto se pueda entender, con la ayuda de las tablas, esquemas y gráficos presentados en el desarrollo del trabajo.
Ningún estudiante de electricidad puede pasar por alto estos conocimientos fundamentales que son la base para el desarrollo de proyectos complejos.

OBJETIVO

• Aprender cómo realizar circuitos más complejos por medio de dispositivos como el l555 monoestables y biestables, que por medio de resistencias cambian la intensidad del voltaje por lo cual los leds resiben diferentes voltaje y funcionan diferentes.

Utilización:

Este circuito es un "Timer de precisión", en sus orígenes se presentó como un circuito de retardos de precisión, pero pronto se le encontraron otra aplicaciones tales como osciladores astables, generadores de rampas, temporizadores secuenciales, etc., consiguiéndose unas temporizaciones muy estables frente a variaciones de tensión de alimentación y de temperatura.

Características generales:

El circuito puede alimentarse con tensión continua comprendida entre 5 y 15 voltios, aunque hay versiones que admiten tensiones de alimentación hasta 2 V., pero no son de uso corriente. Si se alimenta a 5V es compatible con la familia TTL.

La corriente de salida máxima puede ser de hasta 200mA., muy elevada para un circuito integrado, permitiendo excitar directamente relés y otros circuitos de alto consumo sin necesidad de utilizar componentes adicionales. La estabilidad en frecuencia es de 0,005% por ºC.

Necesita un número mínimo de componentes exteriores, la frecuencia de oscilación se controla con dos resistencias y un condensador. Cuando funciona como monoestable el retardo se determina con los valores de una resistencia y de un condensador.

Resistencias

posición al paso de la corriente de un material.

resistencia eléctrica para producir intencionadamente calor como puede ser las planchas, hornos, calefactores, termos eléctricos.

Con ella podemos aplicar a voluntapodemos aplicar a voluntad distintos voltajasí polarizar o alimentar los distintos elementos electrónicos que conforman un circuito electrónico

Tabla de valores de las resistencias

Leds

En electrónica, un circuito de LED es un circuito eléctrico utilizado para alimentar un diodo emisor de luz. El LED usualmente tiene un voltaje alimentación específico y para determinar el valor de la resistencia que se debe utilizar para establecer la corriente del circuito se utiliza la ley de Ohm

Un potenciómetro :
es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.
Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores.

un condensador
es un dispositivo que almacena energía eléctrica, es un componente pasivo. Está formado por un par de superficies conductoras en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra), generalmente en forma de tablas, esferas o láminas, separadas por un material dieléctrico (siendo este utilizado en un condensador para disminuir el campo eléctrico, ya que actúa como aislante) o por el vacío, que, sometidos a una diferencia de potencial (d.d.p.) adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra (siendo nula la carga total almacenada).

 Circuito monoestable:

La salida del circuito es inicialmente cero, el transistor está saturado y no permite la carga del condensador C1. Pero al pulsar SW1 se aplica una tensión baja en el terminal de disparo TRIGGER, que hace que el biestable RS cambie y en la salida aparezca un nivel alto. El transistor deja de conducir y permite que el condensador C1 se cargue a través de la resistencia R1. Cuando la tensión en el condensador supera los 2/3 de la tensión de alimentación, el biestable cambia de estado y la salida vuelve a nivel cero.

R2 esta entre 1k y 3,3 M, el valor mínimo de C1 es de 500pf. 

En este circuito quisimos hacer un circuito monoestable que este consiste en que solo tiene una reacción que este reacciona en cuanto a la resistencia. En este se ve que pulsamos un que prende el un leds que según la resistencia que tenga se demora para apagar o prender más tiempo. Este circuito es integrado con un 555

Circuito astable:

Cuando se conecta la alimentación, el condensador está descargando y la salida del 555 pasa a nivel alto hasta que el condensador, que se va cargando, alcanza los 2/3 de la tensión de alimentación, con esto la salida del biestable RS pasa a nivel "1", y la salida del 555 a ceroy y el condensador C1 comienza a descargarse a través de la resistencia RB. Cuando la tensión en el condensador C1 llega a 1/3 de la alimentación, comienza de nuevo a cargarse, y asi sucesivamente mientras se mantenga la alimentación.

RA toma valores entre 1k y 10M, RB<RA

En este circuito implementamos un potenciómetro que es el que regula el tiempo de duración en que el leds apaga y prende. Este circuito es integrado con un 555

Objetivos

-           Diseñar un detector de infrarrojo de proximidad  que alcance una distancia mínima de 50 cm, con el fin de aplicar algunos de los circuitos y elementos utilizados durante el curso de Laboratorio de Diseño Electrónico tales como transistores (2N2222), diodos (LED’s), timer 555 en modo astable y osciladores.

-           Utilizar elementos basados en el funcionamiento de componentes diseñados y aplicados durante el curso, pero de forma más compleja debido a la concatenación de varios circuitos implementados individualmente, así como de componentes como son los fotodiodos y  fototransistores.

Introducción

Se desea construir un circuito detector de infrarrojo de proximidad que al acercarse cualquier objeto entre el receptor y el emisor se desactive un led. De manera práctica este circuito se puede colocar en puertas y ventanas de las casas para evitar que gente se pare frente a ella sin necesidad, y así mismo como  una alarma de hogar.

El funcionamiento del circuito se basa en emitir una ráfaga de señales luminosas infrarrojas las cuales al rebotar contra un objeto que se encuentre entre la comunicación del receptor y transmisor provoca el encendido de una alarma. Mientras no se encuentre ningún objeto dentro de la comunicación el led permanecerá encendido, al momento de interferir entre dicha comunicación el led, se apagará   

El circuito integrado es un generador/decodificador de tonos que bien cumple con las necesidades de este diseño. Tanto el fotodiodo como el fototransistor deberán estar situados con unidades de enfoque adecuadas para mejorar el alcance. Con simples reflectores de LED's se pueden obtener alcances del orden del metro. Con lentes convexas se pueden cubrir distancias de cinco metros.

La alimentación de este circuito puede ser cualquier tensión comprendida entre 5 y 9 volts.

Para accionar circuitos externos bastará con reemplazar el LED por un optoacoplador, el cual accionará por medio de su transistor interno el circuito a comandar.

            Para poder entender más plenamente el funcionamiento de este circuito, se tratará de manera más amplia el funcionamiento de algunos elementos importantes tales como el fotodiodo, fototransistor, el LM567, por mencionar algunos.

·        LM567

El circuito integrado LM567 es un detector de tonos limitador de tensión que posee internamente un PLL (Phase Locked Loop) y un detector de fase en cuadratura el cual responde con un nivel lógico bajo cuando la señal de entrada al integrado coincide con la frecuencia central de enganche del PLL

• FOTODIODO

Es un fotoconductor o fotodetector que cambia su resistencia eléctrica debido a la exposición a energía radiante.

Un fotodiodo consiste en esencia de una unión de material "P" y material "N" polarizada inversamente, en la cual la corriente inversa está en función de la luz que incide en el fotodiodo y se considera que a mayor intensidad de luz existe una corriente de fuga mayor.

            El efecto fundamental bajo el cual opera un fotodiodo es la generación de pares electrón - hueco debido a la energía luminosa. La aplicación de la luz a la unión dará como resultado una transferencia de energía de las ondas de luz incidentes (en forma de fotones) a la estructura atómica, dando como resultado un aumento en la cantidad de portadores minoritarios y un incremento del nivel de la corriente inversa.

                                                                                                                                                   

La corriente de fuga en la oscuridad (Io) aumenta al haber mayor intensidad de luz (H).

                                                                                                                                                  

El espaciado casi igual entre las curvas para el mismo incremento en flujo luminoso revela que la corriente inversa y el flujo luminoso están relacionados casi linealmente. En otras palabras, un aumento en intensidad de luz dará como resultado un incremento similar en corriente inversa.

Con base a la gráfica de respuesta se puede determinar que el dispositivo es lineal.

El comportamiento del fotodiodo en inversa se ve claramente influenciado por la incidencia de la luz. Las corrientes de fuga son debidas a los portadores minoritarios, electrones en la zona P y huecos en la zona N. La generación de portadores debido a la luz provoca un aumento sustancial de portadores minoritarios, lo que se traduce en un aumento de la corriente de fuga en inversa. El modelo circuital del fotodiodo en inversa esta formado por un generador de intensidad cuyo valor depende de la cantidad de luz.

En directa, el fotodiodo se comporta como un diodo normal. Si está fabricado en silicio, la tensión que cae en el dispositivo será aproximadamente de 0.7 V. El comportamiento del fotodiodo en directa apenas se ve alterado por la generación luminosa de portadores. Esto es debido a que los portadores, provenientes del dopado (portadores mayoritarios) son mucho más numerosos que los portadores de generación luminosa.

*Parámetros principales:

- Corriente Oscura (Dark Current): Es la corriente en inversa del fotodiodo cuando no existe luz incidente.

- Sensibilidad: Es el incremento de intensidad al polarizar el dispositivo en inversa por unidad de intensidad de luz, expresada en luxes.

  

*Aplicaciones:

- Comunicaciones ópticas.

- Fotómetros.

- Control de iluminación y brillo.

- Control remoto por infrarrojos.

- Enfoque automático y control de exposición en cámaras

**Combinadas con una fuente de luz:

- Codificadores de posición.

- Medidas de distancia.

- Medidas de espesor.

- Transparencia.

- Detectores de proximidad y de presencia.

- Sensado de color para inspección y control de calidad

**Agrupando varios sensores:

- Reconocimiento de formas.

- Lectores de tarjetas codificadas.

NOTA: Se comercializan fotodiodos con amplificadores, compensación de temperatura y estabilización en el mismo chip. La integración reduce los problemas debidos a corrientes de fuga, interferencias y picos de ganancia debidos a capacitancias parásitas.

·        FOTOTRANSISTOR

Un fototransistor es una combinación integrada de fotodiodo y transistor bipolar npn (sensible a la luz) donde la base recibe la radiación óptica. Es importante notar que todos los transistores son sensibles a la luz, pero los fototransitores están diseñados para aprovechar esta característica. Existen transistores FET, que son muy sensibles a la luz, pero encontramos que la mayoría de los fototransistores consisten en una unión npn con una región de base amplia y expuesta, como se muestra en la figura:

La corriente inducida por el efecto fotoeléctrico es la corriente de base del transistor. Si asignamos la notación Ibf para la corriente de base fotoinducida, la corriente de colector resultante, de forma aproximada, es: Ic = hfe * Ibf

En la siguiente gráfica  se proporciona un conjunto de características representativas para un fototransistor, junto con la representación simbólica del dispositivo. Es importante notar las similitudes entre estas curvas y las del transistor bipolar típico. Como se espera, un incremento en la intensidad de la luz corresponde a un incremento en la corriente de colector.

            Al exponer el fototransistor a la luz, los fotones entran en contacto con la base del mismo, generando huecos y con ello una corriente de base que hace que el transistor entre en la región activa, y se presente una corriente de colector a emisor. Es decir, los fotones en este caso, reemplazan la corriente de base que normalmente se aplica eléctricamente.

           

            Es por este motivo que a menudo la patilla correspondiente a la base está ausente del transistor. La característica más sobresaliente de un fototransistor es que permite detectar luz y amplificar mediante el uso de un sólo dispositivo. La sensibilidad de un fototransistor es superior a la de un fotodiodo, ya que la pequeña corriente fotogenerada es multiplicada por la ganacia del transistor.

Construcción de los fototransistores

Los fototransistores se construyen con silicio o germanio, similarmente a cualquier tipo de transistor bipolar. Existen tanto fototransistores NPN como PNP. Debido a que la radiación es la que dispara la base del transistor, y no una corriente aplicada eléctricamente, usualmente la patilla correspondiente a la base no se incluye en el transistor. El método de construcción es el de difusión. Este consiste en que se utiliza silicio o germanio, así como gases como impurezas o dopantes.

 Por medio de la difusión, los gases dopantes penetran la superficie sólida del silicio. Sobre una superficie sobre la cual ya ha ocurrido la difusión, se pueden realizar difusiones posteriores, creando capas de dopantes en el material. La parte exterior del fototransistor está hecha de un material llamado epoxy, que es una resina que permite el ingreso de radiación hacia la base del transistor

Conclusiones

Las comunicaciones inalámbricas son interesantes desde todos lo puntos de vista y en todos los ámbitos tecnológicos. Existen varias tecnologías que nos permiten el establecimiento de comunicaciones inalámbricas en esta ocasión nos centramos en la comunicación mediante infrarrojos, mismos que entre otros usos pueden utilizarse para la construcción de sensores de detección de obstáculos, como es nuestro interés; es decir el detector de proximidad. En esta ocasión se pensó para un sistema de seguridad ya que se pude conectar a una alarma sonora. Como aditamento extra también se le puede conectar un sistema de iluminación, que se activa de igual manera.