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CAPITULO I
1
1.1 Introducción
El proyecto denominado temporizador de eventos largos que se ha realizado, tiene
la función especifica de programar el encendido automático de artefactos
electrónicos.
En el proyecto se usa un timer programable de contador de 16 estados como
componente principal.
El motivo de la construcción del proyecto es eventualmente la programación de
tiempos para la activación de componentes, pongamos un ejemplo, es decir si
deseamos activar las luces del hogar a determinada hora, se programa el timer
para que se active durante ese tiempo de espera.
Algunos de los circuitos que se podría acoplar a este proyecto podrían ser un reloj
digital, por el motivo de activarlo a determinadas horas; un sensor para que una
vez activado el sensor ocurra un tiempo de activación de los dispositivos
acoplados al temporizador.
Como se menciono anteriormente estos casos se pueden utilizar en la sociedad,
más que en un ambiente de electrónica.
La producción de este proyecto se divide en dos etapas:
-La primera que se basa en la recolección de datos, es decir el tiempo que se
usara, basado en un potenciómetro, y una tabla de referencia de los pines A y B
del CMOS a usarse
-El segundo, es el proceso de traspaso de datos del tiempo al relay para la
activación del componente electrónico a encenderse.
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El proyecto se construyo a partir de un diagrama ya diseñado, y se analizo cada
uno de sus componentes a realizarse, y los cálculos de todos estos.
1.2 Antecedentes
La realización del proyecto es para un uso automático de artefactos electrónicos,
con un determinado tiempo de activación, su uso se puede decir para aquellos que
necesitan cierto uso de determinado componente para cierta hora y el
temporizador permite que esto sea posible.
El proyecto se realizo para aprender el uso de componentes digitales, y acerca de
la tecnología CMOS y sus usos, en este caso del CMOS CD4541.
1.3 Identificación del Problema
-¿Cómo se aplicaría el Temporizador de eventos largo a la realización de otros
proyectos electrónicos?
1.4 Objetivos
1.4.1 General
- Analizar el componente CMOS y la aplicación de su tecnología en las áreas de
electrónica
1.4.2 Especifico
- Realizar cálculos y análisis con componentes CMOS
- Analizar la utilización del Relay
- Experimentar el funcionamiento del CMOS
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1.5 Justificación
1.5.1 Técnica
La elaboración del proyecto para esta área, se ve como un estudio de aprendizaje,
en el área técnica se quiere observar el funcionamiento del Relay y el CMOS
CD4541 aprendiendo de estos el conocimiento básico para su funcionamiento,
como el conocimiento de los pines y su funcionamiento, los pines del relay y el
switch de auto activación.
1.5.2 Económica
En el área económica del proyecto, se puede observar como una inversión, ya que
el uso del circuito es aplicable a cualquier componente que necesite alimentación,
y su realización es común y sencilla.
1.5.3 Social
Para el área social el proyecto se defiende fuertemente, ya que su uso es a
cualquier componente eléctrico o electrónico que necesite alimentación su uso se
vuelve aplicable para cualquier individuo realizando así una programación de
activación para cualquier componente.
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1.6 Alcances y limitaciones
1.6.1 Alcances
Tiempo Máximo: 92 horas
Tiempo Mínimo: 5 segundos
1.6.2 Limitaciones
Voltaje máximo de entrada: 15 V
Rango de frecuencia del Oscilador: 100kHz
Corriente Máxima de entrada: 20mA
1.7 Diagrama De Bloques
Obtencion de datos(t) Aplicación de los Datos
Encendido del Dispositivo
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CAPITULO II
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2.1 Componentes
2.1.1 Resistencia
Se denomina resistor o resistencia al componente electrónico diseñado para
introducir una resistencia eléctrica determinada entre dos puntos de un circuito. En
otros casos, como en las planchas, calentadores, etc., las resistencias se emplean
para producir calor aprovechando el efecto Joule. Entre los técnicos es frecuente
utilizar el término resistor por ser más preciso que resistencia.
Es un material formado por carbón y otros elementos resistivos para disminuir la
corriente que pasa se opone al paso de la corriente la corriente máxima en un
resistor viene condicionado por la máxima potencia que puede disipar su cuerpo.
Esta potencia se puede identificar visualmente a partir del diámetro sin que sea
necesaria otra indicación. Los valores más corrientes son 0,25 W, 0,5 W y 1 W.
Existen resistencias de valor variable, que reciben el nombre de potenciómetros.
2.1.2 Potenciómetro
Un potenciómetro es un resistor al que le puede variar el valor de su resistencia.
De esta manera, indirectamente se puede controlar la intensidad de corriente que
hay por una línea si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial de hacerlo
en serie.
Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos con poca corriente, para
potenciar la corriente, pues no disipan apenas potencia, en cambio en los
reostatos, que son de mayor tamaño, circula más corriente y disipan más potencia.
Divisor resistivo variable ajustable por medio de un cursor.
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Es una resistencia formada por una delgada pista de carbón de cuyos extremos
salen dos terminales; a dicha pista la recorre un cursor que está vinculado a un
tercer terminal.
Si se aplica una tensión entre los terminales 1 y 2, el cursor tendrá una tensión
proporcional a la posición de este sobre la pista.
Según su aplicación se distinguen varios tipos:
Potenciómetros de mando. Son adecuados para su uso como elemento de
control en los aparatos electrónicos. El usuario acciona sobre ellos para
variar los parámetros normales de funcionamiento. Por ejemplo, el volumen
de una radio.
Potenciómetros de ajuste. Controlan parámetros preajustados,
normalmente en fábrica, que el usuario no suele tener que retocar, por lo
que no suelen se accesibles desde el exterior. Existen tanto encapsulados
en plástico como sin cápsula, y se suelen distinguir potenciómetros de
ajuste vertical, cuyo eje de giro es vertical, y potenciómetros de ajuste
horizontal, con el eje de giro paralelo al circuito impreso.
Según la ley de variación de la resistencia R = ρ(θ):
Potenciómetros lineales. La resistencia es proporcional al ángulo de giro.
Logarítmicos. La resistencia depende logarítmicamente del ángulo de giro.
Sinusoidales. La resistencia es proporcional al seno del ángulo de giro. Dos
potenciómetros sinusoidales solidarios y girados 90° proporcionan el seno y
el coseno del ángulo de giro. Pueden tener topes de fin de carrera o no.
En los potenciómetros impresos la ley de resistencia se consigue variando la
anchura de la pista resistiva, mientras que en los bobinados se ajusta la curva a
tramos, con hilos de distinto grosor.
Potenciómetros multivuelta. Para un ajuste fino de la resistencia existen
potenciómetros multivuelta, en los que el cursor va unido a un tornillo
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desmultiplicador, de modo que para completar el recorrido necesita varias vueltas
del órgano de mando.
2.1.3 Condensador
En electricidad y electrónica, un condensador o capacitador 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, separados 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).
La carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de
potencial entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la
llamada capacidad o capacitancia. En el Sistema internacional de unidades se
mide en Faradios (F), siendo 1 faradio la capacidad de un condensador en el que,
sometidas sus armaduras a una d.d.p. de 1 voltio, éstas adquieren una carga
eléctrica de 1 culombio.
La capacidad de 1 faradio es mucho más grande que la de la mayoría de los
condensadores, por lo que en la práctica se suele indicar la capacidad en micro-
µF = 10-6, nano- nF = 10-9 o pico- pF = 10-12 -faradios. Los condensadores
obtenidos a partir de supercondensadores (EDLC) son la excepción. Están hechos
de carbón activado para conseguir una gran área relativa y tienen una separación
molecular entre las "placas". Así se consiguen capacidades del orden de cientos o
miles de faradios. Uno de estos condensadores se incorpora en el reloj Kinetic de
Seiko, con una capacidad de 1/3 de Faradio, haciendo innecesaria la pila.
También se está utilizando en los prototipos de automóviles eléctricos.
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El valor de la capacidad de un condensador viene definido por la siguiente
fórmula:
en donde:
C: Capacidad
Q1: Carga eléctrica almacenada en la placa 1.
V1 − V2: Diferencia de potencial entre la placa 1 y la 2.
2.1.4 CMOS
Definición de CMOS (Abreviatura de Complementary Metal Oxide Semiconductor -
pronunciado see-moss en inglés). Tipo de tecnología de semiconductores
ampliamente usado. Los semiconductores CMOS utilizan circuitos NMOS
(polaridad negativa) y PMOS (polaridad positiva). Dado que sólo un tipo de circuito
está activo en un tiempo determinado, los chips CMOS requieren menos energía
que los chips que usan sólo un tipo de transistor. Esto los hace particularmente
atractivos para el uso en dispositivos que usan baterías como notebooks.
Las computadoras personales también contienen una pequeña cantidad de batería
tipo CMOS para memorizar la fecha, hora y algunas configuraciones del sistema
2.1.5 CMOS CD4541
Características
Baja resistencia de salida simétrica, 100W Típicamente en VDD = 15V
Construcción de baja potencia Oscilador RC
Rango de frecuencia del oscilador. . . . . . . . . . DC a 100kHz
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Reloj Externo (Aplicada pin 3) se puede utilizar en lugar del
Oscilador.
Funciona como 2N divisores de frecuencias o como un transición temporizador.
La seleccion Q / Q proporciona flexibilidad a nivel de la lógica de salida
Automático o el reset maestro desactiva durante el oscilador para restablecer
la reducción de disipación de energía.
Funciona muy lento los tiempos del reloj de subida y de bajada.
La capacidad de conducción de seis cargas TTL de baja potencia, tres
Schottky de baja potencia cargas o cargas más de seis HTL de la gama de
temperatura.
Características de salida simétrica
Es 100% Probado para corriente de 20V en reposo.
5V, 10V y 15V son calificaciones paramétricas.
Cumple todos los requisitos de la norma JEDEC N º 13B,
"Las especificaciones estándar para la descripción de" B "Serie
Dispositivos CMOS "
CD4541B temporizador programable consta de una etapa 16-binario contador, que
es un oscilador controlado por los componentes externos RC (2 resistencias y un
condensador), un sistema automático de encendido restablecer el circuito, y la
salida lógica de control.
El contador incrementa en el eje positivo de las transiciones del reloj y también se
puede restablecer a través de la entrada de RESET MASTER.
El resultado de este temporizador es la salida Q del octavo, décimo, décimo
tercero, o décimo sexto de esta etapa.
Esta etapa deseada es elegida utilizando las entradas de tiempo selección A y B
(véase el cuadro Seleccione Frecuencia).
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La salida está disponible en cualquiera de los dos modos seleccionables via el
modo de entrada, pin 10 (ver tabla de verdad).
Cuando este modo de entrada es una lógica "1", la salida será una onda
cuadrada de haber una frecuencia igual a la frecuencia del oscilador dividida por
2N.
Cuando el modo entrada conjunto a la lógica "0" y después de un reset maestro se
inicia, la salida (suponiendo que la salida Q se ha
seleccionado) cambia de un bajo a un alto estado después de 2N-1 cuenta
y permanece en ese estado hasta que otro pulso de reset maestro
se aplica o el modo de entrada está ajustado a una lógica "1".
Se inicia el momento mediante el establecimiento de la entrada de auto reset pin
5) a lógica "0" y poder convertirlo. Si el pin 5 es ajustado a la lógica "1", el
auto circuito de reset está desactivado y el recuento no se iniciará hasta pulsación
de reset maestro y volverá a un nivel bajo. El restablecimiento automático
consume una apreciable cantidad de poder y no debe utilizarse si la operación de
baja potencia se desea. Para una potencia automática de cero el VDD debe ser
superior a 5V.
El oscilador RC, que se muestra en la figura 1, oscila con un con la frecuencia que
determina la red RC y se calcula
utilizando:
Donde:
Donde f es de entre 1 kHz y 100kHz y RS³ 10kWand »2RTC.
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2.1.6 Diodo
Un diodo (del griego "dos caminos") es un dispositivo semiconductor que permite
el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características
similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica de un
diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se
comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un
circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña.
Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son
dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso
inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de
funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.
Los primeros diodos eran válvulas grandes en chips o tubos de vacío, también
llamadas válvulas termoiónicas constituidas por dos electrodos rodeados de vacío
en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. El
invento fue realizado en 1904 por John Ambrose Fleming, de la empresa Marconi,
basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.- Al igual que las
lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a
través del que circula la corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está
tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío
circundante; electrones que son conducidos electrostáticamente hacia una placa
característica corvada por un muelle doble cargada positivamente (el ánodo),
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produciéndose así la conducción. Evidentemente, si el cátodo no se calienta, no
podrá ceder electrones. Por esa razón los circuitos que utilizaban válvulas de
vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder
funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad.
2.1.7 Transistor
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de
amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la
contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia").
Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los artefactos domésticos de
uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y video, hornos
de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes
de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes,
equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc.
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CAPITULO III
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3.1 Diagrama de diseño de Proyecto
3.2 Materiales
3 Resistencias de 10k ohmios 2 Resistencias de 3,3k ohmios 1 Resistencia de 20k ohmios 1 Potenciómetro de 100k ohmios 1 Capacitor de 22u Faradios 1 Diodo 1N4004 1 Relay de 12 V 1 Transistor 2N3904 1 CMOS CD4541
3.3 Cálculos
3.3.1 Introducción
Entre los cálculos a realizarse tenemos las siguientes formulas a aplicarse:
-Tiempo en el que se enciende el dispositivo
Donde:
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K es Constante determinada mediante unatabla de los pines A y B
R1 es Potenciómetro de 100k C1 es El capacitor de 2,2uF
-Para el transistor:
Donde: IE es la corriente de emisor. IC es la corriente de colector. αT es la ganancia de corriente directa en configuración base
común. (de 0.98 a 0.998) IES es la corriente de saturación inversa del diodo base-
emisor (en el orden de 10−15 a 10−12 amperios) VT es el voltaje térmico kT / q (aproximadamente 26 mV a
temperatura ambiente ≈ 300 K). VBE es la tensión base emisor.
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A12
B13
AR5
MODE10
Q/Q9
RTC1
CTC2
RS3
R6
Q8
U14541PACKAGE=DIL14VDD=#00002
V112V
RV1100k
C1
22uR1
20k
R210k
R33k3
R43k3
Q12N3904
D11N4004
V25V
Circuito completo a analizarse
3.3.2 Cálculos
El circuito a realizarse se dividirá en 2 etapas, la primera que es la obtención del
tiempo que será determinada por , y la segunda que será
el proceso de envió de ese dato al relay.
1ra Etapa
Para la primera etapa se realizo una tabla con los respectivos tiempos generales
que se pueden obtener
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R1 C1 K T(s) T(m) T(h)
100000 0,000022 65536 144179,2 2402,98667 40,0497778
100000 0,000022 8192 18022,4 300,373333 5,00622222
100000 0,000022 1024 2252,8 37,5466667 0,62577778
100000 0,000022 256 563,2 9,38666667 0,15644444
50000 0,000022 65536 72089,6 1201,49333 20,0248889
50000 0,000022 8192 9011,2 150,186667 2,50311111
50000 0,000022 1024 1126,4 18,7733333 0,31288889
50000 0,000022 256 281,6 4,69333333 0,07822222
25000 0,000022 65536 36044,8 600,746667 10,0124444
25000 0,000022 8192 4505,6 75,0933333 1,25155556
25000 0,000022 1024 563,2 9,38666667 0,15644444
25000 0,000022 256 140,8 2,34666667 0,03911111
10000 0,000022 65536 14417,92 240,298667 4,00497778
10000 0,000022 8192 1802,24 30,0373333 0,50062222
10000 0,000022 1024 225,28 3,75466667 0,06257778
10000 0,000022 256 56,32 0,93866667 0,01564444
5000 0,000022 65536 7208,96 120,149333 2,00248889
5000 0,000022 8192 901,12 15,0186667 0,25031111
5000 0,000022 1024 112,64 1,87733333 0,03128889
5000 0,000022 256 28,16 0,46933333 0,00782222
1000 0,000022 65536 1441,792 24,0298667 0,40049778
1000 0,000022 8192 180,224 3,00373333 0,05006222
1000 0,000022 1024 22,528 0,37546667 0,00625778
1000 0,000022 256 5,632 0,09386667 0,00156444
En esta etapa se pudo observar los distintos funcionamientos de los pines del
CD4541.
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2da Etapa:
En esta etapa se mide los voltajes de salida del pin ocho y la transformación de energía para
la activación del relay.
Vq(Aprox) Vce Ve Vc
6 5,4 3,2 2,2
7 6,4 3,3 3,1
8 7,4 3,9 3,5
9 8,4 4,4 4
10 9,5 4,9 4,6
11 10,5 5,7 4,8
12 11,5 6,3 5,2
3.3 Costos
Material Cantidad Observación Costo Costo
Total
Resistencias 6 10k,20k,3.3k 30ctvs 1,8bs
Potenciómetro 1 100k 3bs 3bs
Capacitor 1 22uF 1bs 1bs
Diodo 1 1N4004 1bs 1bs
Transistor 1 NPN 2N3904 2bs 2bs
CMOS 1 CD4541 4,5bs 4,5bs
Relay 1 12 V 10bs 10bs
Pulsador 1 - 2bs 2bs
Total 25,3bs
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CAPITULO IV
21
4.1 Conclusiones
En este proyecto se pudo apreciar el funcionamiento de un CMOS y una
aplicación de uno de sus circuitos que se aplica, se pudo aprender mucho más de
lo que se pudo esperar, lo cual significo un éxito sobre los objetivos de este
proyecto, las aplicaciones de este proyecto se espera que se realicen con
diferentes proyectos a seguir.
4.2 Bibliografía
www.datasheetcatalog.org/datasheets/105/109635_DS.pdf
http://www.google.com.bo/search?hl=es&q=cmos&meta=&aq=f&oq
www.wikipedia.com
www.unicrom.com
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