Electrónica

Clase 1b13-Octubre-2014

Introducción

• La electrónica es una de las herramientas más importantes de nuestro entorno. Se encuentra en muchos aparatos y sistemas como por ejemplo: radio, televisión, ordenador, vídeo, teléfono, etc.

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EL PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN Y LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Procesado analóg ico Procesado d ig ita l

S istem as de com unicación

E lectrom edicina

Instrum entación

S istem as de contro l

S istem as in form áticos

Procesam iento de in form ación

S istem as lineales(bajo rendim iento)

S istem as conm utados(elevado rendim iento)

Am plificadors de audio(Em plean una señal de m uestra)

C ontro l de m otores

R ectificadores

C argadores de baterías

Inversores(C onvertidores de continua a a lterna)

etc....

Sum in istro y form a de presentaciónde la energ ía e léctrica

S istem as electrón icos dedicados a:

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Figura 1.2. Las señales analógicas toman valores continuos de amplitudes.

Las señales digitales toman unas pocas amplitudes discretas.

Amplitud Amplitud

Valoreslógicos

Tiempo Tiempo

(a) Señal analógica (b) Señal digital

- A

+ A

SISTEMAS ANALÓGICOS Y S. DIGITALES

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Amplitud Amplitud

Valoreslógicos

Tiempo Tiempo

(a) Señal analógica (b) Señal digital

- A

+ A

SISTEMAS ANALÓGICOS Y S. DIGITALES (CONT)

El mundo real es analógico (Aunque a nivel de la mecánica cuántica tampoco)

Los transductores son dispositivos que convierten cualquier magnitud física en una señal eléctrica.El formato de la señal eléctrica que proporcionan los transductores es normalmente analógicoUn teclado proporciona señales en formato digital

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CONVERSIÓN SE SEÑALES ANALÓGICAS A DIGITALES Y VICEVERSA

Convertidor analógico digital: (ADC Analog to digital converter)Convierte señales analógicas al formato digital

Procedimiento:1°) Se realice un muestreo, es decir una medición en instantes de tiempo periódicos (frecuencia de muestreo)2°) A la citada medición se le asigna una palabra de código de longitud adecuada

Convertidor digital – analógico (DAC digital to analog converter)Convierte señales en formato digital a señales analógicas

Los sistemas analógicos son los que procesan señales analógicasLos sistemas digitales son los que procesan señales digitales

Los sistemas modernos incluyen elementos analógico y digitales

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Figura 1.5. Es posible determinar las amplitudes originales de una señal digital después de añadir ruido. Esto no es posible para una señal analógica.

(a) Señal analógica (b) Señal digital

(c) Señal analógica con ruido (d) Señal digital con ruido

VENTAJAS RELATIVAS DE LOS SISTEMAS ANALÓGICOS Y DIGITALES

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Absoluta necesidad de su utilizac ión:M uchas entradas y salidas son analógicas

Necesidad de acondicionam iento de señales

m enor n° de componentes

Procesamiento analógico avelocidades altasm ás económ ico

Ventajas

Dific il e lim inar ruido

M as caros

Uso de c ircuitos integrados+com ponentes discretos (m ayor tam año)

Poca adaptabilidad(Actualm ente ex isten d. programables)

Inconvenientes

Analógicos

Utilizados en la práctica tota lidadde los sistemas e lectrónicos

Fácil e liminar ruido

m ás económ icos

Utilización masiva de C.Integrados(reducción de tam año)

Fácil adaptabilidad

Ventajas

m ayor n° de componentes

Procesam iento digitalm as caro

a velocidades altas

Inconvenientes

Digita les

S ISTEM AS ELECTRÓ NICOS

VENTAJAS RELATIVAS DE LOS SISTEMAS ANALÓGICOS Y DIGITALES (CONT)

Figura Diagrama de flujo típico para el diseño de sistemas electrónicos.

Desarrollo de las

especificaciones

del sistema

Generación

de planteamientos

de solución

Diseño de diagramas de

bloques del sistema,

incluyendo las especificaciones

del documento

Diseño de los

circuitos internos

de cada bloque

Construcción

de circuitos

prototipos

Prueba

Montaje del

sistema

prototipo

Prueba y

finalización

del diseño

Producción

Enunciadodel problema

Descarte de los planteamientosde solución que no sean prácticos

En este libro se estudiaráprincipalmente esta actividad

Sistema enfuncionamiento

DISEÑO DE SISTEMAS

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Figura 1.7. Diagrama de flujo del proceso de diseño de circuitos.

Especificacionesdel bloquefuncional

Diseño final

*Utilizando el análisis teórico, una simulación por computador, o pruebas reales con los circuitos.

Selección de la

configuración

del circuito

Selección de los

valores de los

componentes

Estimación de

las prestaciones*

Construcción

del prototipo

Prueba

DISEÑO DE CIRCUITOS

ElectrónicaAnalógica Potencia

Electrónica Analógica

• La electrónica analógica considera y trabaja con valores continuos pudiendo tomar valores infinitos, podemos acotar que trata con señales que cambian en el tiempo de forma continua porque estudia los estados de conducción y no conducción de los diodos y los transistores que sirven para diseñar sistemas con las cuales se fabrican los circuitos integrados.

Electrónica Analógica

• La Electrónica Analógica abarca muchos campos como por ejemplo, la electrónica analógica dinámica que trata de un circuito que traslada hondas o vibraciones a un sistema eléctrico.

• La analógica hidráulica la cual es existente entre una corriente del agua de superficie plana o un flujo bidimensional como ejemplo un reloj, el cual tiende a tener engranaje de diferentes tipos los cuales son movidos por un conductor, el mueve los engranajes que son diferentes tamaños pero cada uno para una función especifica como la de los segundos, minutos y horas.

Electrónica Analógica

• También podemos decir que la electrónica analógica define campos más específicos tales como: – Conducción de semiconductores.– Diodos– Circuitos con diodos.– Transistor bipolar– Transistores de efecto de campo.– Amplificación y retroalimentación.– Amplificadores operacionales– Filtros activos.

Electrónica de Potencia

• Es la rama de la ingeniería eléctrica que consigue adaptar y transformar la electricidad, con la finalidad de alimentar otros equipos, transportar energía, controlar el funcionamiento de maquinas eléctricas, etc. Se refiere a la aplicación de dispositivos electrónicos, principalmente semiconductores, al control y transformación de potencia eléctrica.

Electrónica de Potencia

• Esto incluye tanto aplicaciones en sistemas de control como de suministro eléctrico a consumos industriales o incluso la interconexión sistemas eléctricos de potencia. El principal objetivo de esta disciplina es el procesamiento de energía con la máxima eficiencia posible, por lo que se evitan utilizar elementos resistivos, potenciales generadores de pérdidas por efecto Joule. Los principales dispositivos utilizados por tanto son bobinas y condensadores, así como semiconductores trabajando en modo corte/saturación (on/off).

Dispositivos semiconductores

• Para estas aplicaciones se han desarrollado una serie de dispositivos semiconductores de potencia, todos los cuales derivan del diodo o el transistor. Entre estos se encuentran los siguientes:

• Rectificador controlado de silicio (SCR en inglés)• Triac• IGBT• IGCT

Convertidores de la Energía Eléctrica

• Conversión de potencia es el proceso de convertir una forma de energía en otra, esto puede incluir procesos electromecánicos o electroquímicos.

• Dichos dispositivos son empleados en equipos que se denominan convertidores estáticos de potencia, clasificados en:

– Rectificadores: convierten corriente alterna en corriente continua– Inversores: convierten corriente continua en corriente alterna– Ciclo-conversores: convierten corriente alterna en corriente alterna– Choppers: convierten corriente continua en corriente continua

• En la actualidad esta disciplina está cobrando cada vez más importancia debido principalmente a la elevada eficiencia de los convertidores electrónicos en comparación a los métodos tradicionales, y su mayor versatilidad. Un paso imprescindible para que se produjera esta revolución fue el desarrollo de dispositivos capaces de manejar las elevadas potencias necesarias en tareas de distribución eléctrica o manejo de potentes motores.

Las principales aplicaciones de los convertidores electrónicos de potencia son las siguientes:

• Las principales aplicaciones de los convertidores electrónicos de potencia son las siguientes:

• Fuentes de alimentación: En la actualidad han cobrado gran importancia un subtipo de fuentes de alimentación electrónicas, denominadas fuentes de alimentación conmutadas. Estas fuentes se caracterizan por su elevado rendimiento y reducción de volumen necesario. El ejemplo más claro de aplicación se encuentra en la fuente de alimentación de las computadoras.

• Control de motores eléctricos: La utilización de convertidores electrónicos permite controlar parámetros tales como la posición, velocidad o par suministrado por un motor. Este tipo de control se utiliza en la actualidad en los sistemas de aire acondicionado. Esta técnica, denominada comercialmente como "inverter" sustituye el antiguo control encendido/apagado por una regulación de velocidad que permite ahorrar energía.

• Calentamiento por inducción: Consiste en el calentamiento de un material conductor a través del campo generado por un inductor. La alimentación del inductor se realiza a alta frecuencia, generalmente en el rango de los kHz, de manera que se hacen necesarios convertidores electrónicos de frecuencia. La aplicación más vistosa se encuentra en las cocinas de inducción actuales.

• Otras: Como se ha comentado anteriormente son innumerables las aplicaciones de la electrónica de potencia. Además de las ya comentadas destacan: sistemas de alimentación ininterrumpida, sistemas de control del factor de potencia, balastras electrónicos para iluminación a alta frecuencia, interface entre fuentes de energía renovables y la red eléctrica, etc.

• Las líneas de investigación actuales buscan la integración de dispositivos de potencia y control en un único chip, reduciendo costos y multiplicando sus potenciales aplicaciones. No obstante existen dificultades a salvar como el aislamiento entre zonas trabajando a altas tensiones y circuitería de control, así como la disipación de la potencia perdida.

SISTEMA ELECTRÓNICO

• Un sistema electrónico está formado por varios componentes electrónicos, de tal forma que si se le aplica una señal de excitación a la entrada, el sistema proporciona una respuesta a la salida. Se puede representar mediante un diagrama de bloques:

SISTEMA ELECTRÓNICO

Sistema Electrónico

Entrada Salida

COMPONENTES ELECTRÓNICOS

• La mayoría de los circuitos electrónicos están formados por un gran número de componentes. Se pueden distinguir dos grandes grupos de componentes electrónicos: los componentes pasivos (resistencias, condensadores y bobinas), y los componentes semiconductores (diodos, transistores, circuitos integrados, etc.).

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Figura 1. Diagrama de bloques de un sistema electrónico simple: una radio AM.

Radio de frecuencia

Amplificador de radio-

frecuencia

MezcladorFiltro de

frecuencia intermedia

Amplificador de radio-

frecuencia

Mezclador Filtro de frecuencia intermedia

Detector

de pico

Amplificador de sonido

Oscilador

local

Sintetizador

de frecuencias

Control

Digital

Memoria

digital

Teclado Pantalla

Antena

Altavoz

Amplificador de frecuencia intermedia

SISTEMAS ELECTRÓNICOS

Sistemas E.: radio AM, GPS, Encendido electrónico automóvilSubsistemas o bloques funcionales: Amplificador, filtro, oscilador