Contador de batios

Contador

Un cantador registra el numero de acontecimiento que han recorrido. Los contadores se usan para  llevar la cuenta del tiempo transcurrido y la de operaciones. la figura 27-17 muestra un contador binario de cuatro etapas . Consta de una cadena de flips-flops .la línea de borrado pone cada flips –flops a cero para empezar un nuevo ciclo de contaje . la línea de entrada acepta impulsos que representen los acontecimientos que se cuentan.

Contador binario.

El numero total de los estados puede ser un contador binario en 2n , done n es el numero de flips - flops, el contador mostrado cuenta con 15 y se pone a cero para empezar de cero en el impulso decimosexto. Cada etapa de flips –flopsdivide efectivamente su entrada por 2 .los complementos de  del impulso decimosexto FF4 hacen que el FF3,FF32, FF1 se complementen a su vez .

Contador decimal

El contador binario de cuatro etapas puede ser modificado para contar sobre una escala de 10 conectado las salidas 1 de FF3 y FF1 a la línea de borrado a través  de una puerta y. así cuando se alcanza la cuneta de 10 , todo el contador se pone a cero . la salida de un contador binario de cuatro etapas conectado es decir mal será en el código BCD 8-4-2-1.

Contador de vatio –hora

El contador de vatios – horas es un  aparato destinado para medir energía .como la energía es el producto de una potencia por un tiempo , el contador de vatios –hora tiene que tener en consideración ambos factores . ahora bien , como la potencia se vende sobre una base energética , de la exactitud del aparato puede depender que la cantidad que se paga sea o no sea excesiva . esto hace esencial el conocimiento del mecanismo y forma de uso .

En líneas generales el contador es un pequeño motor cuya velocidad instantánea es proporcional a la potencia que pasa por el y el número total de revoluciones es un tiempo dado proporcional a la energía total o vatios – hora gastados durante este tiempo.

En la fig 104 .se ve que la línea está conectada a dos terminales en la parte izquierda del contador. el terminar superior está conectadoa dos bobinas para poder conducir el máximo de corriente tomada por la carga y está conectada de tal forma que sus campos magnéticos se refuerzan uno a otro .

El otro terminal de la entrada va directamente a la carga. Un circuito en shunt lo une con la terminal superior, en la parte de la derecha del dibujo. Este circuito atraviesa primero el inducido por medio de dos escobillas de plata b que se apoya sobre el pequeño conmutador C.

Cuando la corriente de carga pasa atravez de FF y  no hay hierro en el circuito , el campo magnetico producidas ppor esas bobinas es proporcional a la corrientes de carga .como el inducido en serie con la recistencia esta conectado a los extremos de la linea directamente , la corriente , la corriente en dicho inducido sera proporcional al tension de la linea . despreciando la pequeña caida de tension en FF , el par sobre el inducido sera inducido sera proporcional al producto de la carriente de la carga por tension de carga , o en otra palabras proporcional a la potencia que pasa , a traves del aparato , a la carga .

Se demuestra qu , si el aparato ira de registrar exactamente , debe actuar sobre el elemento movil un par de retardador que sea proporcional a su velocidad de rotacion . para ello se le coloca una distancia de alumino Dsolidario al eje del motor . este disco gira entre los polos de dos imanes permanentes MM. Al girar el disco cortando el campo magnetico producidos por los imanes ,se inducen en el unas corrientes de falcault que retardan sus movimientos

La fricción no puede ser totalmente eliminada en el elemento móvil

Cerca del valor de carga del aparato , el efecto de fricción es prácticamente despreciable , pero con cargas ligeras , el par de fricción que es casi constante para todas las cargas ,cualquiera que sea su magnitud es en proporción mucho mayor que el par de carga . para reproducir la fricción y , por consiguiente , el desgaste ,el movimiento móvil se fabrica lo mas ligero y se apoya sobre una piedra que suele ser zafiro en los modelos pequeños y diamante en los modelos grandes , la piedra esta apoyada sobre el resorte . el eje de acero templado , se apoya en la piedra . con el tiempo , el eje se embota y la piedra se vuelve áspera , con lo que aumenta la fricción y es causa de que el aparato marque por debajo de lo que debería , al menos de que se reajuste la bobina F’.

El elemento móvil se hace girar los cuadrantes cuanta – vueltas por un aparato de relojería , accionando por el resalte G .

Ajustes del contador de vatios –hora.

Se ajuste exactamente de el contador , con el tiempo el registro adolece de errores , esto es debido a varias causas tales como la irregularidad en la superficie del conmutador .  los ajustes del contador se efectúacomo indica la figura 104. La potencia tomada por l carga se mide con un voltímetro y un amperímetro calibrado .as revoluciones del disco D se cuentan en el periodo de tiempo medio con un cronógrafo . la relación de vatios – hora y las revoluciones del disco , en la mayor parte de los aparatos , es como siguientes :

Expresado W vatios y T en segundos; K es la constante del aparato que suele venir marcada en el disco y N en el número de revoluciones del disco en el tiempo T .

Para probar el contador se observa periódicamente el voltímetro y e amperímetro mientras se encuentra las revoluciones del disco.

El contador de vatios – horas de tres líneas.

Este aparato ha sido diseñado para energía de sistemas de tres líneas. no se diferencia esencialmente del expuesto de la figura 104 excepto de las dos bobinas FF están conectadas a extremos opuestos de la línea como se ve en la figura 106 el circuito del

Inducido puede conectarse al hilo neutro, como está expuesto o bien a través de las otras líneas .Si el inducido del circuito se conecta así, entonces se suprime la conexión neutros el voltímetro no marcara con exactitud, a no ser que las tensiones entre cada uno de las terminales exteriores y el neutro sean exactamente iguales. Sin embargo el error que pueda haber es general, muy pequeño.

Contadores de amperes – horas.

Miden únicamente cantidad de electricidad, es decir coulomb o amperes – horas; porconsiguiente, cuando se utilizan para la medida de la energía eléctrica se supone que la tensión pertenece constante e igual a un valor a un valor establecido hallándose calibrado el contador de acuerdo con el mismo. Ejemplo de los contadores de amperes – horas en estados unidos, es el contador de gamo excepto en que el electroimán se ha remplazado por imanes permanentes. Existen modeles especialmente diseñados  para hacer utilizados con baterías de acumuladores.

Los contadores de amperes –hora o de volts – hora para corriente alterna

No son prácticos, pero los contadores de amperes – cuadrados –hora o de volts- cuadrado – hora se pueden construir fácilmente en forma de contadores de inducción .puede obtenerse el valor de os amperes – hora extrayendo raíz cuadrada de las cantidades registradas .

Contadores de demanda máxima

En algunos métodos de venta de energía , interviene la máxima cantidad utilizada por el adonado en cualquier periodo de una duración determinada , es decir demanda máxima . se han desarrollado muchos tipos de contadores , pero el espacio únicamente nos permite una breve descripción de unos pocos . existen dos tipos generales de contadores de demanda de uso de corriente : contadores integradores de demanda , contadores de demanda térmicos logarítmicos o retardos .ambos tipos tiene la misma función que consiste en medir energía de tal forma que el valor registrado sea una energía de carga en cuanto esta afecta el calentamiento del equipo eléctrico .

Los contadores integradores de demanda

 Se compone de un elemento de medida de integrador (KWh o Kwarh) que arrastra un mecanismo , en el cual , un dispositivo de tiempo hace volver el sistema  a cero al final de cada intervalo de tiempo , dejando indicando la máxima demanda mediante la aguja arrastrada o mediante una representación o grafico que , a su vez es puesto a cero manualmente al final de cada periodo de lectura ,generalmente de un mes .

Existen tres tipos de registradores de intervalo bloque : el tipo de indicador en el cual la máxima demanda obtenida entre cada periodo de lectura se indica una escala o una representación numérica.

El tipo acumulativo demanda la máxima durante el periodo precedente queda indicado durante el periodo que sigue al momento en el que el mecanismo ha sido puesto a cero hasta que vuelva a ponerse a cero , es decir máxima demanda para cualquier periodo es igual a proporcional o diferencia entre las lecturas acumuladas antes o después de la puesta de 0 .

El tipo de registrador, en el cual la demanda se refiere como registro permanente sobre una cinta mediante imprecisión, induce en un gráfico circular o línea  .

Los contadores de demanda térmica logarítmica o con retardo

Son instrumentos en lo que las indicación de demanda máxima se halla sometida a un tiempo de retardo característico mediante procedimientos mecánicos o térmicos. el intervalo de demanda para el contador de retardo se define como tiempo tiempo necesario para indicar el 90% del valor total de una carga constante aplicada repentinamente.

Concordancia de los contadores de demanda de los registradores

Puede efectuarse con contadores y registros de diversos principios de funcionamientos y con diversos sistemas de registros o indicación de demanda. con una carga constante de superficie duración de los contadores y registradores de demanda precisos de cualquier clasificación , dará el mismo valor de la demanda máxima dentro de los límites de tolerancia establecidos pueden diferir debido a los distintos principios de funcionamientos de los mismos.

Sumadores

Sumador completo

Un sumador completo acepta como entrada A,B y lo que se lleva de una etapa precedente C. genera una salida suma S y lo que se lleva d salida C. la tabla verdad es como siguiente

Lo cual da lugar a las siguientes expresiones booleanas:

Obsérvese que una puerta y es redundante. Las expresiones booleanas pueden realizarse directamente circuitos lógicos o usando dos sumadores mitad y una puerta O. la primera solución requiere tres inversiones siete puertas Y y dos O. la segunda requiere cuatro inversores seis puertas Y y tres puertas O los circuitos básicos y en su sistema está modularizado a nivel puerta o a nivel sumador mitad.

Sumadores binarios

Es el circuito combinacional básicos de un sistema digital que permite realizar operaciones aritméticas ya que cualquier operación definida en la aritmética binaria se puede reducir a sumas binarias.

Los circuitos sumadores se utilicen en muchas aplicaciones ha provocado que muchas fabricando que muchos fabricantes comercialicen  circuitos integrados que realizan exclusivamente la operación suma.

Semisumador (Half-Adder)

La suma de dos bits pueden dar como resultados un valor entre   0 y 2 por lo que son necesario también dos bits para expresar el resultado. El bit menos significativos es el resultado de las suma y el significativo se corresponde con la llevada .el circuito que realice esta función debe disponer de dos entradas una para cada una de los sumados de un bit y dos salidas , una para el resultado de las suma y otra para la llevada se puede ver el símbolo de este circuito conocido como semisumador .

La tabla de verdad de un circuito combinacional que realice esta operación aparece en la tabla. Los términos de la tabla de verdad se corresponden con las entradas y salidas del circuito semisumador , donde :

AyB:son los bits al sumar

S: es el resultado de la suma

C: es la llevada de la salida

De esta tabla de verdad se deducen las funciones S y C:

La suma binaria de dos bits es una función XOR de los sumados y la llevada es el producto lógico de los mismos.

El primer semisumador realiza la suma de los bits A y B. el segundo realiza las sumas del resultado del primero y la llevada .el resultado de la suma del segundo semisumador es el resultado total y se corresponde con la expresión S deducida anteriormente

Circuito sumador completo integrado

El sumador completo es un circuito de aplicación general como subsistemas básicos por ello ha sido realizados en las tecnologías de circuito integrado .que permite utilizar el sumador completo con bloque funcional y asi simplificar el diseño del sistemas digitales . Un ejemplo de circuito integrado es el 74LS183 que contiene dos sumadores completos de 1 bit en la figura se puede ver el la distribución de los pines de este simulador .

Sumador paralelo

Circuito elemental que nos permite sumar dos bits pertenecientes cada uno a un numero binario de dos o mas bits y una llevada procedente de la sumas de los bits de una etapa anterior  .para realizar la suma completa de los dos números es necesario conectar varios sumadores completos en paralelos . la diferencia entre los sumadores paralelos es que radican en como transferir la llevada o acarreo de los sumadores completos a otros .

Sumador paralelo con llevada en serie

La forma mas sencilla de realizar un sumador paralelo es utilizar tantos sumadores completos como los bits tengan los sumados y realizar la transferencia de la llevada en serie en la figura se puede ver el esquema electrónico de un sumador paralelo con llevada en serie de 4 bits .en cada sumador completo se suman los bits de mismo peso junto con la llevada del sumador anterior , cada uno de estos sumadores genera un bit del resultado y una llevada que es transferida a la etapa siguiente .

Para el sumador de la primera etapa , la llevada  se conecta a nivel lógico 0 puesto que no existe la llevada anterior . de hecho se podría sustituir este sumador completo por un semisumador . finalmente , el ultimo sumador completo general el bit es mas significativo del resultado y lleva un final , que en ocaciones puede ser considerada como una señal que indica el desbordamiento en la realización de la suma .

Sumador paralelo llevada con paralelo

Habitualmente se dispone de todos los bits de los sumados habitualmente , siendo A y B lo bits correspondientes a la etapa . teniendo en cuenta se pueden definir las dos funciones siguientes :

Donde G se denomina variable generadora y P variable programable

La variable generadora se denomina asi puesto que si la lleva se genera en esta etapa (A=1,B=1)G es 1. Basándose en estas dos funciones se pueden expresar las sumas y la llevada de cualquier etapa

Sumador paralelo con llevada en paralelo aplicado a grupos

Para obtener sumadores de mayor capacidad , si se utiliza la trasferencia de la llevada en serie , únicamente supone añadir tanos sumadores completos como sea necesario aumentando la lentitud del sistema . para mejorar la capacidad se puede aplicar la llevada en  paralelo, pero a medida aumenta el número de etapas el circuito aumenta su complejidad enormemente .

Una solución intermedia es acoplar sumadores conllevadas en paralelo con transferencia de llevada en serie entre bloques tal y como se puede ver en la figura resultando un circuito escalable como el de programación serie pero como una velocidad superior.

Por otra parte se pueden utilizar unidades generadoras de llevadas o unidades de arrastre anticipan de sin unidades sumadoras para utilizarlas con grupos de sumadores de 4 bits. Partiendo de la ecuación de la llevada c de un sumador de cuatro bits .

A partir de estas variables de grupo ,una unidad de arrastre anticipando puede calcular las llevadas de un paralelo para cada uno de los sumadores de 4 bits . paraellos los sumadores con lleva en paralelo dan como variables las salidas del grupo

Circuitos sumadores integrados

Los sumadores binarios que podemos encontrar en un circuito integrado suelen ser 4 bits y de las tecnologías de fabricación mas habituales son las TTL y las CMOS. Estos circuitos integrados pertenecen al grupo de mediana escala de integración masconocidos .

Estos sumadores binarios son sumadores paralelos conllevan en paralelo aunque el circuito interno suelen tener unas pequeñas modificaciones con respecto al esquema .estas modificaciones normalmente ayudan a mejorar las prestaciones de velocidad del circuito o reducir su complejidad desde el punto de vista microelectrónica lo que suele traducirse en un ahorre del coste . losmas conocidos son 74LS283, el 74LS83A y el 4008.

Aplicaciones de Conceptos básicos de la electrónica

La electricidad nos rodea aunque no siempre se manifieste. En efecto todos los cuerpos físicos (objetos) están formados con moléculas de diferentes materiales que a su vez están construidas con alguno de los 92 átomos diferente que existen en la naturaleza. Y en cada átomo, existe un núcleo positivo y una nube de electrones negativa que se compensan perfectamente como para que el átomo sea neutro. Y si es neutro no puede manifestarse eléctricamente.

Al núcleo no tenemos un acceso fácil que permita quitar protones, pero llegar a los electrones de orbitas superiores es muy fácil y solo basta con frotar materiales con un paño para arrancar o agregar electrones y generar cargas eléctricas fijas en el material utilizado. Agregar o quitar depende del material que se frote en el paño. Algunos materiales son dadores y otros son aceptores.

Es así como podemos tener un objeto con exceso de electrones (negativo) y otro con falta de electrones (positivo). Mientras los objetos estén separados (aislados) permanecerán cargados permanentemente. Si se los aproxima hasta que se toquen, de inmediato circularan cargas eléctricas (electrones) ente ellos hasta neutralizarse de modo que cada cuerpo sea neutro.

En efecto el fenómeno que se produce es un desplazamiento de electrones de átomo en átomo de modo que entra un electrón por una punta de la barra pero el que sale es otro electrón que estaba situado en la otra punta. La carga se desplaza prácticamente a la velocidad de la luz el corpúsculo (electrón) lo hace mucho mas lentamente.

• En un cuerpo aislador los electrones están fuertemente unidos a su núcleo y es difícil o imposible sacarlos de sus orbitas.
• En un cuerpo conductor los electrones están flojamente unidos a su núcleo, inclusive muchas veces se movilizan y cambia de núcleo en forma casual; aunque siempre que un átomo adquiere un electrón cede otro para mantener la neutralidad.

Ahora es fácil entender que si un cuerpo con electrones en exceso se une a unabarra de cobre, este cuerpo transfiere algunos de sus electrones de modo que el nuevo cuerpo con el agregado de la barra de cobre tiene características negativas distribuidas uniformemente por todo el cuerpo compuesto. Es decir que la barra de cobre es también negativa y por lo tanto al acercarla al cuerpo positivo, establecerá la circulación de electrones.

En cambio la barra de vidrio no acepta que sus electrones se muevan de átomo en átomo y por lo tanto el cuerpo con exceso de electrones no puede influir sobre ella. Estos dos conceptos de cuerpos aisladores y conductores son fundamentales en nuestra especialidad.

• Ejemplos de cuerpos conductores son  los metales como el cobre, el aluminio, la plata, el oro, etc. Pero debemos aclarar que no solo los metales son conductores; algunos líquidos también lo son. Dejemos el caso obvio de los metales líquidos a temperatura ambiente como el mercurio. Algunos líquidos compuestos como los ácidos, las bases y las sales disueltas (como el agua salada) son conductores, aunque no tan buenos como los metales. También existen sólidos conductores como por ejemplo el grafito (un estado de agregación del carbono)

Corrieneelctrica

Los electrones que circulan entre dos cuerpos cargados con cargas opuestas, al unirlos con un conductor, forman lo que clásicamente se conoce como corriente eléctrica. Es decir que circulación de electrones y corriente eléctrica son sinónimos. Por lo general cuando se trata de fenómenos electrostáticos se habla de circulación de cargas o de electrones y cuando los procesos son continuos se habla de corriente eléctrica.

La corriente de agua que circula por un caño se mide en litros/Seg. ¿En que se mide la corriente eléctrica? Es evidente que se podría medir en electrones/Seg. pero la carga de un electrón es tan pequeña que los números serían muy altos, es decir que la unidad electrones/Seg. no es práctica. Inclusive la unidad de carga eléctrica de un cuerpo cargado por frotamiento medida en electrones es ya un número muy alto.

Por todo esto se idearon unidades prácticas tanto para la cantidad de electricidad o carga eléctrica como para la corriente eléctrica dándole a esas unidades el nombre de diferentes científicos que trabajaron con los fenómenos eléctricos.

La unidad practica de corriente eléctrica es el Coulomb (culombio) y es igual a 6,28 1018 electrones (6 trillones 228.000 electrones) o 6.280.000.000.000.000.000 electrones.

La unidad práctica de corriente eléctrica es el Amper y es igual a un Coulomb por segundo.

Las unidades siempre involucran los múltiplos y submúltiplos de las mismas. En electrónica se utilizan por lo general los submultimplos del A es decir el mA (miliamper) y el uA (microamper) en la siguiente tabla se pueden observar estas equivalencias.

Resistencia electica

La característica mas importante de lo que hasta ahora llamamos barra es su capacidad para nivelar las cargas de los cuerpos con mayor o menor velocidad. Intuitivamente sabemos que si coloco una barra de cobre las cargas se nivelan rápidamente; en cambio si coloco una barra de grafito las cargas pueden tardar mucho mas en nivelarse (dependiendo del tipo de grafito). En el primer caso decimos que la barra de cobre tiene muy poca resistencia a la circulación de la corriente eléctrica y el segundo que el grafito presenta mas resistencia a la circulación de los electrones.

Tabla de resistencias especificas

En electrónica se hace un uso enorme de barras de diferente resistencia. Tanto, que en realidad se define un componente llamado resistor, que puede tener valores específicos de resistencia que difieren entre si en un 1%, en un 5% o un 10% de acuerdo con su calidad. Estos resistores están construidos con grafito y poseen terminales de cobre para su soldadura en circuitos impresos con cobre sobre una lamina aislante.

La unidad Ohm representada por la letra griega Omega tiene por supuesto múltiplos y submúltiplos como el Amper. Las siguientes igualdades nos indican los múltiplos y submúltiplos mas utilizados:

miliohm 1000 mΩ = 1 Ω
kiloohm 1 KΩ = 1.000 Ω
megaohm 1 MΩ = 1.000.000 Ω

tensión eléctrica

La tensión de una fuente se individualiza por la letra E y su unidad el Voltio por la letra V. Las siguientes igualdades nos indican los múltiplos y submúltiplos mas utilizados:

microvolt 1.000.000 uV = 1 V
milivolt 1.000 mV = 1 V
Kilovolt 1 KV = 1.000 V

En realidad la tensión de una fuente y la diferencia de potencial no obedecen al mismo concepto. Entre ambas características existe una pequeña diferencia que pasamos a explicar.

Toda fuente de electricidad posee una resistencia interna asociada que no puede ser evitada. Tomemos por ejemplo una pila del tipo A (las mas grandes usadas en linternas). Si medimos la tensión que entrega una pila nueva sin colocarle ningún resistor de carga, mediremos una tensión de exactamente 1,52V (la tensión depende de los materiales usados para su construcción, las pilas mas comunes utilizan grafito y zinc como electrodos y son las que dan exactamente esa tensión). Pero el grafito y el resto de los materiales que forman parte de la pila tienen cierta resistencia que debe ser considerada. En cambio si colocamos un resistor de carga de 1 Ohms la tensión de la pila se reduce a 1,3 V aproximadamente.