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.
