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Circuitos básicos

c e l d a ssolares

Celdas_Solares / Circuitos básicos

por Eva Blue

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No Comercial —

2010

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INDEX

1 Caja de herramientas 4 Componentes electrónicos 5 Componentes discretos 9 Componentes optoelectricos10 Trasductores

11 Electricidad y electrónica

14 Celdas solares16 Conexiones básicas17 Circuitos de alimentación18 Circuito cargador de pilas19 Detector de obscuridad20 Joule Thief / Duplicador de voltaje

Circuitos básicos

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CeldasSolares

protolab_movil

Caja de herramientas Para comenzar a construir prototipos electrónicos, es recomendable hacer una pequeña inversión en un kit básico de herramientas.

7 CautínPermite unir componentes electrónicos mediante calor.

1 2 3

4 5 6

4 Pinza pela cablePermite remover el aislante de plástico en cables de diferentes calibres.

5 Cable de prototipadoPermite realizar conexiones temporales en el proto-board.

6 Cable calibre 18 AWGSe utiliza para soldar componentes en conexiones permanentes.

Celdas_solares / 1

1 Caimanes Son dos clips unidos por cable y aislados con plástico. Son muy útiles para realizar conexiónes temporales.

2 Pinza de corte angular Permite cortar cable y peque-ñas salientes de componen-tes.

3 Pinza de punta Permite sostener, doblar y manipular cables y compo-nentes.

7

1312

Celdas_solares / 2

12 Terminales hembraUnen cables sin soldar, por medio de enroscado.

10 Helping hand Herramienta muy útil para sostener placas y compo-nentes, la lente auxilia a visualizar mejor los puntos de soldadura. Se integra de dos caimanes, una lente y una base para des-cansar el cautín.

9 Esponja & fibraLa esponja regular se humedece para limpiar los excesos de soldadura en la punta del cautín. La esponja de cobre permite limpiar y lustrar la punta del cautín.

8 9 10

8 Cable para soldarEs cable compuesto de una aleación de estaño y plomo en una proporción de 60% Sn y 40% Pb g e n e r a l m e n t e . P e r m i t e unir componentes elec-trónicos mediante calor aplicado por un cautín.

11 Vávula de vacioHerramienta indispensable para desunir puntos de soldadura.

11

D

Celdas_solares / 3

14 Protoboard / BreadboardEs una placa de pruebas para prototipos temporales, permite realizar conexiones entre compontes sin necesidad de soldar-los. El protoboard se compone de una reticula de plástico que organiza y aisla una serie de láminas de aleación de estaño y cobre. En la sección central se encuentran dos columnas separadas por el centro, cada columna tiene cinco perforaciones, la conectividad corre en horizontal. Es en la sección central del proto-board donde conenctan los componentes, letras y números sirven como coordenadas para ubicar las perforaciones que se utili-zan. En las columnas exteriores la conec-tividad corre en vertical, y se utilizan para conectar la corriente y la tierra.

14

A

B

C

15 Multimetro_digitalEs un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias y capacidades

A Columnas usadas para conectar componentes

B Separación entre columnas

C Columnas reservadas para fuente de energía

E

15

D Medición de voltaje en pila

E Medición de resitencia

F Medición de voltaje en celda solar

15

F

Componentes Electrónicos

Celdas_solares / 4

Los componentes son los elementos básicos de los circuitos electrónicos. Estan diseñados para conectarse entre ellos. Son encapsulados en plástico, cerámica o metal constan de dos a más terminales. Antes de comenzar a trabajar con componentes electrónicos es indispens-able familiarizarse con ellos visualmente, saber como opera cada uno y conocer sus especificaciones de uso. Los componentes pueden lucir similares y sin embargo tener funciones y valores radicalmente diferentes, como es el caso de circuitos integrados y transis-tores.

Los componentes necesitan un valor mínimo de voltaje y amperaje para operar, un valor estable para su funcio-namiento óptimo, y un valor límite, que no debe ser excedio para evitar daños.

Los valores de operacion en oca-siones están grabados en el compo-nente, caundo no lo incluye es necesario buscar la hoja de datos (datasheet), la cual contiene toda la información del componente proveída por el fabricante. Puedes encontrar las hojas de datos en internet. Los valores a considerar son: > Tipo de empaque. > Mínimo, máximo y óptimo voltaje > Mínimo, máximo y óptimo amperaje > Valor de las terminales.

Categorías_generales_de_los_componentes_electrónicos

Estructura_

Discretos_Encapsulados individual-mente: resistores, condensadores, diodos, transistores, etc.

Integrados_Son circuitos electrónicos miniaturizados que contienen desde algunos hasta millones de componentes discretos.

Material_

Semiconductores_Se comportan como aislante y como conductores.

No semiconductores_Cumplen una sola función en el circuito, la cual puede ser resistiva, capacitiva, aislante o con-ductiva.

Función_

Activos_Proporcionan ganancia eléc-trica al circuito.

Pasivos_No proporcionan ganancia al circuito y no controlan su corriente. Necesitan una fuente de energía para su funcionamiento. No controlan la corriente en un circuito.

Trasductores_Transforman los impulsos electricos en efectos físicos, y las magni-tudes físicas en impusos electricos. Los hay electromagnéticos, electroacústicos, optoelectrónicos, voltaícos, entre otros.

Celdas_solares / 5

1 Capacitor_o_condesandorEs un componente pasivo, compuesto de dos láminas conductoras separadas por un material aislante o dieléctrico. Funciona almacenando energía temporalmenten y mantenie la corriente en los circuitos evitando caídas de tensión. Los hay cerámicos, mica, polyester y electrolíticos. Los capacitores cerámicos no tienen polaridad, los electrolíticos tienen polaridad y esta indicada como en otros componentes por la longitud de los pines, el pin corto es negativo y el pin largo es posi-tivo. Los capacitores electrolíticos llevan impreso el valor de capacitancia. Los cerámicos, que tienen pequeños valores de capacitancia llevan impreso un código que identifica su valor. Sus valores de operación de son: > El voltaje que soporta sin dañarse > Su capacitancia, la cual se mide en fara-dios, aunque en los circuitos de electrónica discreta se utilizan los microfaradios uf y picofaradios pf.

Componentes_discretosencapsulados_individualmente

1

2 Diodo Es un semiconductor que permite el paso de corriente en una sola dirección. Los diodos poseen polaridad y existen muchas variedades de ellos, incluidos los LEDs. Es usado para proteger los circuitos, mante-niendo fijo el voltaje. La banda impresa en el diodo indica la dirección de la corriente y la polaridad. La pata negativa o catodo se corresponde con la banda.

Sus valores de operación de son:

> El voltaje que soporta sin dañarse > El amperaje que soporta sin dañarse

2

C o m o l e e r u n c a p a c i t o r

El primer y segundo valor indican el valor decimal y de unidad, el tercer valores el multiplicado. En la ilustración al número 10, se le agregan 3 ceros, dando como reslutado 10,000pf (picofaradios) = 0.01uf (microfaradios).

103

1er valor Multiplicador

2do valor

Celdas_solares / 6

3 ResisteciasEs un pequeño cilindro de carbón, su función es disminuir la corriente oponiendo resistencia. Es un componente pasivo y no tiene polaridad. Llevan impresas cuatro bandas de colores que indican el valor de su resitencia.

Sus valores de operación son: ^ Su resitencia, medida en ohms. ^ Poder de disipación el cual se mide watts, los mas comunes son: 0.25W, 0.5W, 1W.

Multiplicador1101001K10K100K1M100M1000M1/101/100__

Tolerancia_±1 %±2 %__±0.5 %±0.25 %±0.1 %±0.05 %_±5 %±10 %±20 %

0123456789___

Valor

C o m o l e e r u n a r e s i s t e n c i a

La primer y segunda banda de color indican los digitos, la tercera bando indica el valor por el que se múltipli-can los digitos, y el cuarto es el rango de tolerancia o margen respecto al código de la resitencia.

En la ilustración:1ra banda es color negro = 0, 2da es color café = 103ra color naranja = 10 x 10k x 1k = 10k

1er valor

Multiplicador2do valor

Tolerancia

3

4

4 PotenciometrosSon resistencias de valor variable, los más comunes son los líneales, en los que el 50% del recorrido equivale a un 50% del valor. Y los logarítmícos, utilizados para control de audio, en los que la variación de amplitud es pequeña al principio y grande al final, estan diseñados para que su respuesta corresponda a la percepción no lineal del sonido en el oído humano.

http://myresistor.com/C a l c u l a d o r _ d e _ r e s i t e n c i a s

Celdas_solares / 7

5 TransistorEs un semiconductor usado principal-mente para amplificar y conmutar señales electricas. Los más comunes son: FET’s: transistores de efecto de campo.Bipolares: los que se dividen en NPN (funcionan como un switch normalmente abierto) y PNP (funcionan como un switch normalmente cerrado). Los transistores tienen tres termi-nales que corresponden a emisor-base-colector, en el caso de los transitores bipolares, y puerta_fuente_drenado en los transistores FETS’s. >> Cada transistor tiene especifica-ciones en cuanto sus valores de oper-ación, por lo que es 100% recomendable leer la hoja de datos antes de usarlos.

5

SwitchInterruptor_de_corriente eléctrica

6 Switch_o_interruptorEs un componente electrónico o mecánico que interrumpe el paso de corriente o la desvia de un conductor a otro. Generalmente se dividen en: SPST un_polo_un_tiro SPDT un_polo_dos_tiros DPST dos_polos_un_tiro DPDT dos_polos_dos_tiros Push-button El término polo se refiere al brazo del switch que habre o cierra el circuito, un switch de un_polo controla un circuito, uno de dos_polos controla dos circuitos. El término tiro se refiere al número de posiciones cerradas, los switches de doble_tiro tienen tres conexiones: el centro habre el circuito y los extremos lo cierran. Los switches se dividen en:normalmente_abiertos, en los cuales los contactos no se tocan, y el circuito esta abierto o desconectado. normalmente_cerrados en cuales los contactos se tocan, y el circuito se cierra o conecta.

B

AD

C

E

6

B

C

A DPDT_doble_polo_doble_tiro

SPST_un_polo_un_tiro

DPDT_doble_polo_doble_tiro

DE

SPST_un_polo_un_tiro

Switch deslizable ON / OFF

Celdas_solares / 8

F

G

H

I

J

6Plugs_y_jacksconectores

8 Jacks_y_plugs_de_audioSon conectores de audio, generalmente se les conoce como jacks a las conexión hembra y plug a a la conexión macho. En el prototipado de instrumentos los más comunes son el plug ¼ (6.35 mm), el mini-plug (3.5 mm) y los RCA que ofre-cen mejor calidad. Los hay mono y estereo. Los mono poseen una terminal larga = “ground” y una terminal corta = “hot”. Los plug este-reo tienen dos terminales “hot”.

7 Jacks_y_plugs_DCSon conectores corriente directa, mas común es de 5.5mm. La terminal larga coresponde a la tierra y la teminal cort a la corriente

Plug_y_jack_RCA_monoB

C

A

Plug_3.55mm_y jack_estereo

Plug__5.5mm_y jack_DC

G

H

F Push_Button_normalmente_abierto

Push_Button_normalmente_abierto

Push_Button_normalmente_abierto

IJ

Push_Button_normalmente_cerradoMicro_switch _normalmente_abierto

7 8

8

A

Celdas_solares / 9

Componentes_optoelectricostransforman_la_energía_luminosa_en_energía_eléctricala_energía_eléctrica_en energía_luminosa.

9 Fotoresitencia Es un semiconductor que varía su resitencia respondiendo a la incidencia de la luz. Se le conoce también como LDR (light-dependent resistor) resistor dependiente de la luz. Estan compuestos de célula de sulfuro del cadmio y dos patas, no poseen polaridad. Generalmente su resitencia disminuye cuando la luz aumenta, aunque tambíén los hay que funcionan a la inversa. Los más comunes son 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante.

10 LED: diodo_emisor_de_luzEs un semiconductor que es una pequeña fuente de luz, generalmente de compuestos de galio. Entre sus ventajas es consumen poca energía, son programables, emiten mucha luz y existen un machas variedades de tamaño, y colores, incluidos los RGB. Funcionan por efecto de la Electrolumini-cencia, fenómeno óptico y electrico en el cual la meteria emite luz en respuesta alpaso de corri-ente electrica. Poseen polaridad y esta indicada por el largo de las terminales: corta negativo, larga positivo. Sus valores de operación de son: El amperaje que soportan sin dañarse, y el amperaje de operación, la mayoríam de los LEDs trabajan con 20mA, los brillantes trabajan con 30mA. El voltaje que soportan sin dañarse, y el voltaje de operación que es de 2V para rojos y verdes y de 3V a 3.5V para blancos y azules.

11 Célula_fotoeléctrica / celda_fotovoltaica Es un semiconductor que permite transformar la energía luminosa (fotones) en energía eléctrica (electrones). Compuestas generalmente de silicio monocristalino, el cual tiene propiedades fotoeléctricas, absorben fotones de luz y emiten electrones, los electrones libres son capturados, para generar una corriente eléctrica que puede ser utilizada como electricidad. Poseen polaridad y generalmente esta impresa en la celda.

9

10

11

Celdas_solares / 10

11

10 Piezos Transforman la lecturas de presión en señales electricas, y las señales electri-cas en oscilaciones con la suficiente frecuencia para generar sonido. Respon-den a la presión mecánica, sea por el aire (como el sonido), por presión táctil, mov-imiento o vibración generando cargas electricas y a la inversa.

TrasductoresTransforman_un_tipo_de_energía_en_otra

10

11 Bocina Es un trasductor electro-acústico que genera sonido en respuesta a una señal electrica. Convierte las ondas eléctricas en energía mecánica y la energía mecánica en energía acústica.

La piezo-electricidad es la capacidad que tienen ciertos materiales solidos, como algunos cristales, biológico, como el ADN y los huesos, por ejem-plo, de acumular cargas electricas al se sometidos a presión mecánica.

12 MIC ElectretEs una variante del micrófono de conden-sador, se compone de una placa fija y otra móvil, separadas por un material aislante. Esta polarizados de fabricación. Tienen una respuesta de frecuencia entre los 50 a 15.000 Hz. Son mucho más sensibles en la zona de los agudos. Las terminales no tiene polaridad.

A Buzzer B Piezo

C Bocinas D Electret

Los trasductores tambíén son conocidos como actuadores, pués convierten la entrada de seañales electricas en acciones.

La conversión puede ser electrica, electro-mecánica, fotónica, fotovol-taica, electro-magnética, o de cual-quier otra forma de energía. Por lo que comunmente el término trasductor es usado como equivalente de sensor.

C

12

D

B

A

electricidade lec t rón ica

Celdas_solares / 11

Circuitos y componentes requieren voltaje, corriente y resitencia para realizar su trabajo, y son los conceptos con los que siempre vas a trabajar electrónica

Electricidad.Es el flujo de electrones, para que se mueven de un punto a otro, para que electricidad ocurra debe formarse un circuito.

Voltaje = Diferencia de potencial Es la fuerza que conduce un circuito electrico.Es la fuerza con la que se mueven los electrones dentro del circuto.Es el trabajo por unidad de carga sobre una particula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas.Energía por unidad de cargaSe mide en voltios y se simboliza V Amperaje = Corriente Cantidad de electrones que pasan por un punto determiado en una unidad de tiempo.Es la cantidad electrones que se mueven dentro del circuto.Representa la cantidad de carga electrica que realiza el trabajo en un circuto.Es medida en amperes y su simbolo es A. En electrónica discreta se trabaja con Miliamperes (mA), una milesima parte de un amper.

ResitenciaEs la resitencia que encuentran los electrones al moverse en los materiales, la resitencia genera energia que se dispersa en forma de calor. La resitencia esta relacionada directamente con la composición química de los materiales. Los asilantes como el plástico tienen alta resitencia y los materiales conductivos tienen baja resitencia. La resitencia se mide en ohms y se representa con el símbolo Ω

Circuito electrico Permite fluir a los electrones de un punto a otro. Los circuitos pueden ser sencillos, en serie, para-lelo y serie-paralelo

Circuito electrónicoRecoge información, la procesa y da instrucciones de salida, trabajando la información en forma de impulsos o señales electricas.

Circuito eléctrico y circuito electrónico son conceptos base para el trabajo en el desarrollo de prototipos electrónicos y de computación física.

Celdas_solares 12

Circuito_electricoElectricidad

La electrónica estudia, diseña y emplea dispositivos y sistemas basados en el control del flujo de electrones que generan, transmiten, reciben y almacenan información. Los circuitos electrónicos amplifican, demodulan y modulan ondas del espectro electro-magnético, y permiten realizar operaciones lógicas, aplicación fundamental para el desarrollo de ordenadores.

9V+

-

Circuito_simple

Los electrones viajan del ánodo al catodo de la pila por medio del conductor (cable), que cierra el circuito, al cerrarse el circuito se inicia una reacción química en la pila, que envía electrones de la terminal negativa a la positiva, pasndo por el conductor y el LED, haciendo el trabajo de encenderlo en el proceso.

Celdas_solares/ 13

PROCESADOR SALIDA

Input_Output

Circuito_electrónicoInput - Output

Transformalas señaleselectricas enseñales físicas

Toma informacióndel mundo físico y la transformaen señales electricas

Interpreta las señalesde entrada, las procesa, y envía información en forma de impulsos electri-cos por medio de la salida

ENTRADA

Circuito_electricoElectricidad

CeldasSolares

Celdas_solares 14

Conexiones_básicas

Celdas_solaresTransforman_fotones_en_electricidad

Celdas en serie / paralelo

+- +- +- +-

4.5V100mA

4.5V100mA

4.5V100mA

18V200mA

4.5V100mA

Celdas_solares / 15

Las celdas soalres son semiconductores convierten los fotones en energía electrica. Los circuitos requieren voltaje y amperajes especificos para su funcionamiento. Por lo que necesiteremos realizar conexiones entre celulas fotovoltaícas (solares) o voltaícas (pilas) para incrementar el voltaje, el amperaje o ambos. Por ejemplo, en circuitos de audio, generalmente se da prioridad al voltaje sobre el amperaje, conectando las celulas en serie, en los circutos con leds se da prioridad al amperaje sobre el voltaje, conectando las celulas en paralelo. Otras veces es nece-sario encontrar una medida específica de voltaje y amperaje, entonces se conectan en serie-paralelo. Son una fuente 100% renovable de energía y una de las opciones más amigables en cuanto al cuidado del medio ambiente. Las hay en muchos tamaños y capacidades. Al ser sensibles a los cambios de luz, funcionan también como sensores.

+- +- +-

4.5V100mA

4.5V100mA

4.5V100mA

Celdas en paralelo

4.5 Vcc300mA

Celdas_solares / 16

13.5 Vcc100mA

Celdas en serie

+- +- +-

4.5V100mA

4.5V100mA

4.5V100mA

El circuito serie-paralelo se realiza alternando en conexiones serie y paralelo. Se conectan por pares las celdas en serie, una terminal positiva a una negativa. Las terminales libres se coenectan al protoboard, voltaje y tierra respectivamente. Las celdas dispuestas en serie-paralelo incrementan el voltaje y la capacidad o amperaje.Las propiedades de los circuitos en las conexiones de celdas solares, aplican igual para pilas voltaícas.

En el circuito en serie, la terminal positiva de una celda se conecta a la terminal negativa de la que sigue, y así sucesivamente. Las celdas de los extremos quedan una con la terminal de tierra libre y la otra celda con la terminal de voltaje. Estas terminales son las que se conenctan al protoboard para ailmentar el circuito. Las celdas dispuestas en serie duplican el voltaje y man-tienen el amperaje igual.

Serie: el voltaje se suma,el amperaje permanece igual. Paralelo: el amperaje se suma,el voltaje permanece igual.

Serie / Paralelo: el amperaje se suma, el voltaje se suma.

En el circuito en paralelo, las terminales positivas de cada celda se conectan a la corriente en el protoboard y las terminales negativas a la tierra. Las celdas dispuestas en paralelo mantienen el voltaje e incrementan el amperaje.

Para aliementar directamente un circuito o dispositivo, se requiere de una o varias celdas solares y un capacitor, el cual estabiliza la corriente que llega al dispositivo, protegiendolo de caidas drásticas en el voltaje, liberando la electricidad almacenada.

+- +-

4.5V100mA

4.5V100mA

Switch_on/off

Componentes

1 Diodo 40012 Celdas solares 4.5V1 Pila recargable 9V1 Switch on / off

El circuito para cargar pilas consta de celdas solares (en el ejemplo, dos en serie), un diodo, un switch on/off y una pila recargable. El voltaje de las celdas debe ser igual o aproximado al voltaje de la pila (o acomodo de pilas) que se van a cargar.

Componentes

Celda sollar1 Capacitor electrolítico1000uf

Buzzer

+

1000uf

+-

+-

4.5V100mA

-

Circuitos_de_alimentaciónfuentes_de_energía_autosuficientes

Pila_recargable

9V

Celdas_solares / 17

Diodo

Circuito para alimentar dispositivos

Circuito para recargar pilas

off

+- +-

4.5V100mA

4.5V100mA

Switch_DPDT

Componentes

1 Diodo 40012 Celdas solares 4.5V

1 Pila recargable 9V1 Switch on / off

1 Plug DC

El circuito para cargar pilas y alimentar dispositivo, consta de celdas solares (en serie en la ilustración),un diodo, que mantiene en una sola direccion la corriente, evitando que la electricidad regrese a las celdas, un switch DTDT, y una pila recar-gable.

Diodo

+-

Pila_recargable

9V

Plug DC

oncarga

Celdas_solares / 18

Switch_cargador

Celdas_solares / 19

Detector de obscuridad / LED Lamp

Pilarecargable 9V

R1 2k2

Diodo+

-

+-

9V200mA

PNP

+-

+-

R2 2k2

Celdasolar

Componentes

1 Diodo 40011 Celda solar 9V1 Pila recargable 9V1 transistor PNP1 Plug DC o 3 LEDs 10mmR1-R2 2k2

BA

C

A Diodo

B Transistor PNP

C Resistencia 2k2

Componentes

1 Diodo 40011 Celda solar 9V1 Pila recargable 9V1 transistor PNP1 Plug DC o3 LEDs 10mmR1-R2 2k2

D Tierra

E 9V

F LEDs

E

D

F

Detector de obscuridadEl detector de obscuridad, es un cargador de baterias conectado a una serie de LEDs. El tran-sitor funciona como conmutador, caragando la bateria de día, y encendiendo el circuito de noche. La celda solar carga la pila durante el día y funciona como sensor de fotones o luz, de modo que al obscurecer detecta la ausencia de luz y manda la señal al transistor que que enci-enda los LEDs.

Componentes

1 Pila 1.5V1 transistor PNP2 LEDs 5mmR1-R2 2k2

+-

+-

NPN

R1 10k

R2 2k2

1.5V

B

A

C

DA Joule Thief

B Transistor NPN

C Resistencia 10k

D LEDs 5mm

A

B

C

A Joule Thief

B Transistor NPN

C Resistencia 10k

Componentes

1 Pila 1.5V1 transistor PNP

Celdas_solares / 20

Joule Thief / Duplicador de voltaje

El Joule Thief que duplica el voltaje de entrada, se hace con un toroide férrico al cual se enrollan dos cables de colores diferen-tes (para poder diferenciar las co- nexiones de los cables), hasta cubrir el toroide. Ambos cables que quedan al centro, se conectan a los LEDs, uno de los cables va al voltaje y el otro a la pin central del transistor.

http://tijuanamakerspace.wordpress.com