labo 5 fisica 3

UNIVERSIDAD

NACIONAL

MAYOR DE

SAN

MARCOS

2015-IILABORATORIO DE FISICA III

Experiencia n°5: puente de Wheatstone

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS

Profesor : Melchor Llosa

Fecha de la experiencia : 12 de septiembre 2015

Fecha de entrega : 29 de septiembre 2015

Integrantes : * Alor Yupanqui Karla Cecilia* Barrios Hernandez Brigitte * Cuadros Espinoza Carlos Arturo* Dias Vargas Anais* Espinoza Lozano Jazmin* Huayanay Palma Katherine* Martinez Morales Nataly

OBJETIVOS

Mostrar como es el comportamiento de las resistencias variables.

Caracterizar sensores resistivos

Calcular los errores obtenidos diferenciando el de cero, ganancia y no linealidad.

MATERIALES

Sistema unitrain

Fotorresistencia (LDR) Varistores (VDR)

LABORATORIO FÍSICA III 1

resistencia variable

Termorresistencia con coeficiente Termoresistencia con coeficiente negativo de temperatura (NTC) positivo de temperatura (PTC)

MARCO TEORICO

1. SISTEMA UNITRAIN-I

1.1 Concepto La interfaz UniTrain-I es la unidad central del sistema UniTrain-I. Provee las entradas, salidas, relés y la tecnología de medición necesaria para la experimentación. Contiene un microprocesador propio y una memoria de datos de medición. El hardware de experimentación se conecta al PC a través de un bus serie universal (USB); los datos de medición se transmiten al ordenador y los de ajuste a la interfaz. También es posible, en todo momento, actualizar el firmware (sistema operativo de la interfaz) a través del puerto USB El manejo y los ajustes del hardware, así como las mediciones en tiempo real, efectuadas en experimentos reales, se realizan por medio de los instrumentos virtuales (VI) que se muestran en la pantalla del PC. Los elementos de servicio "virtuales", diseñados a partir de equipos de laboratorio cercanos a la realidad, permiten una rutina de trabajo igual a la acostumbrada en el laboratorio "clásico". Los VI se activan por medio del programa VI-Starter o del software opcional LabSoft. El software LabSoft se suministra dentro del marco de los cursos que emplean tarjetas de experimentación y amplia el sistema convirtiéndolo en una sólida plataforma útil para la experimentación libre o guiada. La interfaz UniTrain-I ha sido diseñada para acoplarse a uno o más experimentadores UniTrain-I. Estas unidades suministran otras tensiones de experimentación fijas o variables y, además, poseen una interfaz infrarroja. La interfaz UniTrain-I, los experimentadores UniTrain-I y las tarjetas de experimentación se conectan entre sí por medio de un bus (conector de 96 polos). Los experimentadores tienen tres funciones alternativas:



• Alojamiento de eurotarjetas: dentro del marco de los cursos que emplean tarjetas de experimentación, se dispone de una multiplicidad de ellas en formato europeo, con circuitos ya preparados, para estudios que van desde la ley de Ohm, y pasan por la electrotecnia, la electrónica y la tecnología digital, hasta llegar a la electrónica de potencia, la tecnología de medición y de control automático, la tecnología de accionamientos, la del automóvil, la de los microprocesadores y la de comunicaciones. • Sistema experimental con placa de prototipos (con complemento opcional: SO4203-2C): posibilita una gran cantidad de experimentos, con componentes cableados y circuitos integrados, para todas las áreas temáticas de la electrotecnia y la electrónica.• Estación de acoplamiento para multímetro (por ejemplo: MetraHit One Plus o LN Multi 13S). Permite la comunicación entre el multímetro real y el instrumento virtual "Multímetro".

Fig 1. Sistema UniTrain-I2. TERMORESISTENCIA2.1. Concepto

Una termoresistencia es una resistencia sensible a la temperatura, frecuentemente usada en la industria como sensor de temperatura. Todos las resistencias tienen alguna dependencia de la temperatura, la cual esta descrita como su coeficiente de temperatura. En las resistencias, en muchos casos, este coeficiente suele ser mínimo, pero en el caso de las termoresistencias se alcanzan altos coeficientes. Otra diferencia respecto a otras resistencias es que las Termoresistencias suelen tener coeficientes negativos, lo que quiere decir que a medida que la temperatura aumenta la resistencia decae, las termoresistencias que presentan este fenómeno son llamadas termoresistencia de coeficiente de temperatura negativo (NTC). A diferencia de las anteriores, las menos comunes, las termoresistencias de coeficiente de temperatura positivo presentan una relación inversa.

Figura 2. Termoresistencias más populares



2.2 DefiniciónUna termoresistencia es aquella cuya resistencia varía con la variación de la temperatura.

2.3 Tipos y AplicacionesLas termoresistencias son semiconductores cerámicos. En la mayoría de los casos están compuestas de óxidos de metal, los cuales son deshidratados y sintetizados para obtener la forma deseada de factor. En el caso de las NTC el cobalto, níquel, hierro, cobre o manganeso son los óxidos más comunes. En el caso de las PTC el bario, estroncio, titanio son los más frecuentes.

2.4 NTCLos NTC son comúnmente más usados cuando se requiere el cambio de la resistencia en un amplio rango de temperaturas. A menudo se utilizan como sensores de la temperatura en el rango de -55ºC a 200ºC, aunque pueden ser producidas para medir temperatura más bajas o más altas. Son más usadas por su rápida respuesta, confiabilidad, robustez y bajo precio.

2.5 PTCLas PTC son usadas cuando se requiere un cambio repentino de la resistencia a cierta temperatura. Estas muestran un alza repentina de la resistencia por encima de cierta temperatura, la cual es llamada “switch” o transición de temperatura de “Curie”. Las temperaturas más frecuentes de swtich son entre los 60ºC a 120ºC. Son usadas frecuentemente para autorregulación de sobrecalentamiento.

NTC PTC

Coeficiente de Temperatura

Negativo Positivo

Óxidos Metálicos cobalto, níquel, hierro, manganeso, titanio

bario-, lead-, estroncio

Rango Común de Temperatura

-55°C a 200°C 60°C a 120°C (switching)

Usos

Sensores de temperatura y controlador, limitador y medidor de flujo de corriente de entrada.

Protección contra la alza de tensión, calentador autor regulables , retardadores de tiempo , sensor de nivel de liquido

Tabla 1. Comparativa entre NTCs y PTCs.



2.6 Empaques de TermoresistenciasExisten diversos tipos de empaques y tamaños de termoresistencias, el tipo radial de plomo es el más común, para entorno más complicados, la capsula de vidrio es el más recomendado. También existen los de empaque integrado, como los de carcasa en rosca, o las sondas diseñadas para facilitar el montaje. La siguiente tabla muestra algunas de la termoresistencias, más comunes.

Ejemplos de Empaques

Radial plomado Axial Plomado Vidrio En rosca Sonda

Tabla 2. Ejemplos de Termoesistencias

2.7 Simbología (De acuerdo a los estándares de EIC)

Símbolo del Termoresistor NTC

IEC standard

Símbolo del Termoresistor PTC

IEC standard

Figura 3. Símbolos de termoresistencias

3. TERMORESISTENCIA DE COEFICIENTE DE TEMPERATURA NEGATIVO (NTC)

3.1 Definición Un termistor NTC es un resistor cuya resistencia térmicamente sensible exhibe una gran, precisa y predecible disminución mientras la temperatura del núcleo de la resistencia aumenta durante el intervalo de temperatura de funcionamiento (-55ºC a 200ºC).

3.2 Características

A diferencia de RTD (detectores de temperatura de resistencia), que están hechas de metales, los termistores NTC se hacen generalmente de materiales cerámicos o polímeros.



Diferentes materiales utilizados resultan en diferentes respuestas de temperatura, así como otras características.

3.3 Respuesta a la temperatura

Mientras que la mayoría de los termistores NTC son típicamente adecuados para su uso dentro de un rango de temperatura entre -55 ° C y 200 ° C, donde se dan a sus lecturas más precisos, hay familias especiales de los termistores NTC que se pueden utilizar a temperaturas próximas a cero absoluto (-273,15 ° C), así como los diseñados específicamente para su uso por encima de 150 ° C

La sensibilidad a la temperatura de un sensor NTC se expresa como "cambio porcentual por grado C". Dependiendo de los materiales utilizados y las características específicas del proceso de producción, los valores típicos de la sensibilidad de temperatura van de -3% a -6% por ° C.

Figura 4. Curva característica NTC

Como puede verse en la figura, los termistores NTC tienen una pendiente resistencia-temperatura mucho más pronunciada en comparación con RTDs de aleación de platino, que se traduce en una mejor sensibilidad a la temperatura. Aun así, los RTDs siguen siendo los sensores más precisos con su exactitud siendo ± 0,5% de la temperatura medida, y son útiles en el intervalo de temperatura entre -200 ° C y 800 ° C, una gama mucho más amplia que la de los sensores de temperatura NTC.

3.4 Comparación con otros sensores de temperatura

En comparación con los RTD, las NTCs tienen un tamaño más pequeño, una respuesta más rápida, una mayor resistencia a golpes y vibraciones a un costo menor. Son un poco menos precisos que los RTD. Cuando se compara con termopares, la precisión obtenida a partir de ambos es similar; Sin embargo termopares pueden soportar temperaturas muy altas (en el



orden de 600 ° C) y se utilizan en tales aplicaciones en lugar de termistores NTC, en los que se refieren a estos a veces como pirómetros. Aun así, los termistores NTC proporcionan una mayor sensibilidad, estabilidad y precisión que los termopares a temperaturas más bajas y se utilizan con menos circuitos adicionales y por lo tanto, a un costo total más bajo. El costo se reduce adicionalmente por la falta de necesidad de circuitos de acondicionamiento de señal (amplificadores, traductores de nivel, etc.) que a menudo son necesarios cuando se trata de RTD y siempre necesaria para termopares.

3.5 Efecto de Auto - calentamientoEl efecto de auto calentamiento es un fenómeno que tiene lugar cada vez que hay una corriente fluye a través del termistor NTC. Dado que el termistor es básicamente un resistor, la energía se disipa en forma de calor cuando hay una corriente que fluye a través de él. Este calor se genera en el núcleo del termoresistor y afecta a la precisión de las mediciones. La medida en que esto ocurre depende de la cantidad de corriente que fluye, el medio ambiente (si se trata de un líquido o un gas, si existe algún flujo sobre el sensor NTC y así sucesivamente), el coeficiente de temperatura del termistor, el total del termistor área y así sucesivamente. El hecho de que la resistencia del sensor NTC y por lo tanto la corriente a través de él depende del entorno se utiliza a menudo en los detectores de presencia de líquido tales como las que se encuentran en los tanques de almacenamiento.

3.6 Capacidad caloríficaLa capacidad calorífica representa la cantidad de calor requerida para aumentar la temperatura del termistor por 1 ° C y por lo general se expresa en mJ / ° C. El conocimiento de la capacidad de calor precisa es de gran importancia cuando se utiliza un sensor termistor NTC como un dispositivo de limitación de irrupción de corriente, ya que define la velocidad de respuesta del sensor de temperatura NTC.

3.7 Selección y cálculo de la curvaEl cuidadoso proceso de selección debe hacerse cargo de disipación constante, Tiempo térmica constante, el valor de la resistencia, la curva resistencia-temperatura y tolerancias, hablar de los factores más importantes.Dado que la relación entre la resistencia y la temperatura (la curva RT) es altamente no lineal, ciertas aproximaciones tienen que ser utilizado en diseños de sistemas prácticos.

3.7.1Aproximación de primer orden

Una aproximación, y más simple de usar, es la aproximación de primer orden, que establece que:



Donde K es el coeficiente de temperatura negativo, ∆ T es la diferencia de temperatura, y ∆ R es el cambio de resistencia que resulta de la variación de la temperatura. Esta aproximación de primer orden es válida sólo para un intervalo de temperatura muy estrecho, y sólo puede ser utilizado para tales temperaturas, donde K es casi constante en todo el rango de temperatura.

3.7.2 Fórmula BetaOtra ecuación da resultados satisfactorios, siendo una precisión de ± 1 ° C en el rango de 0 ° C a + 100 ° C. Es dependiente de una sola constante del material β que se puede obtener por medio de mediciones. La ecuación se puede escribir como:

Donde R (T) es la resistencia a la temperatura T en grados Kelvin, R (T 0) es un punto de referencia a la temperatura T 0. La fórmula Beta requiere una calibración de dos puntos, y por lo general no es más precisa que ± 5 ° C por encima del rango útil completo del termistor NTC.

3.7.3. Ecuación Steinhart-HartLa mejor aproximación conocida hasta la fecha es la fórmula Steinhart-Hart, publicada en 1968:

Donde R ln es el logaritmo natural de la resistencia a la temperatura T en grados Kelvin, y A, B y C son coeficientes derivados a partir de mediciones experimentales. Estos coeficientes se publican generalmente por los vendedores termistor como parte de la hoja de datos. La fórmula Steinhart-Hart es típicamente una precisión de alrededor de ± 0,15 ° C en el rango de -50 ° C a + 150 ° C, que es suficiente para la mayoría de las aplicaciones. Si se requiere una precisión superior, el intervalo de temperatura debe ser reducido y la precisión mejor que ± 0,01 ° C en el rango de 0 ° C a + 100 ° C es alcanzable.

3.7.4. La elección de la aproximación correctaLa elección de la fórmula utilizada para derivar la temperatura a partir de la medición de la resistencia tiene que estar basada en la potencia de cálculo disponible, así como los requisitos reales de tolerancia. En algunas aplicaciones, una aproximación de primer orden es más que suficiente, mientras que en otros ni siquiera la ecuación Steinhart-Hart cumple



con los requisitos, y el termoresistor tiene que ser calibrado punto a punto, por lo que un gran número de medidas y la creación de una tabla de búsqueda calibrada .

3.8 Construcción y propiedades de termistores NTCMateriales típicos de involucrados en la fabricación de resistencias NTC son platino, níquel, cobalto, hierro y óxidos de silicio, utilizadas como elementos puros o como cerámicas y polímeros. Termoresistores NTC se pueden clasificar en tres grupos, dependiendo del proceso de producción utilizado.

3.8.1 Termoresistores en cuenta Estos termistores NTC están hechas de alambres de plomo de aleación de platino directamente sintetizadas en el cuerpo de cerámica. Generalmente ofrecen tiempos de respuesta rápidos, mejor estabilidad y permiten el funcionamiento a temperaturas más altas que sensores de disco y Chip NTC, sin embargo, son más frágiles. Es común para sellar en vidrio, para protegerlos de daños mecánicos durante el montaje, y para mejorar su estabilidad de la medida. Los tamaños típicos van desde 0,075 - 5 mm de diámetro.

3.8.2 Disco y chip termistores Estos termistores NTC han metalizado contactos superficiales. Ellos son más grandes, y como resultado tienen tiempos de reacción más lentos que las resistencias NTC en cuenta. Sin embargo, debido a su tamaño, tienen una constante de disipación superior (potencia necesaria para elevar su temperatura por 1 ° C) y dado que la potencia disipada por el termistor es proporcional al cuadrado de la corriente, que pueden manejar corrientes más altas mucho mejor que termistores tipo cuenta. Termistores tipo disco se realizan pulsando una mezcla de polvos de óxido en una matriz redonda, que a continuación se sintetizan a altas temperaturas. Los chips se fabrican normalmente por un proceso de fundición a presión, donde la cinta de una suspensión de material se extiende como una película delgada, se seca y se corta en forma. Los tamaños típicos van desde 0.25-25mm de diámetro.

3.8.3. Termistores NTC de vidrio

Estos son sensores de temperatura NTC sellados en una burbuja de cristal hermético. Están diseñados para su uso con temperaturas por encima de 150 ° C, o de placa de circuito impreso de montaje, donde la robustez es una necesidad. Encapsular un termistor en vidrio mejora la estabilidad del sensor, así como la protección del sensor desde el medio ambiente. Están hechas por sellar herméticamente tipo resistencias NTC en cuenta en un recipiente de vidrio. Los tamaños típicos van desde 0.4-10mm de diámetro.

3.9 Aplicaciones TípicasTermistores NTC se utilizan en un amplio espectro de aplicaciones. Se utilizan para medir la temperatura, control de temperatura y para la compensación de temperatura. También



pueden ser utilizados para detectar la ausencia o presencia de un líquido, como dispositivos de limitación de corriente en los circuitos de suministro de energía, monitorización de la temperatura en aplicaciones de automoción y muchos más. Sensores NTC se pueden dividir en tres grupos, dependiendo de la característica eléctrica explotado en una aplicación.

3.9.1 Característica de resistencia-temperaturaLas aplicaciones basadas en la característica en tiempo de resistencia incluyen la temperatura de medición, control y compensación. Estos también incluyen situaciones en las que se utiliza un termoresistor NTC de manera que la temperatura del sensor de temperatura NTC está relacionada con algunos otros fenómenos físicos. Este grupo de aplicaciones requiere que el termoresistor opere en una condición de potencia cero, lo que significa que la corriente a través de él se mantiene tan baja como sea posible, para evitar el calentamiento de la sonda.

3.9.2 Característica de tiempo actualLas aplicaciones basadas en característica de tiempo actual son: retardo de tiempo, irrupción limitación del flujo de corriente, supresión de sobretensiones y muchos más. Estas características están relacionadas con la capacidad de calor y la disipación constante de termistor NTC utilizado. El circuito por lo general se basa en el calentamiento del termoresistor NTC debido a la corriente que pasa a través de él. En un momento dado se activará algún tipo de cambio en el circuito, dependiendo de la aplicación en la que se utiliza.

3.9.2 Característica de Voltaje actual Las aplicaciones basadas en la característica tensión-corriente de un termistor generalmente implican cambios en las condiciones ambientales o variaciones de circuitos que producen cambios en el punto de trabajo en una curva dada en el circuito. Dependiendo de la aplicación, esto puede ser usado para mediciones de temperatura, compensación de temperatura limitante actual.

4. FOTORRESISTENCIA O RESISTENCIA DEPENDIENTE DE LUZ (LDR)

4.1 ConceptoFotorresistencias, también conocidos como resistencias dependientes de la luz (LDR), son dispositivos sensibles a la luz más a menudo utilizadas para indicar la presencia o ausencia de luz, o para medir la intensidad de la luz. En la oscuridad, su resistencia es muy alta, a veces hasta 1MΩ, pero cuando el sensor LDR está expuesto a la luz, la resistencia se reduce drásticamente, incluso hasta unos pocos ohmios, dependiendo de la intensidad de la luz. LDRs tienen una sensibilidad que varía con la longitud de onda de la luz aplicada y son dispositivos no lineales. Se utilizan en muchas aplicaciones, pero a veces se hacen obsoletos por otros dispositivos tales como los fotodiodos y fototransistores. Algunos países han prohibido LDRs de plomo o cadmio sobre las preocupaciones de seguridad ambiental.



4.2 Definición Las fotorresistencias, son resistencias sensibles a la luz cuya resistencia disminuye a medida que la intensidad de la luz que están expuestos a los aumentos.


4.3.1 Tipos de fotorresistencias y mecanismos de trabajo

Basado en los materiales utilizados, las fotorresistencias, se pueden dividir en dos tipos; intrínseco y extrínseco.

4.3.2 Fotorresistencias intrínsecas Utilizan materiales sin dopar como el silicio o el germanio. Los fotones que entran en el dispositivo excitan electrones de la banda de valencia a la banda de conducción, y el resultado de este proceso son más electrones libres en el material, lo que puede llevar la corriente, y por lo tanto menos resistencia.

4.3.3 Fotorresistencias extrínsecasEstán hechos de materiales dopados con impurezas, también llamados agentes de dopado. Los dopantes crean una nueva banda de energía por encima de la banda de valencia existente, poblada por electrones. Estos electrones necesitan menos energía para hacer la transición a la banda de conducción gracias a la diferencia de energía menor. El resultado es un dispositivo sensible a diferentes longitudes de onda de la luz. Independientemente, ambos tipos exhibirán una disminución de la resistencia cuando se ilumina. Cuanto mayor sea la intensidad de la luz, mayor es la caída de la resistencia es. Por lo tanto, la resistencia de LDRs es una inversa, función no lineal de la intensidad de luz.

4.3.4. La dependencia de longitud de ondaLa sensibilidad de una fotorresistencia varía con la longitud de onda de luz. Si la longitud de onda está fuera de un cierto rango, no afectará a la resistencia del dispositivo en absoluto. Se puede decir que la LDR no es sensible en ese rango de longitud de onda de la luz. Diferentes materiales tienen diferentes curvas de respuesta espectrales únicas de longitud de onda frente a la sensibilidad. Resistencias dependientes de la luz extrínseca se diseñan generalmente para las longitudes de onda más largas de la luz, con una tendencia hacia el infrarrojo (IR). Cuando se trabaja en el rango IR, se debe tener cuidado para evitar la acumulación de calor, lo que podría afectar las mediciones cambiando la resistencia del dispositivo, debido a los efectos térmicos. La figura mostrada aquí representa la respuesta espectral de los detectores fotoconductores hechos de diferentes materiales, con la temperatura de funcionamiento expresada en K y escrito en los paréntesis.



Figura 5. Longitud de onda vs. Detectividad de luz

4.4 Sensibilidad

Resistencias dependientes de la luz tienen una menor sensibilidad que fotodiodos y fototransistores. Fotodiodos y fototransistores son dispositivos semiconductores verdaderos que utilizan la luz para controlar el flujo de electrones y huecos a través de PN-uniones, mientras que las resistencias dependientes de la luz son componentes pasivos, que carecen de una unión PN. Si la intensidad de la luz se mantiene constante, la resistencia todavía puede variar significativamente debido a los cambios de temperatura, por lo que son sensibles a los cambios de temperatura también. Esta propiedad hace que LDRs no aptos para mediciones de intensidad de luz precisas.



http://www.resistorguide.com/types/light-dependent-resistor-ldr/wavelength-detectivity/

4.5 Latencia

Otra propiedad interesante de las fotorresistencias es que no hay tiempo de latencia entre los cambios en la iluminación y los cambios en la resistencia. Este fenómeno se llama la tasa de recuperación de resistencia. Se necesita por lo general unos 10 ms para la resistencia a abandonar por completo cuando se aplica la luz después de la oscuridad total, mientras que puede tardar hasta 1 segundo para la resistencia a la suba de nuevo al valor inicial después de la eliminación completa de la luz. Por esta razón, el LDR no se puede utilizar cuando se deben registrar o utilizados para equipos de control de accionar rápidas fluctuaciones de la luz, pero esta misma propiedad se explota en algunos otros dispositivos, tales como compresores de audio, donde la función de la resistencia dependiente de la luz consiste en suavizar la respuesta.

Figura 6. Estructura de un Fotorresistor

4.6 Construcción y propiedades de las fotorresistencias

Desde el descubrimiento de fotoconductividad selenio, muchos materiales se han encontrado con características similares. En los años 1930 y 1940 se estudiaron PbS, PbSe y PBTE tras el desarrollo de fotoconductores hechos de silicio y germanio. Resistencias dependientes de la luz moderna están hechas de sulfuro de plomo, seleniuro de plomo, antimonio de indio, y más comúnmente sulfuro de cadmio y seleniuro de cadmio. Los tipos de sulfuro de cadmio populares a menudo se indican como CdS fotorresistores. Para fabricar un LDR sulfuro de cadmio, se mezclan polvo de sulfuro de cadmio altamente purificado e inerte materiales aglutinantes. Esta mezcla se prensa y sintetiza. Los electrodos son de vacío se evapora sobre la superficie de un lado para formar peines de entrelazado y cables de conexión están conectados. El disco se monta en una envoltura de vidrio o encapsulado en plástico transparente para evitar la contaminación de la superficie. La curva de respuesta espectral de sulfuro de cadmio coincide con el del ojo humano. La longitud de onda pico de sensibilidad es de aproximadamente 560 a 600 nm que está en la parte visible del espectro. Cabe señalar que los dispositivos que contienen plomo o cadmio no son compatibles con RoHS y están prohibidos para su uso en los países que se adhieren a las leyes RoHS.



4.7 Las aplicaciones típicas para fotorresistores

Los fotorresistores son los más utilizados como sensores de luz. A menudo se utilizan cuando es necesario para detectar la presencia y la ausencia de luz o de medir la intensidad de la luz. Ejemplos de ello son las luces de noche y medidores de fotografía de luz.

Una aplicación interesante para los aficionados resistencias dependientes de la luz es la línea que sigue robot, que utiliza una fuente de luz y dos o más LDRs para determinar el cambio necesario por supuesto. A veces, se utilizan fuera de aplicaciones de detección, por ejemplo en los compresores de audio, ya que su reacción a la luz no es instantánea, por lo que la función de LDR es introducir un retraso en la respuesta.

Figura 7. Ejemplo de circuito Sensor de luz

4.7.1. Sensor de luz

Si se necesita un sensor de luz básico, un circuito LDR como la que en la figura se puede utilizar. El LED se ilumina cuando la intensidad de la luz que llega a la resistencia LDR es suficiente. La resistencia variable 10K se utiliza para fijar el umbral en el que el LED se encenderá. Si la luz LDR está por debajo del umbral de intensidad, el LED permanecerá en el estado apagado. En aplicaciones del mundo real, sería reemplazado el LED con un relé o la salida podría ser conectada a un micro controlador o algún otro dispositivo. Si se necesita un sensor de oscuridad, donde encendía el LED en la ausencia de luz, la LDR y los dos 10K resistencias deben ser intercambiados.

4.7.2. Compresores de audio

Compresores de audio son dispositivos que reducen la ganancia del amplificador de audio cuando la amplitud de la señal está por encima de un valor establecido. Esto se hace para amplificar los sonidos suaves al tiempo que evita los sonidos fuertes de recortes. Algunos compresores utilizan un LDR y una pequeña lámpara (LED o panel electroluminiscente) conectado a la fuente de señal para crear los cambios en la ganancia de la señal. Esta técnica



se cree por algunos para agregar características más suaves a la señal debido a que los tiempos de respuesta de la luz y de la resistencia de suavizar el ataque y liberación. El retraso en el tiempo de respuesta en estas aplicaciones es del orden de 0,1 segundos.

4.8 Simbología del fotorresistor

El siguiente símbolo es usado para representar fotorresistor o resistencias dependientes de luz de acuerdo a la norma IEC. En algún momento el símbolo de la resistencia fue un círculo, con las flechas fuera del círculo.

Símbolo del Fotorresistor IEC standard

Figura 8. Símbolos de termoresistencias

5. VARISTORES (VDR)

5.1 Concepto

Un varistor es una resistencia dependiente de la tensión (VDR). La resistencia de un varistor es variable y depende de la tensión aplicada. Su resistencia disminuye cuando el voltaje aumenta. En caso de un excesivo aumento de tensión, su resistencia se reduce drásticamente. Este comportamiento hace que sean adecuadas para proteger los circuitos durante las sobretensiones. Causas de una oleada de sobretensión pueden incluir rayos y descargas electrostáticas. El tipo más común de VDR es el varistor de óxido metálico o MOV.

Figura 9. Varsitores más populare5.2 Definición



Los varistores son semiconductores no lineales de dos elementos que caen en la resistencia a medida que aumenta la tensión. Resistencias dependientes de la tensión a menudo se utilizan como supresores de sobretensión para circuitos sensibles.

5.3 Empaques

Estos son algunos ejemplos de los diferentes empaques que se encuentran a menudo. Los empaques de bloque se utilizan para potencias superiores.

Figura 10. Ejemplos de Varistores


Una resistencia dependiente de la tensión tiene una resistencia variable no lineal, dependiente de la tensión aplicada. La impedancia es alta bajo condiciones de carga nominal, pero será fuertemente disminuida a un valor bajo cuando se supera un umbral de tensión, la tensión de ruptura. A menudo se utilizan para proteger los circuitos contra voltajes transitorios excesivos. Cuando el circuito está expuesto a un transitorio de alto voltaje, el varistor comienza a conducir y baja la tensión transitoria a un nivel seguro. La energía de la oleada entrante es parcialmente conducida y absorbida, protegiendo así el circuito.

El tipo más común es el MOV, o varistor de óxido metálico. Se construyen de una matriz sinterizada de granos óxido de zinc (ZnO). Los límites de grano proporcionan características PN de semiconductores de unión, similares a un diodo de unión. La matriz de granos orientados al azar se puede comparar con una gran red de diodos en serie y en paralelo. Cuando se aplica una tensión baja, sólo un flujo de corriente limitado lo atraviesa, causada por la fuga inversa través de las uniones. Sin embargo, cuando se aplica un alto voltaje, lo que supera la tensión de ruptura, las uniones experimentan una ruptura de avalancha y una gran corriente puede fluir. Este comportamiento da como resultado las características no lineales de corriente-voltaje.



La relación entre la corriente (I) a través de y el voltaje (V) entre los terminales, se describe típicamente por:

El término α describe el grado de no linealidad.

FIgura 11. curvas

características de un MOV (alto α) y SiC varistor (baja α).

Parámetros importantes de selección son la tensión de cierre, corriente de pico, la máxima energía del pulso, tensión nominal de AC / DC y corriente de espera. Cuando se utiliza en líneas de comunicaciones, la capacitancia parásita también es un parámetro importante. Una alta capacitancia puede actuar como un filtro para las señales de alta frecuencia o inducir la diafonía, lo que limita el ancho de banda disponible de la línea de comunicaciones.

Los varistores son útiles para la protección de corta duración en el caso de alta tensión de sobretensiones transitorias en el orden de 1-1000 microsegundos. Ellos sin embargo, no son adecuados para manejar sobrecargas sostenidas. Si una energía del pulso transitorio en julios (J) es demasiado alta y significativamente supera los valores máximos absolutos, pueden derretir, quemar o explotar.

Los MOV degradan cuando son expuestos a sobrecargas repetidas. Después de cada alza de tensión los MOV de sujeción hace que la tensión se mueva un poco más bajo, la cantidad depende de la clasificación en julios del MOV en relación con el pulso. A medida que la tensión de sujeción cae más y más, un modo de fallo posible es un cortocircuito parcial o total, cuando la tensión de sujeción cae por debajo del voltaje de la línea protegida. Esta situación podría dar lugar a un riesgo de incendio. Para evitar riesgos de incendio, a menudo están conectados en serie con un fusible térmico que desconecta el MOV en caso de sobrecalentamiento. Para limitar la degradación, es recomendable utilizar una sujeción



http://www.resistorguide.com/types/varistor/varistor-curve-2/

voltaje tan alto como el circuito protegido permite, para limitar la cantidad de exposición a sobretensiones.

5.5 Aplicaciones

La característica no lineal del varistor hace ideales para su uso como dispositivos protectores contra sobretensiones. Fuentes de alta tensión transitoria pueden ser por ejemplo la caída de rayos, descargas electrostáticas o descarga inductiva de motores o transformadores. Por ejemplo, son de uso frecuente en las regletas de enchufes protector contra sobretensiones. Tipos especiales con una capacidad baja protegen las líneas de comunicación. Estos RDT son útiles para una amplia variedad de aplicaciones que pueden incluir:

Teléfonos y otra protección de la línea de comunicación Equipos de radiocomunicación de supresión transitoria Regletas Protector de sobretensión Del sistema de TV por cable como protectores de sobretensión Protección de la fuente de alimentación Protección Microprocesador Protección del equipo de Electrónica Supresores de sobretensión transitoria (TVSS) Protección Electrónica de vehículos Protección CA de alta energía industrial

5.6 Tipos

Los tipos más importantes son:

5.6.1.Varistor de óxido metálico

Descrito anteriormente, el MOV es un supresor de transitorios no lineal compuesta de óxido de zinc (ZnO)

5.6.2. Varistor de carburo de silicio

Hubo un tiempo en que era el tipo más común antes de que el MOV entró en el mercado. Estos componentes utilizan carburo de silicio (SiC). Se han utilizado intensivamente en alta potencia, aplicaciones de alto voltaje. La desventaja de estos dispositivos es que trazan una corriente de espera significativa, por lo tanto, se requiere una brecha serie para limitar el consumo de energía de reserva.

Otros tipos de dispositivos de supresión de sobretensiones incluyen:



5.6.3. Celdas de selenio

Estos supresores utilizan rectificadores de selenio que permiten una corriente de ruptura inversa de alta energía. Algunas células de selenio tienen propiedades de sellado de curación que les permiten soportar descargas de alta energía. Ellos sin embargo no tienen la capacidad de sujeción de MOVs modernos.

5.6.4 Diodos de Zener

Un dispositivo de supresión transitoria que utiliza la tecnología de rectificador de silicio. Tienen una capacidad de sujeción de voltaje muy constante. El principal inconveniente de estos componentes es que tienen una capacidad de disipación de energía limitada.

5.6.5 Dispositivos de Palanca

Un dispositivo de palanca genera un cortocircuito por sobretensión, este cortocircuito continuarán hasta que la corriente este por debajo de un cierto nivel muy bajo. Creando un efecto rezagado. Ejemplos de dispositivos de palanca son:

5.6.5.1 Tubo de descarga de gas (GDT).- Estos dispositivos llevan a cabo después de crear una chispa realización, la desventaja es que tardan mucho tiempo relativo para disparar, la ventaja es la gran capacidad de transporte de corriente.

5.6.5.2. Dispositivo de protección contra sobretensiones Tiristor (TSPD) - tiene características similares a un GDT, pero puede actuar mucho más rápido.

5.7 Símbolo Varistor

El siguiente símbolo es usado para un varistor. Se representa como una resistencia variable que depende de la tensión, U.

Símbolo del Varistor IEC standard



PROCEDIMIENTO

Característica estática de resistencia

En el experimento siguiente se debe analizar la respuesta de las resistencias NTC. Para ello se registrará la característica de una resistencia de este tipo y se discutirán los posibles rangos de aplicación de este tipo de resistencias.

Monte el circuito experimental que se representa a continuación en la sección II de la tarjeta de experimentación SO4203-7B:

Abra el instrumento virtual Fuente de tensión continua a través de la opción de menú Instrumentos | Fuentes de tensión | Fuente de tensión continua, o también pulsando la siguiente imagen, y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. Encienda a continuación el instrumento por medio de la tecla POWER.

Ajustes de la fuente de tensión continua

Rango: 10 V

Tensión de salida: 1 V

Abra el instrumento virtual Voltímetro A a través de la opción de menú Instrumentos | Instrumentos de medición | Voltímetro A, o también pulsando la siguiente imagen y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente

.



Ajustes del voltímetro A

Rango de medición: 5 V DC

Modo de operación: AV

ln-vi:35

ln-vi:61

En el caso de que realice la medición de corriente empleando el amperímetro virtual, abra el instrumento Amperímetro B a través de a opción de menú Instrumentos | Instrumentos de medición | Amperímetro B, o también pulsando la siguiente imagen, y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente.

Ajustes del Amperímetro B

Rango de medición: 20 mA DC

Modo de operación: AV

Shunt: 10 ohmios

Ahora, ajuste la tensión de alimentación Ue, empleando uno tras otro, los valores expuestos en la tabla 1. Mida cada tensión U en la resistencia NTC, al igual que la corriente I que fluye por la resistencia y anote los valores de medición en la tabla. Antes de ajustar un nuevo valor de tensión, espere siempre aproximadamente un minuto antes de llevar a cabo la medición de corriente. Si pulsa la pestaña "Diagrama" de la tabla, después de realizar todas las mediciones, podrá visualizar gráficamente la característica resultante.

El grado de calentamiento de la resistencia durante el servicio depende de la potencia consumida. Si se registra esta potencia en función del valor de la resistencia, se obtiene la característica de temperatura de la resistencia. Calcule la potencia P = U· I y la resistencia R = U/I para cada medición documentada en la tabla 1, y anote en la tabla 2 los valores obtenidos. A continuación, visualice las correspondientes curvas características.

TABLA 1:

Ue[V] U(v) I (mA)

1.00

2.00

3.00

4.00

5.006.00

7.00

8.00

9.00

10.00



ln-vi:64

TABLA 2:

Ue[V] P[Mw] (UxI) R[ohm] (U/I)

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

CUESTIONARIO

1. ¿Por qué es necesario esperar aproximadamente un minuto antes de medir la corriente después de realizar una modificación de la tensión?

La resistencia NTC se calienta ante el flujo de corriente. De esta manera disminuye la resistencia y la medición sólo se puede realizar después de que la temperatura haya alcanzado su valor estacionario.

2. ¿Qué afirmaciones podría realizar en relación con la característica obtenida?

La pendiente de la característica varía. La tensión en la resistencia NTC adopta un valor máximo. Si la tensión asciende, disminuye la pendiente de la característica.



3. ¿A qué conclusión puede arribar a partir de las dos características obtenidas?

Si la temperatura aumenta, disminuye el valor de la resistencia NTC. Si el consumo de potencia aumenta, disminuye el valor de la resistencia NTC. Si el consumo de potencia aumenta, aumenta la temperatura de la resistencia

NTC. Si las resistencias NTC se emplean como sensores de temperatura, deberían

operar con bajas intensidades de corriente para evitar los efectos del calentamiento.

CONCLUSIONES

Decir que la temperatura del potenciómetro permanece constante no se cumple siempre porque el valor de las resistencias dependen de la temperatura. La variación de la temperatura puede ser debida a las fluctuaciones de la temperatura ambiental o al auto calentamiento producido por la potencia disipada e el propio potenciómetro.

En las resistencias variables (NTC), la resistencia eléctrica disminuye ante el aumento de la temperatura.

En las resistencias variables (PTC), la resistencia eléctrica aumenta de valor al aumentar la temperatura.

Los potenciómetros limitan el paso de la corriente eléctrica (intensidad) provocando una caída de tensión en ellos al igual que en una resistencia, pero en este caso el valor de la corriente y la tensión en el potenciómetro las podemos variar solo cambiando el valor de su resistencia.



labo 5 fisica 3

Documents