Luz

Diodo y Led's
Principio de funcionamiento del diodo

El diodo es un dispositivo semiconductor el cual deja pasar la corriente en un sentido y se opone al otro, esta formado por dos cristales semiconductores dopados, uno del tipo P y el otro del tipo N, formando una unión PN.
Cuando se aplica el positivo al terminal del cristal P(ánodo) y el negativo N(kátodo),se dice que la unión se ha polarizado en sentido directo baja su resistencia eléctrica y el diodo conduce ,si invertimos la polaridad entonces se dice que se ha polarizado en sentido inverso, aumenta su resistencia eléctrica y no conduce.
Una de las muchas aplicaciones de los diodos es la de rectificador, permitiendo convertir corriente alterna(AC) en continua(DC).

Símbolo del diodo



(Ánodo) (Kátodo)



En la fotografía se puede apreciar el aspecto físico

En el cuerpo del diodo en un extremo hay una franja blanca que indica el terminal del kátodo(N) con respecto al ánodo(P).

LED'S (Diodo Emisor de Luz)

Los LED's son diodos semiconductores que ,al aplicarles una tensión en sentido directo, radian luz desde su unión PN.
La luz emitida por un LED es de distinto color según el material utilizado en la fabricación del diodo.Así ,por ejemplo, para obtener luz roja se emplea el galio-arsénico para la luz verde el galio-fósforo y para el color azul el carburo de silicio.




Aspecto físico de los leds

 
La resistencia
La resistencia es el componente mas utilizado en los circuitos electrónicos, la misión de una resistencia es oponerse al paso de la corriente eléctrica. Esta oposición se traduce en una generación de calor, es decir en una pérdida de energía en la propia resistencia.

Las hay de fijas, variables y también sensibles a la luz, las denominadas LDR o fotoresistencias, que tienen la particularidad de variar su resistencia eléctrica en función de la luz que incide sobre ellas.

Símbolos utilizados para representar la resistencia en los esquemas. Aquí solo expongo las mas representativas.

Resistencias fijas






Resistencia variable



LDR (fotoresistencia)



En la foto se puede apreciar los tipos de resistencias comentadas, de izquierda a derecha, resistencia fija, variable y la LDR o fotoresistencia.

Toda resistencia tiene en su cuerpo una banda de colores, cada color representa un número .Las dos primeras bandas indican las dos primeras cifras del valor del resistor, la tercera banda indica cuantos ceros hay que aumentarle al valor anterior para obtener el valor final de la resistencia.
La cuarta banda nos indica la tolerancia y si hay quinta banda, ésta nos indica su confiabilidad.


Tabla de colores






Ejemplo:si la resistencia tiene esta banda de colores:

Marrón =1

Negro=0

Marrón=x10

Rojo=+/-2%

La resistencia tiene un valor de 10x10=100 ohms con tolerancia de 2% +/-

CIRCUITO

Circuito serie y paralelo
Resistencias en serie
La asociación en serie de resistencias, consiste en conectarlas de tal forma que formen una hilera. En una conexión serie de resistencias, sólo existe un solo camino para la corriente.

En el diagrama (a) puede verse este tipo de conexión.



En todo circuito serie solo existe una sola trayectoria para la corriente, donde se deduce que la corriente es la misma en cada resistor.

La resistencia total o equivalente de un circuito formado por varios resistores en serie es igual a la suma de las resistencias parciales. Cuanto mayor es el valor óhmico total, menor es la corriente que las atraviesa y cuanto menor es su resistencia, mayor es la corriente total.

Fórmula para la resistencia en serie.

Rt=R1+R2+R3+... +Rn

Un ejemplo




En el circuito se puede apreciar tres resistencias en serie con sus valores en ohmios, por tanto la resistencia total o equivalente es igual a la suma de las resistencia parciales.

Rt=R1+R2+R3=100+150+50=300 ohms

Sabiendo la resistencia total y la tensión aplicada al circuito, podemos calcular la corriente total aplicando la ley de Ohm.


It=Vt/Rt = 12v/300 ohms=0,04 Amp.

Esta corriente es la misma en todas las resistencias.

Ahora bien, la tensión o diferencia de potencial ,se reparte a través de las resistencia. La caída de voltaje en cada resistencia, despenderá de su valor óhmico, a mayor resistencia mayor será la caída de voltaje y a menor resistencia menor sera la caída de voltaje.

En el ejemplo anterior para saber las caídas de voltaje en cada resistor, podemos aplicar la ley de Ohm.

Vr1=R1 x It=100 x 0,04 Amp.=4 Voltios

Vr2=R2 x It=150 x 0,04 Amp.=6 Voltios

Vr3=R3 x It=50 x 0,04 Amp.=2 Voltios

Fijaros que a mayor resistencia mayor es la caída de voltaje y viceversa. También se puede observar que la suma de las caídas de voltaje es igual a la tensión aplicada al circuito.

Vt=Rt x It=300 x 0,04 Amp.=12 Voltios

Las caídas de voltajes siempre son opuestas a la fuente de voltaje, ya que son el producto de la resistencia por la intensidad V=RxI, esto se conoce como ley del voltaje de Kirchhoff y dice:

En un circuito, la suma de todas las caídas de voltaje localizadas en una trayectoria cerrada única es igual al voltaje de fuente total encontrado en dicha espira.

Resistencias en paralelo
Cuando dos o más resistores se conectan individual mente entre dos puntos distintos, se dice que están en paralelo entre sí. Un circuito de este tipo proporciona más de una trayectoria para la corriente.

Cada trayectoria para la corriente se denomina rama, y un circuito en paralelo es uno que tiene más de una rama.

Un ejemplo




En el esquema del ejemplo, se puede apreciar que la corriente que sale de la fuente (It) se divide cuando llega al punto A,I1 pasa por R1,I2 pasa por R2 y I3 pasa por R3.Todos los puntos ubicados a lo largo de la parte superior, son eléctricamente, el mismo punto que el punto A, y los ubicados en la parte inferior son, eléctricamente, el mismo punto que el punto B.

Ley de las corrientes de Kirchhoff

La suma de las corrientes que entran en un nodo (corriente total de entrada) es igual a la suma de las corrientes que salen de dicho nodo (corriente total de salida).

En un circuito paralelo, un nodo es un punto donde se juntan las ramas dispuestas en paralelo. Pondremos un ejemplo para aclarar todos estos conceptos.



En el circuito de arriba, el punto A es un nodo y el punto B otro nodo. Inicie el recorrido desde el terminal positivo,la corriente It que viene de la fuente entra en el nodo A, en este punto, la corriente se divide entre las tres ramas. Cada una de las tres corrientes de rama (I1,I2,I3) sale del nodo A. La ley de Kirchhoff de las corrientes dice que la corriente total que entra al nodo A es igual a la corriente total que sale del nodo A, es decir,


It=I1+I2+I3


Ahora bien, si seguimos las tres corriente a través de las tres ramas, veremos que regresan al nodo B, las corriente se encuentran en el nodo B y la It sale de éste, por consiguiente, la misma que el nodo A


It=I1+I2+I3

En todo circuito paralelo, el voltaje en cada rama es el mismo.

ELECTRONICA DEL ROBOT

1.- CONCEPTOS GENERALES SOBRE ELECTRÓNICA

Leyes de Kirchhoff
En esta ocasión hablaremos de dos leyes muy útiles en el análisis de circuitos. Estas leyes son: ley de nodos o de las corrientes y ley de mallas o de las tensiones.
Primera ley de Kirchhoff o ley de las corrientes
La suma algebraica de todas las intensidades que llegan a un nodo es igual a la suma algebraica de todas las intensidades que se alejan del nodo.


Fijaros en la figura de arriba donde tenemos I1,I2 que llegan al nodo y I3,I4 que se alejan del nodo. Si adoptamos que es positiva(+) las corrientes que llegan y negativas(-) las corrientes que se alejan, se puede escribir esta ecuación.
I1+I2-I3-I4=0

Donde se deduce que la suma algebraica de todas las intensidades que concurren en un nodo es igual a cero.
Segunda ley de Kirchhoff o ley de las tensiones
En toda malla o circuito cerrado, la suma algebraica de todas las fem debe ser igual a la suma algebraica de la caída de tensión en todas las resistencias intercaladas a lo largo de aquella malla o circuito cerrado.


En el circuito de arriba tenemos que V3=V1+V2

Recordemos la diferencia que hay entre fem y caída de tensión o ddp (V=RxI).
La fem es producida en una fuente de tensión y proviene de la generación de electricidad por cualquier procedimiento. La caída de tensión o voltaje es generada a través de una resistencia y viene dada por RxI. Las caídas de voltaje son negativas donde se deduce que: la suma algebraica de las tensiones a lo largo de una malla o contorno es cero.
Ley de Ohm
Magnitudes que intervienen en el circuito eléctrico
En todo circuito eléctrico intervienen una serie de magnitudes que vamos ha exponer a continuación.
Fuerza electromotriz
Esta fuerza es la causa del desplazamiento de los electrones dentro del circuito y se produce en interior del generador, su unidad de medida es el voltio (V) y se puede medir con el voltímetro.

Diferencia de potencial
Es la tensión que hay en bornes del receptor, correspondiente al exceso de potencial del positivo y con defecto al potencial al polo negativo. Su unidad de medida es el voltio(V).
Corriente eléctrica
La que origina una circulación de electrones en un circuito es la tensión o fuerza electromotriz, esta circulación de electrones es llamada corriente eléctrica y su unidad de medida es el amperio (A).
Potencia eléctrica
La unidad de medida es el vatio (W) es el producto de multiplicar la tensión por la intensidad (P=VxI),donde se deduce que a mayor tensión o intensidad, mayor será la potencia.
Ley de Ohm
La ley de Ohm relaciona la tensión, intensidad y resistencia en un circuito.
La relación que existe entre la tensión aplicada a dos puntos de un conductor y la intensidad que circula entre los mismos ,es una constante que llamamos resistencia.
R=V/I
Ejemplo
Calcular la resistencia eléctrica que ofrece un conductor por el que circula una intensidad de 50 mA cuando se le aplica una tensión de 60 V
Solución:
R=60V/10mA=6000 ohms

De esta expresión se deduce que la corriente eléctrica que circula por un conductor es directamente proporcional a la tensión aplicada entre sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia que ofrece entre los mismos.

I=V/R

V=RxI


Ejemplo
Calcular la intensidad que circula por una resistencia de 15 ohms cuando se le aplica una tensión de 24 V

Solución:
I=24v/15 ohms=1,6 A
La ley de ohm es universal y se puede aplicar en cualquier punto de un circuito, existen otras leyes como la ley de mallas o tensiones y la de corrientes o nodos, conocidas como las leyes de Kirchhoff.

JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO DE ROBOTICA

El proceso de diseño-construcción de un robot, es un proyecto de alto valor educativo y formativo. Dice una cita: Escuché y Olvidé. Vi y recordé . Hice y Comprendí.

La informática y la tecnología son un conjunto de saberes que convergen entre si para la resolución de un problema, y nada mejor que este tipo de proyectos para ejemplificar esta definición.

De forma paralela fomentaremos el trabajo en equipo y el compañerismo trabajando en grupos de dos personas.

Otro aspecto a tener en cuenta es el del reciclaje. Realizaremos el proyecto pensando en el desarrollo sostenible, en el aspecto de la educación y el aprendizaje, con miras a no contribuir a los problemas medioambientales del siglo XXI.

OBJETIVOS

Fabricación de un Robot autónomo que sigue un haz de luz.

Participar en la Semana Cultural exponiendo y explicando el trabajo. Montar un “rincón de la ciencia” en el que se podrán ver todas las fases de fabricación del robot

FASES DE DESARROLLO

1ª fase: Utilización de las habilidades en las TIC para la recopilación de información y los conocimientos necesarios sobre electrónica, electricidad.

Investigar los elementos a utilizar, elaborar una lista de los materiales necesarios y los procesos que conducirán a solucionar el problema..

2ª fase: Diseño y Construcción de la estructura y mecanismos, conocimientos de mecanismos básicos (poleas, engranajes, palancas, tornillos, trasformación del movimiento, principios físca, teoría de estructuras....)

3ª fase: Control del robot, Simular los procesos en el ordenador para testear el correcto funcionamiento de los elementos electrónicos.

En esta fase se aplicarán conocimientos de electricidad, electrónica y/o programación si realizamos el control mediante microcrontroladores (en este proyecto no es el caso).

4ª fase: Fase de montaje, depuración y pruebas con el modelo diseñado.

5ª fase: Fase de exposición y desarrollo de actividades culturales