ESQUEMAS BASICOS DE CIRCUITOS ELECTRONICOS

Tutorial  " circuitos logicos basicos, control de motores"

 

CIRCUITOS LÓGICOS BÁSICOS

Un computador es una serie de circuitos electrónicos que mediante el mecanismo de ejecución de instrucciones dan vida a una serie de operaciones que permiten, finalmente, ver lo que se ve al estar frente a la pantalla de uno de ellos y el poder interactuar, con ellos, de manera más o menos inteligente, dependiendo de lo que de ésta tenga el interactuante ya que se sabe que los computadores -como hoy se conocen- no tienen ni una pizca de inteligencia. 

Dominio Lógico

El funcionamiento del computador se basa en el dominio de las señales que se describieron en el ejemplo anterior, pero también un computador es mucho más complejo que aquellas señales, el sólo hecho de mirar la pantalla y ver la metáfora del mundo que aquella representa, hace surgir preguntas tales: ¿cómo funciona esto? O sí algo ya se sabe ¿cómo de un dominio tan pequeño, el de las señales.

Operaciones Básicas 

And. La operación And requiere que todas las señales sean simultáneamente verdaderas para que la salida sea verdadera. Así, el circuito de la figura necesita que ambos interruptores estén cerrados para que la luz encienda. 

Or. La operación Or tiene similares características a la operación And, con la diferencia que basta que una señal sea verdadera para que la señal resultante sea verdadera. En la figura se puede ver tal situación. 

Not: La última de la tres operaciones fundamentales, la cual también se conoce como negación, complemento o inversión, es mucho más simple que las anteriores. En la figura se puede observar el circuito, que en este caso tiene la particularidad de que al estar el interruptor abierto la luz enciende, cuando él está en posición de cerrado la luz permanecería apagada. 

Dominio Lógico ( l ð Dominio Lógico ) = ( { 0, 1 }, { l: And( l, l ), l:Or( l, l ), l:Not( l ) } )

Note que cada una de las operaciones o funciones de este dominio se ha explicitado claramente la cantidad y el tipo de parámetros con los cuales ellas operan (operandos) y el tipo de valor que la operación devuelve, en este caso todos los parámetros son del tipo lógico ( l ).

Así, cuando se habla del dominio del computador al resolver un problema, este dominio tiene como base el dominio recién descrito. Los circuitos electrónicos que dan vida al computador pueden ser representados todos mediante este Dominio Lógico. 

Operaciones compuestas

El conjunto de las operaciones del dominio básico se puede extender mediante un mecanismo de composición de operaciones, por ejemplo, se quiere agregar la operación XOR, que corresponde a un OR Exclusivo mediante el cual: si ambas entradas son iguales el resultado es cero (0 o falso) y si ambas son distintas, entonces el resultado es uno (1 o verdadero). Graficamente se puede ver la implementación de la compuesta XOR en la figura No. 8. 

Construcción de nuevos dominios

Pese a que se ha formalizado un dominio básico y, además, se ha creado nuevas operaciones dentro de ese dominio, aún no se cumple el objetivo de poder aproximar el mundo de señales del computador a nivel de complejidad actual observado. 

xb = 10100101
X10 = V(xb) = 1× 27+0× 26+1× 25+0× 24+0× 23+1× 22+0× 21+1× 20 = 165 

Suma en los enteros binarios 

La suma de dos números binarios se realiza de la misma manera que la suma en los números decimales. Por ejemplo, la siguiente es una suma decimal:

  3 7 6 los números en negrillas corresponden a los dígitos menos significativos
+ 4 6 1
  8 3 1

Los dígitos en las posiciones menos significativos son operados primero, produciendo la suma 7. Luego, los dígitos en la segunda posición son sumados para dar el resultado 13, que produce un acarreo de 1 hacia la tercera posición, lo que produce la suma 8.

La unidad aritmética

Todas las operaciones aritméticas se realizan en la unidad aritmética, también conocida como unidad aritmético-lógica -ver punto 1.2 de este apunte-, de un computador. es un diagrama de bloques que describe los principales elementos incluidos en una unidad aritmética típica. 

Un sumador binario en paralelo

Los computadores y calculadoras implementan la operación de suma sobre dos números binarios al mismo tiempo, donde cada numero binario puede tener varios dígitos binarios. En la tabla se muestra la suma de dos números binarios de cinco bits. Uno de los operandos es almacenado en el acumulador; esto es, el acumulador contienen cinco Flip-Flops, almacenando, en cada uno, los dígitos 10101. 

1º Operando, almacenado en el acumulador	1	0	1	0	1
2º Operando, almacenado en el Registro B	0	0	1	1	1
Suma	1	1	1	0	0
Acarreo (para ser agregado a la siguiente posición)	0	0	1	1	1

En este diagrama las variables Ai representan los bits del operando almacenados en el acumulador (que también puede ser llamado el registro A). Las variables Bi representan los bits del segundo operando almacenados en el registro B. Las variables Ci representan los bits de carry entre las correspondientes posiciones. Las variables Si son los bits de la suma para cada posición.

Los circuitos Full-Adder usados en cada posición tienen tres entradas: un bit A, un bit B y un bit C; y producen dos salidas: un bit de suma (S) y un bit de carry (C). Por ejemplo, el Full-Adder No. 0 tienen como entradas A0, B0 y C0, y produce las salidas S0 y C1. Lo anterior se repite para todos los bits de los operandos. Actualmente los computadores usan palabras de 32 y 64 bits, al contrario del de la figura que sólo es un sumador de 5 bits. 

El diseño de un Full-Adder

El diseño de un Full-Adder es un típico problema de ingeniería -en este caso de electrónica- y resulta muy interesante y didáctico seguirlo paso a paso, se recomienda para ello consultar el libro "Digital Systems: Principles and Applications" de Ronald J. Tocci en las páginas 146 y 147. 

Para desarrollar este circuito en términos del formato que se ha estado propugnando para los dominios, es necesario ampliar a la capacidad de definición de operaciones. Para ello es necesario que las nuevas operaciones, además de permitir combinaciones directas de las ya definidas, permitan otro tipo de combinaciones con más poder de cómputo. 

CONTROL DE MOTORES ELÉCTRICOS

El control de la energía eléctrica, es básica cuando se usa maquinaria industrial. La electricidad industrial está relacionada en primer lugar con el control del equipo eléctrico industrial y sus procesos relacionados.

Cuando se trabaja con equipo eléctrico industrial, es necesario y fundamental, tener la habilidad para leer diagramas esquemáticos; aunque hay distintos tipos de diagramas relacionados con el equipo eléctrico. Existen otros diagramas relacionados con este equipo, como son: el diagrama de bloques, de interconexión, de alambrado, de disposición, los isométricos y los diagramas de construcción. 

Control del motor.

Es un término genérico que significa muchas cosas, desde un simple interruptor de volquete hasta un complejo sistema con componentes tales como relevadores, controles de tiempo e interruptores. Sin embargo, la función común es la misma en cualquier caso

Propósito del controlador

Algunos de los factores a considerarse respecto al controlador, al seleccionarlo e instalarlo, pueden enumerarse como sigue.

Arranque.

El motor se puede arrancar conectándolo directamente a través de la línea. Sin embargo, la máquina impulsada se puede dañar si se arranca con ese esfuerzo giratorio repentino. El arranque debe hacerse lenta y gradualmente, no sólo para proteger la máquina, sino porque la oleada de corriente de la línea durante el arranque puede ser demasiado grande. 

Parada.

Los controladores permiten el funcionamiento hasta la detención de los motores y también imprimen una acción de freno cuando se debe detener la máquina rápidamente. La parada rápida es una función vital del controlador para casos de emergencia. 

Inversión de la rotación.

Se necesitan controladores para cambiar automáticamente la dirección de la rotación de 1as máquinas mediante el mando de un operador en una estación de control. La acción de inversión de los controladores es un proceso continuo en muchas aplicaciones industriales.

Marcha.

Las velocidades y características de operación deseadas, son, función y propósito directos de los controladores. Éstos protegen a los motores, operadores, máquinas y materiales, mientras funcionan. 

Control de velocidad.

Algunos controladores pueden mantener velocidades muy precisas para propósitos de procesos. industriales, pero se necesitan de otro tipo para cambiar las velocidades de los motores por pasos o gradualmente.

Seguridad del operador.

Muchas salvaguardas mecánicas han dado origen a métodos eléctricos. Los dispositivos piloto de control eléctrico afectan directamente a los controladores al proteger a los operadores de la máquina contra condiciones inseguras. 

Protección contra daños.

Una parte de la función de una máquina automática es la de protegerse a sí misma contra daños, así corno a los materiales manufacturados o elaborados. Por ejemplo, se impiden los atascamientos de los transportadores.

Mantenimiento de los dispositivos de arranque.

Una vez instalados y ajustados adecuada mente, los arrancadores para motor mantendrán el tiempo de arranque, voltajes, corriente y troqué confiables, en beneficio de la máquina impulsada y el sistema de energía.

PROTECCIÓN CONTRA SOBRECARGAS

La protección contra sobrecargas en un motor eléctrico, es necesaria para evitar que se queme y para asegurar una duración máxima de operación. Los motores eléctricos, si se les pern-úte, funcionarán con una salida mayor de su capacidad nominal. Se puede originar una sobrecarga en el motor, al sobrecargarse la maquinaria impulsada por un voltaje bajo en la línea, o a causa de una línea abierta en un sistema polifásico, lo que da por resultado una operación monofásica. Bajo cualquier condición de sobrecarga, un motor toma una corriente excesiva que causa el sobrecalentamiento.

Unidades térmicas de aleación fusible.

 El conjunto de aleación fusible del elemento térmico y el depósito del metal, se muestran en la figura C-3. La corriente excesiva de sobrecarga del motor pasa por el elemento térmico, fundiendo, por tanto, el depósito de aleación auténtica.