Índice de contenidos
1. Introducción a la electrónica
1.1. Definición de electrónica1.2. Importancia de la electrónica en la sociedad actual
2.2. Resistencias
2.3. Diodos
2.4. Transistores
2.5. Circuitos integrados
3. Electrónica digital
3.1. Sistemas de numeración (binario, decimal, hexadecimal)
3.2. Puertas lógicas
4. Instrumentación y medidas eléctricas
5.1. Introducción al control automático
5.2. Conceptos básicos del control automático
5.3. Aplicaciones del control automático en la vida cotidiana
6. Proyectos prácticos de electrónica y control automático
6.1. Construcción de un circuito simple
6.2. Diseño de un sistema de control automatizado
6.3. Experimentos con sensores y actuadores
Este índice proporciona una estructura general para el tema "Electrónica y control automático" en un nivel de 3º curso de ESO. Puedes ajustarlo según los objetivos específicos y el enfoque del curso o asignatura.
1. Introducción a la electrónica y el control automático
1.1. Definición de electrónica
En esencia, la electrónica se basa en la manipulación de cargas eléctricas para lograr diferentes funcionalidades. Esto se logra mediante el uso de componentes electrónicos, como resistencias, capacitores, transistores, circuitos integrados y muchos otros dispositivos, que permiten la creación de circuitos que realizan operaciones específicas.
La electrónica tiene un papel fundamental en la sociedad moderna, ya que está presente en una amplia gama de aplicaciones, como en los sistemas de comunicación, los dispositivos de cómputo, los equipos médicos, los sistemas de control automático, los dispositivos móviles, entre otros. Además, la electrónica ha impulsado el desarrollo de la tecnología y ha facilitado el avance en diversos campos científicos y de ingeniería.
1.2. Importancia de la electrónica en la sociedad actual
La electrónica desempeña un papel crucial en la sociedad actual y ha tenido un impacto significativo en prácticamente todos los aspectos de nuestra vida. A continuación, se presentan algunas de las áreas en las que la electrónica es especialmente relevante:
- 1. Comunicaciones: La electrónica ha revolucionado las comunicaciones, permitiendo la transmisión rápida y eficiente de información en forma de voz, datos y video. Los sistemas de comunicación, como los teléfonos móviles, las redes de Internet, la televisión por cable y satélite, dependen en gran medida de la electrónica para su funcionamiento.
- 2. Informática y tecnología de la información: Los ordenadores, tablets, smartphones y otros dispositivos electrónicos son omnipresentes en nuestra vida cotidiana. La electrónica digital y los circuitos integrados han permitido el desarrollo de sistemas de cómputo cada vez más potentes y eficientes, así como el almacenamiento y procesamiento de grandes cantidades de datos.
- 3. Medicina: La electrónica ha revolucionado la medicina moderna en áreas como el diagnóstico, el tratamiento y el monitoreo de pacientes. Equipos electrónicos como los escáneres de resonancia magnética, los monitores cardíacos, los marcapasos y los dispositivos de imagen médica han mejorado enormemente la precisión y la eficacia de los procedimientos médicos.
- 4. Industria: La automatización y el control industrial se basan en gran medida en la electrónica. Los sistemas de control automático permiten mejorar la eficiencia y la precisión de los procesos industriales, así como la supervisión y el monitoreo de equipos y sistemas.
- 5. Transporte: La electrónica desempeña un papel crucial en la industria del transporte, desde sistemas de navegación y control de tráfico hasta sistemas de gestión de motores, frenos y seguridad en vehículos. Los avances en la electrónica también han permitido el desarrollo de vehículos eléctricos y autónomos.
- 6. Entretenimiento: La electrónica está presente en dispositivos y sistemas de entretenimiento, como televisores, sistemas de sonido, reproductores de música y video, consolas de videojuegos y realidad virtual. Estos dispositivos han transformado la forma en que nos entretenemos y consumimos medios.
En resumen, la electrónica ha revolucionado la sociedad actual al proporcionar soluciones tecnológicas innovadoras en áreas como las comunicaciones, la informática, la medicina, la industria, el transporte y el entretenimiento. Su importancia radica en su capacidad para mejorar la eficiencia, la precisión y la comodidad en una amplia gama de aplicaciones, impulsando el desarrollo tecnológico y mejorando la calidad de vida.
2. Componentes electrónicos
Los componentes electrónicos son elementos fundamentales en el diseño y funcionamiento de circuitos electrónicos. A continuación, se presentan algunos de los componentes electrónicos más comunes:
- 1. Resistencias: Son dispositivos diseñados para limitar el flujo de corriente eléctrica en un circuito. Se utilizan para controlar la cantidad de corriente que circula por un componente o para crear caídas de voltaje. Las resistencias se representan mediante un código de colores que indica su valor de resistencia.
- 2. Capacitores: Son dispositivos que almacenan carga eléctrica en forma de campo eléctrico. Los capacitores se utilizan para almacenar energía, filtrar señales, eliminar ruidos y regular el flujo de corriente en un circuito. Se clasifican según su capacidad y voltaje de operación.
- 3. Diodos: Son componentes que permiten el flujo de corriente en una dirección, mientras bloquean el flujo en la dirección opuesta. Los diodos se utilizan en circuitos rectificadores, fuentes de alimentación, protección contra polaridad inversa y generación de señales.
- 4. Transistores: Son dispositivos semiconductores que amplifican y controlan el flujo de corriente o voltaje en un circuito. Hay diferentes tipos de transistores, como transistores bipolares (NPN, PNP) y transistores de efecto de campo (MOSFET, JFET). Se utilizan en amplificadores, osciladores, conmutadores y otros circuitos.
- 5. Circuitos integrados (CI): Son componentes que incluyen múltiples dispositivos electrónicos, como transistores, resistencias y capacitores, integrados en un solo chip de silicio. Los circuitos integrados pueden ser analógicos, digitales o mixtos, y se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, desde procesadores de computadoras hasta controladores específicos.
- 6. Bobinas: Son componentes formados por una serie de espiras conductoras que crean un campo magnético cuando circula corriente a través de ellas. Las bobinas se utilizan en circuitos de filtrado, transformadores, inductores y generación de campos magnéticos.
- 7. Condensadores: Son componentes que almacenan carga eléctrica en dos placas conductoras separadas por un material dieléctrico. Los condensadores se utilizan para almacenar energía, bloquear corriente continua, filtrar señales, acoplar circuitos y muchas otras aplicaciones.
Estos son solo algunos ejemplos de componentes electrónicos comunes. Existen muchos otros componentes, como inductores, transformadores, amplificadores operacionales, sensores, entre otros, que desempeñan roles específicos en el diseño y funcionamiento de circuitos electrónicos.
2.1. Clasificación de los componentes electrónicos
Los componentes electrónicos se pueden clasificar en activos, pasivos, electromecánicos, de visualización y de almacenamientos. A continuación, se presenta una clasificación general de los componentes electrónicos:1. Componentes pasivos: son aquellos que actúan solo como receptores y consumidores de la señal eléctrica. Por tanto absorben energía y no generan ni ganancia ni control de la señal eléctrica.
- - Resistencias
- - Capacitores
- - Inductores
- - Transformadores
- - Fusibles
- - Conectores
- - Diodos
- - Transistores (bipolares, MOSFET, JFET)
- - Circuitos integrados (amplificadores operacionales, microcontroladores, etc.)
- - Tiristores (SCR, TRIAC)
- - Fotodiodos y fototransistores
- - Sensores y transductores
- - Relés
- - Interruptores
- - Motores eléctricos
- - Altavoces y micrófonos
- - LED (diodo emisor de luz)
- - Pantallas LCD (pantallas de cristal líquido)
- - Pantallas OLED (diodo orgánico de emisión de luz)
- - Pantallas de matriz de puntos
- - Memorias (RAM, ROM, EEPROM)
- - Discos duros y unidades de estado sólido (SSD)
- - Tarjetas de memoria (SD, microSD)
- - Antenas
- - Módulos de radiofrecuencia (RF)
- - Circuitos integrados de comunicación (Bluetooth, Wi-Fi, Ethernet)
2.2. Resistencias
Las resistencias son componentes electrónicos que se utilizan para limitar el flujo de corriente eléctrica en un circuito. Su función principal es ofrecer una oposición al paso de la corriente, generando una caída de voltaje proporcional a la corriente que la atraviesa. Al limitar la corriente, las resistencias ayudan a controlar y proteger otros componentes del circuito.
Algunas características importantes de las resistencias son las siguientes:
- Tolerancia: Indica la variación permitida en el valor nominal de resistencia. Se expresa en porcentaje y especifica cuánto puede diferir el valor real de resistencia con respecto al valor nominal. Las tolerancias comunes son del 5%, 10% y 20%.
- Potencia nominal: Es la cantidad máxima de energía que la resistencia puede disipar sin dañarse. Se mide en vatios (W) y está relacionada con el tamaño físico de la resistencia. Las potencias nominales más comunes son 1/4 W, 1/2 W, 1 W, entre otras.
- Coeficiente de temperatura: Indica cómo cambia el valor de resistencia con respecto a la temperatura. Algunas resistencias tienen un coeficiente de temperatura bajo, lo que significa que su valor cambia poco con la temperatura, mientras que otras tienen un coeficiente de temperatura alto.
Las resistencias se representan mediante un código de colores, que indica su valor nominal, tolerancia y, a veces, características adicionales. El código de colores se basa en bandas de diferentes colores ubicadas en la resistencia.
Las resistencias se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como en circuitos de LED, amplificadores de audio, fuentes de alimentación, sistemas de control, entre otros. Además de su función principal de limitar la corriente, también se utilizan para dividir voltajes, establecer corrientes de polarización y controlar la impedancia en los circuitos electrónicos.
2.3. Diodos
- 1. Polaridad: Los diodos tienen una polaridad definida, lo que significa que deben conectarse correctamente en un circuito para que funcionen correctamente. El extremo marcado del diodo es el ánodo (terminal positivo) y el otro extremo es el cátodo (terminal negativo).
- 2. Corriente directa (forward current): Es la corriente que fluye a través del diodo cuando se aplica un voltaje positivo en la dirección directa. En esta dirección, el diodo tiene una baja resistencia al paso de corriente.
- 3. Tensión directa (forward voltage): Es la tensión necesaria para polarizar el diodo y permitir el flujo de corriente en la dirección directa. Para diferentes tipos de diodos, la tensión directa puede variar, generalmente en el rango de 0.6 a 0.7 voltios para los diodos de silicio.
- 4. Corriente inversa (reverse current): Es la corriente que fluye a través del diodo cuando se aplica un voltaje negativo en la dirección inversa. En esta dirección, el diodo tiene una alta resistencia y se comporta como un circuito abierto, permitiendo solo una pequeña corriente de fuga.
Los diodos se utilizan en una variedad de aplicaciones, entre las que se incluyen:
- Rectificación de corriente: Los diodos se utilizan en circuitos rectificadores para convertir corriente alterna en corriente continua.
- Protección de polaridad inversa: Los diodos se utilizan para proteger otros componentes sensibles a la polaridad inversa, evitando que se dañen si se aplica una polaridad incorrecta.
- Generación de señales: Los diodos se utilizan en circuitos de modulación, demodulación y mezcla de señales.
- Estabilización de voltaje: Los diodos zener se utilizan como reguladores de voltaje, manteniendo una tensión constante en un rango específico.
- Emisión de luz: Los diodos emisores de luz (LED) son diodos especiales que emiten luz cuando se polarizan en la dirección correcta.
Estas son solo algunas de las aplicaciones comunes de los diodos. La versatilidad de los diodos los convierte en componentes fundamentales en la electrónica, permitiendo una variedad de funciones en circuitos y sistemas.
2.4. Transistores
Los transistores son componentes electrónicos utilizados para amplificar y controlar el flujo de corriente o voltaje en un circuito. Son dispositivos de estado sólido que están compuestos por materiales semiconductores, como silicio o germanio, con tres regiones o capas dopadas: la región emisora, la región base y la región colectora. Existen diferentes tipos de transistores, los más comunes son:
- Transistor de unión bipolar de emisor común (NPN y PNP)
- Transistor de unión bipolar de base común (NPN y PNP)
- Transistor de unión bipolar de colector común (NPN y PNP)
2. Transistores de efecto de campo (FET):
- Transistor de efecto de campo de óxido metálico (MOSFET)
Las principales características de los transistores son las siguientes:
- Ganancia de corriente (β o hfe): Indica la amplificación de corriente que el transistor puede proporcionar. Es la relación entre la corriente de salida y la corriente de entrada.
- Polaridad: Los transistores bipolares (BJT) tienen dos tipos de polaridad, NPN y PNP, mientras que los transistores de efecto de campo (FET) no tienen polaridad específica.
- Modos de operación: Los transistores pueden operar en tres modos principales: corte, saturación y activo. En el modo activo, el transistor está amplificando la señal.
- Tensión umbral (Vth): Es la tensión mínima requerida para activar el transistor y permitir el flujo de corriente o voltaje a través de él.
Los transistores se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo:
- - Amplificación de señales: Los transistores se utilizan en amplificadores de audio y video para aumentar la amplitud de las señales eléctricas.
- - Conmutación: Los transistores se utilizan como interruptores electrónicos para controlar el encendido y apagado de dispositivos o circuitos.
- - Lógica digital: Los transistores se utilizan en circuitos lógicos digitales, como puertas lógicas y flip-flops, para realizar operaciones lógicas y almacenar información.
- - Regulación de voltaje: Los transistores se utilizan en circuitos de regulación de voltaje, como reguladores lineales y conmutados, para mantener una tensión estable en un rango específico.
- - Osciladores: Los transistores se utilizan en circuitos osciladores para generar señales periódicas, como en circuitos de radiofrecuencia y generadores de señales.
Estas son solo algunas de las aplicaciones comunes de los transistores. Su versatilidad y capacidad para amplificar y controlar la corriente o voltaje los convierten en componentes esenciales en la electrónica moderna.
2.5. Circuitos integrados
Los circuitos integrados (CI) son componentes electrónicos que contienen múltiples dispositivos electrónicos, como transistores, resistencias y capacitores, integrados en un solo chip de semiconductor. Estos dispositivos se fabrican a través de procesos de fabricación de semiconductores, que permiten la miniaturización y la integración de miles o incluso millones de componentes en un solo circuito integrado.
Existen diferentes tipos de circuitos integrados, entre los cuales destacan:
- 1. Circuitos integrados analógicos: Estos circuitos integrados están diseñados para procesar señales analógicas, como voltajes y corrientes continuas o variables. Incluyen amplificadores operacionales, convertidores analógico-digitales (ADC), convertidores digital-analógicos (DAC), entre otros.
- 2. Circuitos integrados digitales: Estos circuitos integrados están diseñados para procesar señales digitales, como niveles de voltaje que representan los dígitos binarios (0 y 1). Incluyen compuertas lógicas (AND, OR, NOT, etc.), flip-flops, contadores, decodificadores, microprocesadores, memorias, entre otros.
- 3. Circuitos integrados mixtos: Estos circuitos integrados combinan elementos tanto analógicos como digitales en un solo chip, lo que permite la integración de funcionalidades complejas en un solo dispositivo. Pueden incluir sensores, interfaces de comunicación, controladores, entre otros.
Algunas ventajas de los circuitos integrados son:
- Tamaño reducido: Los componentes electrónicos se miniaturizan y se integran en un solo chip, lo que permite la reducción del tamaño de los dispositivos electrónicos.- Mayor confiabilidad: Al estar integrados en un solo chip, los circuitos integrados presentan menos conexiones y contactos, lo que reduce la posibilidad de fallos y aumenta la confiabilidad.
- Mayor velocidad y rendimiento: La integración de múltiples componentes en un solo chip permite un mayor rendimiento y una mayor velocidad de procesamiento de la información.
- Menor consumo de energía: Los circuitos integrados suelen ser más eficientes en términos de consumo de energía, lo que resulta en una mayor duración de la batería en dispositivos portátiles.
Los circuitos integrados se utilizan en una amplia gama de dispositivos electrónicos, como teléfonos móviles, computadoras, electrodomésticos, sistemas de comunicación, sistemas de control, automóviles, entre otros. Su versatilidad y capacidad de integración han revolucionado la industria electrónica, permitiendo el desarrollo de tecnologías más avanzadas y compactas.
3. Electrónica digital
La electrónica digital se refiere al campo de la electrónica que se centra en el procesamiento de señales digitales, donde la información se representa mediante dígitos binarios (0 y 1) en lugar de señales analógicas continuas. En la electrónica digital, se utilizan circuitos y componentes diseñados específicamente para el procesamiento, almacenamiento y transmisión de señales digitales.
A continuación, se presentan algunos conceptos clave de la electrónica digital:
- 1. Sistemas binarios: La base de la electrónica digital es el sistema binario, que utiliza dos estados: 0 y 1. Estos estados se representan mediante niveles de voltaje, donde el 0 generalmente se representa por un voltaje bajo (por ejemplo, 0V) y el 1 se representa por un voltaje alto (por ejemplo, 5V).
- 2. Compuertas lógicas: Las compuertas lógicas son circuitos electrónicos que realizan operaciones lógicas básicas, como AND, OR y NOT. Estas compuertas se utilizan para manipular y procesar señales digitales según los principios de la lógica booleana.
- 3. Circuitos combinacionales: Los circuitos combinacionales están formados por compuertas lógicas interconectadas y no tienen memoria interna. La salida de un circuito combinacional depende únicamente de las entradas actuales.
- 4. Circuitos secuenciales: Los circuitos secuenciales también utilizan compuertas lógicas, pero además tienen memoria interna para almacenar información. Estos circuitos pueden tener elementos como flip-flops y registros, que les permiten recordar y procesar datos en función de estados previos.
- 5. Álgebra de Boole: El álgebra de Boole es una rama de la matemática que se utiliza para describir y manipular operaciones lógicas en sistemas digitales. Utiliza operadores lógicos como AND, OR y NOT para realizar cálculos y simplificar expresiones lógicas.
- 6. Circuitos integrados digitales: Los circuitos integrados digitales, como los microprocesadores, son componentes que contienen una gran cantidad de compuertas lógicas y otros elementos digitales integrados en un solo chip. Estos circuitos integrados proporcionan funcionalidad compleja y son esenciales en sistemas digitales como computadoras, dispositivos móviles y sistemas embebidos.
La electrónica digital se utiliza en una amplia gama de aplicaciones, como la informática, las comunicaciones, los sistemas de control, la electrónica de consumo y la automatización industrial. La capacidad de procesar información en forma digital ha permitido avances significativos en la velocidad, precisión y capacidad de procesamiento de datos en el mundo moderno.
3.1. Sistemas de numeración (binario, decimal, hexadecimal)
En la electrónica digital, se utilizan diferentes sistemas de numeración para representar y manipular información digital. Los sistemas de numeración más comunes son el binario, el decimal y el hexadecimal. A continuación, se describen brevemente cada uno de ellos:
- 1. Sistema binario: El sistema binario utiliza dos dígitos, 0 y 1. Cada dígito binario se llama bit (dígito binario). En este sistema, los números se representan como combinaciones de unos y ceros. Cada posición de un número binario se denomina bit de peso, donde el bit de menor peso está a la derecha y el de mayor peso está a la izquierda. Por ejemplo, el número binario 1010 representa el número decimal 10.
- 2. Sistema decimal: El sistema decimal es el sistema de numeración más comúnmente utilizado en nuestra vida cotidiana. Utiliza diez dígitos, del 0 al 9. Cada posición en un número decimal tiene un valor que es una potencia de diez. Por ejemplo, el número decimal 123 representa la suma de 1 * 10^2 + 2 * 10^1 + 3 * 10^0, lo que resulta en el número 123.
- 3. Sistema hexadecimal: El sistema hexadecimal utiliza dieciséis dígitos, del 0 al 9 y las letras A a F. Este sistema se utiliza en la electrónica digital debido a su conveniencia para representar grandes cantidades de información de manera más compacta. Cada posición en un número hexadecimal tiene un valor que es una potencia de dieciséis. Los valores del 10 al 15 se representan mediante las letras A a F, respectivamente. Por ejemplo, el número hexadecimal A3 representa la suma de 10 * 16^1 + 3 * 16^0, lo que resulta en el número decimal 163.
En los sistemas de numeración, la conversión entre ellos es posible. Algunas conversiones comunes son:
- - Conversión binario a decimal: Se multiplica cada dígito binario por la potencia correspondiente de dos y se suma el resultado. Por ejemplo, el número binario 1011 se convierte a decimal como 1 * 2^3 + 0 * 2^2 + 1 * 2^1 + 1 * 2^0, lo que resulta en el número decimal 11.
- - Conversión decimal a binario: Se divide sucesivamente el número decimal por 2 y se registran los residuos en orden inverso. Por ejemplo, el número decimal 27 se convierte a binario dividiendo sucesivamente: 27 / 2 = 13 (resto 1), 13 / 2 = 6 (resto 1), 6 / 2 = 3 (resto 0), 3 / 2 = 1 (resto 1), 1 / 2 = 0 (resto 1). Los residuos se leen en orden inverso, por lo que el número binario correspondiente es 11011.
- - Conversión decimal a hexadecimal: Se divide sucesivamente el número decimal por 16 y se registran los residuos en orden inverso. Los valores del 10 al 15 se representan mediante las letras A a F. Por ejemplo, el número decimal 255 se convierte a hexadecimal dividiendo sucesivamente: 255 /
3.2. Puertas lógicas
A continuación, se presentan algunos tipos comunes de puertas lógicas:
| A | B| Salida|
|---|---|--------|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
| A | B | Salida |
|---|---|---------|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
| A | Salida |
|---|--------|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
| A | B | Salida |
|---|---|--------|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
Estas son solo algunas de las puertas lógicas más básicas. Existen puertas lógicas más complejas, como las puertas NAND (NOT AND), NOR (NOT OR) y XNOR (XOR negada), que se pueden construir a partir de combinaciones de las puertas lógicas básicas.
Las puertas lógicas se utilizan en la construcción de circuitos digitales más complejos, como sumadores, decodificadores, multiplexores y memorias. También son utilizadas en la implementación de circuitos de lógica booleana y en la construcción de sistemas de control digital. Su versatilidad y capacidad para realizar operaciones
4. Instrumentación y medidas eléctricas
La instrumentación y las medidas eléctricas se refieren al conjunto de técnicas, dispositivos y procedimientos utilizados para medir y analizar diferentes magnitudes eléctricas en sistemas y circuitos eléctricos. Estas medidas son esenciales para el diseño, la operación y el mantenimiento de sistemas eléctricos, así como para la resolución de problemas y la verificación de los resultados.
1. Magnitudes eléctricas: Las magnitudes eléctricas son las propiedades cuantificables de los sistemas eléctricos que se pueden medir. Algunas magnitudes eléctricas comunes incluyen la tensión (voltaje), la corriente, la resistencia, la potencia y la frecuencia.
2. Instrumentos de medida: Los instrumentos de medida son dispositivos utilizados para medir y registrar magnitudes eléctricas. Algunos ejemplos de instrumentos de medida comunes son:
- Multímetro: Es un instrumento versátil que puede medir diferentes magnitudes eléctricas, como voltaje, corriente y resistencia.
- Osciloscopio: Se utiliza para visualizar y analizar señales eléctricas en función del tiempo.
- Analizador de espectro: Muestra la distribución de frecuencias de una señal eléctrica y se utiliza para el análisis de espectro.
- Medidor de potencia: Mide la potencia activa, reactiva y aparente de un circuito eléctrico.
- Calibrador: Se utiliza para calibrar y ajustar instrumentos de medida para asegurar su precisión.
3. Técnicas de medida: Existen diferentes técnicas de medida utilizadas en la instrumentación eléctrica. Algunas técnicas comunes incluyen:
- Técnicas de medición directa: Se basan en la conexión directa del instrumento de medida al circuito o sistema eléctrico para obtener la lectura de la magnitud deseada.
- Técnicas de medición indirecta: Se basan en mediciones secundarias o derivadas de otras magnitudes eléctricas para determinar la magnitud deseada. Por ejemplo, la medición de la resistencia puede realizarse mediante la medición de la corriente y el voltaje aplicado.
- Técnicas de medición no intrusivas: Utilizan sensores o sondas que no afectan significativamente el circuito o sistema bajo prueba. Por ejemplo, las pinzas amperimétricas se utilizan para medir corriente sin necesidad de interrumpir el circuito.
Las medidas eléctricas son utilizadas en una amplia gama de aplicaciones, como la industria, la investigación, las comunicaciones, la electrónica de consumo y la generación y distribución de energía eléctrica. La instrumentación adecuada y la realización de medidas precisas son fundamentales para garantizar el funcionamiento
5. Control automático
5.1. Introducción al control automático
En esencia, el control automático funciona siguiendo estos pasos:
- 1. Medición: El sistema realiza mediciones de las variables de interés, ya sea mediante sensores, instrumentos de medida u otros dispositivos.
- 2. Comparación: Se compara la salida medida del sistema con el valor deseado o de referencia. Esta diferencia se conoce como error.
- 3. Procesamiento: El controlador analiza el error y utiliza algoritmos y técnicas de control para determinar cómo ajustar el sistema y corregir el error.
- 4. Acción de control: El controlador envía señales o instrucciones a los actuadores del sistema para realizar los ajustes necesarios y corregir el error.
- 5. Retroalimentación: A medida que el sistema se ajusta, se continúa midiendo y comparando la salida con el valor deseado. Esta retroalimentación constante permite al controlador adaptarse y realizar ajustes adicionales según sea necesario.
El control automático se basa en diferentes conceptos y técnicas, como la teoría de control, el análisis de sistemas, la teoría de retroalimentación, la matemática aplicada y la electrónica. Existen diferentes tipos de control automático, como el control proporcional, integral, derivativo (PID), así como otras técnicas más avanzadas como el control adaptativo, el control predictivo y el control óptimo.
En resumen, el control automático es esencial para garantizar el funcionamiento adecuado de sistemas y procesos en diferentes ámbitos. Permite la automatización y la optimización de sistemas, mejorando la eficiencia, la precisión y la confiabilidad. Además, desempeña un papel crucial en la mejora de la seguridad y la reducción de la intervención humana en tareas repetitivas o peligrosas.
5.2. Conceptos básicos de control automático
El control automático es una disciplina que se ocupa de diseñar sistemas capaces de regular y mantener ciertas variables en un estado deseado de forma automática, sin intervención humana constante. A continuación, se presentan algunos conceptos fundamentales del control automático:
- 1. Retroalimentación (feedback): Es un principio clave en el control automático. Consiste en medir el estado o la salida del sistema y compararlo con un valor de referencia o consigna deseada. La diferencia entre la salida medida y la consigna se utiliza para generar una señal de control que modifica el comportamiento del sistema.
- 2. Sistema de control: Es el conjunto de componentes que interactúan para lograr el control automático de un proceso o sistema. Incluye elementos como sensores, actuadores y controladores.
- 3. Sensor: Es un dispositivo que detecta y convierte una variable física o estado del sistema en una señal eléctrica o digital. Los sensores proporcionan información al sistema de control sobre el estado actual del proceso o sistema.
- 4. Actuador: Es un dispositivo que produce una acción física o efecto en el sistema en respuesta a la señal de control generada por el controlador. Los actuadores pueden ser motores, válvulas, dispositivos de calentamiento, entre otros.
- 5. Controlador: Es el componente central del sistema de control automático. Su función es recibir la señal de error o diferencia entre la salida medida y la consigna, y generar una señal de control adecuada para corregir la desviación del sistema. Los controladores pueden ser de diferentes tipos, como controladores proporcionales, integrales, derivativos o combinaciones de ellos.
- 6. Lazo abierto y lazo cerrado: Son dos configuraciones comunes en los sistemas de control automático. En un sistema de lazo abierto, la señal de control se genera sin tener en cuenta la salida medida, lo que puede llevar a una falta de precisión o estabilidad. En cambio, en un sistema de lazo cerrado, la salida medida se utiliza para retroalimentar la señal de control, permitiendo ajustar y corregir el sistema en función de las condiciones reales.
- 7. Respuesta del sistema: Es la manera en que un sistema responde a las entradas y condiciones de operación. La respuesta puede ser analizada en términos de estabilidad, tiempo de respuesta, precisión y amortiguación.
Estos conceptos básicos sientan las bases para comprender el funcionamiento y el diseño de sistemas de control automático, que son ampliamente utilizados en diversos campos de la ingeniería, la industria y la automatización.
5.3. Aplicaciones del control automático en la vida cotidiana
1. Electrodomésticos: Muchos electrodomésticos en nuestros hogares utilizan el control automático para ofrecer funciones avanzadas y optimizar su rendimiento. Por ejemplo, lavadoras, secadoras, hornos, aires acondicionados y sistemas de calefacción suelen contar con sensores y controladores para regular la temperatura, el tiempo y otros parámetros de funcionamiento.
4. Telefonía móvil: Los smartphones y otros dispositivos móviles utilizan el control automático en diversas funciones, como el ajuste automático de brillo de la pantalla en función de las condiciones de iluminación, el control de energía para prolongar la duración de la batería y el ajuste automático del volumen del altavoz durante las llamadas.
6. Iluminación: Los sistemas de iluminación con control automático permiten el ajuste automático del nivel de iluminación según la luminosidad ambiente o la presencia de personas en una habitación. Esto ayuda a ahorrar energía al optimizar el uso de la iluminación artificial.
Estas son solo algunas de las numerosas aplicaciones del control automático en nuestra vida cotidiana. El control automático nos permite disfrutar de dispositivos y sistemas más eficientes, seguros y cómodos, mejorando nuestra calidad de vida en múltiples aspectos.
6. Proyectos prácticos de electrónica y control automático
1. Control de temperatura: Diseña un sistema de control automático que regule la temperatura de un ambiente. Utiliza un sensor de temperatura, un microcontrolador y un actuador, como un ventilador o un calentador, para mantener la temperatura dentro de un rango deseado.
6. Alarma de seguridad: Diseña un sistema de alarma de seguridad que se active cuando se detecte movimiento en un área específica. Utiliza sensores de movimiento, un microcontrolador y una alarma sonora para detectar y notificar la presencia no autorizada.
Estos son solo algunos ejemplos de proyectos prácticos en electrónica y control automático. Puedes adaptarlos a tu nivel y recursos disponibles, explorar nuevas ideas y desafíos, y aprovechar al máximo tu creatividad e ingenio. Recuerda seguir las normas de seguridad al trabajar con componentes electrónicos y disfrutar del proceso de aprendizaje y descubrimiento.
7.- Prácticas con tarjeta Microbit y robot Maqueen
7.1.- Proyecto 1: Mensaje
1.-Entra en la web de microbit: https://makecode.microbit.org/
- Cuando tengas el código copiado, dale el nombre "Mensaje" al proyecto y pulsa el botón descargar.
- Conecta la tarjeta Microbit a un puerto USB
-Abre el explorador de ficheros y arrastra el fichero que aparece en el directorio "Descargas" con el nombre Mensaje.hex hasta el dispositivo "Microbit" que te habrá aparecido al conetar la tarjeta.
- Espera a que se carge el programa en la tarjeta mientras dura el parpadeo del Led.
- El programa se ejecutará y verás aparecer en los led de latarjeta microbit la palabra "Hola".
- Cuando desaparezca el mensaje, aparecerá un corazón parpadeante.
- Personaliza el programa sustituyendo la palabra Hola por tu nombre.
7.2.- Proyecto 2: Brillo.
Sigue los pasos anteriores para descargar el programa y cargarlo en la tarjeta Microbit. Pulsa los botones A o B para aumentar o disminuir el brillo.
7.3.- Proyecto 3: Sonidos.
Consiste en reproducir una serie de sonidos y mostrar figuras con los led utilizando los botones.
Sigue el procedimiento anterior para comprobar el funcionamiento del programa.
7.4.- Proyecto 4: Sensores
Sigue los pasos anteriores para probar el funcionamiento del programa.
Previamente tenemos que cargar la extensión del robot Macqueen pulsando el icono rueda dentada, y elegir nuestro modelo de robot.
Escribe el código mostrado en la imagen y pruebalo en el robot. Comprueba que al presionar los botones se encienden y apagan los correspondientes led.
7.6.- Proyecto 6: Obstáculos
Se trata de programar el robot para que esquive cualquier obstáculo que encuentre en sus camino, utilizando el sensor de ultrasonidos:
Se trata de programar el robot para que esquive cualquier obstáculo que encuentre en sus camino, utilizando el sensor de ultrasonidos:
Comprueba que el programa funciona y realiza los ajuestes necesarios para que el robot no choque.
7.7.- Proyecto 7: Seguidor de línea
En este caso el robot va a seguir una linea negra de un grosor de 3 cm dibujada sobre una superficie blanca que contiene el circuito previamente realizado.
En este caso el robot va a seguir una linea negra de un grosor de 3 cm dibujada sobre una superficie blanca que contiene el circuito previamente realizado.
Hemos realizado un vídeo para ver el comportamiento del robot en el circuito. Prueba tu código.
