Movimiento de un potenciometro representado como la aguja de un reloj en la pantalla de un osciloscipio

Introducción

El objetivo de esta práctica es ensamblar un circuito capaz de realizar la conversión de señales analógicas y digitales, además de realizar el almacenamiento de data en una memoria con la finalidad de lograr su posterior visualización por medio del mismo circuito.

Una vez construido el circuito y mediante la utilización de un osciloscopio colocado en el modo X-Y, se debe apreciar el movimiento de un potenciómetro ubicado en el circuito diseñado, el mismo movimiento debe ser representado de manera similar a las agujas de un reloj (Ver ilustración 1), siendo capaz de realizar el movimiento en sentido horario y anti horario, dependiendo del movimiento del potenciómetro.

Ilustración 1

El osciloscopio, una vez colocado en el modo X-Y y siendo destinados un canal del mismo para el X y otro para el Y, graficara un punto en su pantalla, siendo este el origen de las medidas realizadas por sus puntas. Para ubicar dicho punto en la posición que deseamos, basta con introducir una coordenada en el canal X y otra en el canal Y a manera de señal analógica. Teniendo en cuenta lo mencionado anteriormente, se debe recordar que lo que se desea graficar en una serie de líneas que al cambiarlas, muestren el movimiento del potenciómetro en el osciloscopio de forma similar que las manillas de un reloj. Siendo la línea una sucesión de puntos, debemos suponer que el objetivo se centra en graficar una serie de puntos a una frecuencia tal que el resultado final sea una línea formada por los mismos.

Para llevar todo esto a cabo se requiere almacenar las coordenadas correspondientes a los distintos puntos, en este punto entra en juego la utilización de la memoria. En este caso la memoria utilizada es la EEPROM AT28C64 con una capacidad de almacenamiento de 64K. El almacenamiento de la memoria se realizó de la siguiente forma:

4 bits más significativos del registro	4 bits menos significativos del registro
Coordenada en X	Coordenada en Y

Es totalmente indiferente que bits se destinan a que coordenada, lo importante es que cada registro tenga la mitad de la información destinada a una coordenada y la otra mitad destinada a la otra.

El movimiento del potenciómetro genera una variación del voltaje en la entrada del circuito, esta variación es una señal de información analógica que nos indica la posición del terminal central. Para relacionar dicho movimiento con los datos ubicados en la memoria necesario hace uso de un conversor digital analógico, en este caso el ADC0804, el cual proporciona 8 bits de salida. Los terminales pertenecientes a los bits de salida del conversor, serán conectados a los terminales de dirección de la memoria, con el fin de ubicar los datos o coordenadas deseadas para una posición del potenciómetro en específico.

Como anteriormente se había comentado, para poder apreciar una línea en la pantalla del osciloscopio, se optó por hacer uso de al menos 4 puntos para conformar la línea. Esto implica que estando ubicado el potenciómetro en una posición cualquiera, deben ser leídos cuatro registros de la memoria, cada registro correspondiente a las coordenadas de cada uno de los cuatro puntos, a una frecuencia considerable. Así, se podrán apreciar los cuatro puntos conformando la línea en la pantalla. Esto implica que la memoria debe ser cargada de la siguiente forma:

Número de registro	4 bits más significativos del registro	4 bits menos significativos del registro
1	Primera coordenada en X	Primera coordenada en Y
2	Segunda coordenada en X	Segunda coordenada en Y
3	Tercera coordenada en X	Tercera coordenada en Y
4	Cuarta coordenada en X	Cuarta coordenada en Y

Nótese que para graficar la línea se debe hacer un barrido de cuatro registros y si las salidas del conversor son conectadas a las líneas de dirección de la memoria, se obtendrá solo la data perteneciente a un solo registro, siendo imposible el barrido. Por ello, se sustituyen los dos bits menos significativos pertenecientes a la salida del conversor analógico digital por un contador de cero a tres o de 00b a 11b. De esta forma si el potenciómetro de deja fijo en la posición representada por el conversor como 00000000b, las direcciones de memoria variarán entre 00000000b y 00000011b; obteniendo así el barrido de memoria deseado.

Para finalizar, se debe recordar que las salidas de la memoria, deben ser conectadas a dos arreglos o redes R2R o conversores digital analógico (uno para cada coordenada). A continuación se presenta el esquema del circuito (Ver ilustración 2).

Ilustración 2

Nótese que al no ser necesario el uso de tanta memoria, se puede prescindir de los cinco bits más significativos de las direcciones de la memoria, reduciendo así el espacio de almacenaje. Estos bits, podrían ser conectados si se desea realizar una línea más detallada conformada por una mayor cantidad de puntos, para lo cual también sería necesario aumentar la capacidad del contador para así, aumentar la cobertura del barrido de memoria.

Programación de la memoria

El manejo y programación de3 la memoria EEPROM se realizó mediante el programa “BK Precision” (Ver Ilustración 3), el cual permitió programar la memoria AT28C64. Previo a la carga de datos en la memoria, se realizó una gráfica en papel milimetrado en la cual se dibujaron las 12 posiciones de línea deseadas. El grafico se llevó a cabo simulando que el mismo era la pantalla del osciloscopio, esto ayudaría a relacionar los valores en memoria con las divisiones de la pantalla y la escala en al cual se trabajaría el osciloscopio. Debido a que cada posición utiliza cuatro registros de memoria, los datos fueron distribuidos de la siguiente forma: La capacidad de memoria utilizada es de 256bytes, es por ello que cada posición de línea se repitió por lo menos cuatro veces en memoria.

Ilustración 3

A continuación se pueden observan los datos que fueron introducidos en la memoria y de qué forma fueron ubicados.

Posición de línea	1º Registro	2º Registro	3º Registro	4º Registro	Repetición
0º	88h	A9h	CAh	EBh	Por 4
30º	88h	9Ah	ABh	BDh	Por 4
60º	88h	8Ah	8Ch	8Eh	Por 4
90º	88h	7Ah	6Bh	5Dh	Por 4
120º	88h	69h	5Ah	3Bh	Por 4
150º	88h	68h	48h	28h	Por 4
180º	88h	67h	56h	35h	Por 4
210º	88h	76h	65h	64h	Por 4
240º	88h	86h	84h	82h	Por 4
270º	88h	96h	A4h	B3h	Por 4
300º	88h	A7h	C6h	D5h	Por 4

Simulación del circuito

El software utilizado para la simulación del circuito fue PROTEUS versión V7.8 SP2. Por limitaciones en su librería de componentes, el circuito no pudo ser simulado en su totalidad, faltando así la conexión de la memoria y los arreglos R2R. A continuación se presentan los circuitos pertenecientes al conversor digital analógico (Ver ilustración 3) y el contador (Ver ilustración 4).

Ilustración 4

Ilustración 5

Resultado

Fuentes eléctricas

Una fuente eléctrica es un elemento activo capaz de generar una diferencia de potencial entre sus terminales o proporcionar un flujo de corriente eléctrica para permitir el funcionamiento de determinados circuitos. Las fuentes eléctricas pueden ser clasificadas de la siguiente manera:

• Fuentes Ideales
• Independientes
• De voltaje o tensión
• De corriente o intensidad
• Dependientes
• De voltaje o tensión
• Controlada por tensión o voltaje
• Controlada por corriente o intensidad
• De corriente o intensidad
• Controlada por tensión o voltaje
• Controlada por corriente o intensidad
• Fuentes Reales
• De tensión o voltaje
• De corriente o intensidad

Una fuente independiente es un generador de voltaje (tensión) o de corriente (intensidad) que no depende de alguna de las otras variables del circuito. 

Una fuente ideal de voltaje es una función del voltaje con respecto al tiempo. La corriente a través de esa fuente queda determinada por el resto del circuito.  A su ves, una fuente  ideal de corriente es una función de la corriente con respecto al tiempo y el voltaje a través de esa fuente queda determinado por el resto del circuito. Por lo tanto se puede afirmar que una fuente ideal es la que es independiente de la corriente que fluye a través de sus terminales (en caso de ser una fuente se tensión) o es independiente del voltaje entre sus dos terminales (en caso de ser una fuente de corriente).

A la izquierda una fuente de voltaje o tensión independiente de valor "V".
A la derecha una fuente de corriente o intensidad de valor "I".

Las fuentes dependientes simulan la situación en la cual el voltaje o la corriente de un elemento del circuito es proporcional al voltaje o la corriente de otro elemento del circuito. Las fuentes dependientes son usadas para modelas dispositivos electrónicos tales como transistores y amplificadores. Por ejemplo, el voltaje de salida de un amplificador es proporcional al voltaje de entrada del mismo, así un amplificador puede ser modelado como una fuente dependiente.

Fuente de voltaje controlada por corriente (FVCC) "r" es la ganancia de la  FVCC.
Las unidades de "r" son volt/ampere.

Fuente de voltaje controlada por voltaje (FVCV) "b" es la ganancia de la FVCV.
Las unidades de "b" son  volt/volt.

Fuente de corriente controlada por voltaje (FCCV) "g" es la ganancia de la FCCV.
Las unidades de "g" son ampare/volt.

Fuente de corriente controlada por corriente (FCCC) "d" es la ganancia de la FCCC.
Las unidades de "d" son ampere/ampere.

Fuente:

Circuitos y Fuentes Serie-Paralelo
Circuitos Eléctricos - Dorf & Svoboda - 6ta Edición

Resistores

El resistor, también llamado resistencia, es el componente mas común utilizado en los circuitos. Ellos controlan y limitan la cantidad de corriente eléctrica que fluye a través del circuito. En su mayoria estan hecas con alambre metálico, hojas conductoras o componentes de carbón. Los tipos de resistencias mas utilizados son:

Resistencias fijas:

• Resistencias de carbón aglomerado: estas fueron de las primeras en fabricarse. Están constituidas en su mayor parte por grafito en polvo, el cual de prensa hasta formar un tubo.
• Resistencias de película de carbón: este tipo es muy habitual hoy en día. Se utiliza un tubo cerámico como sustrato sobre el que se deposita una película de carbón.
• Resistencias de película metálica: Este es el que mayoritariamente se fabrica hoy dia, con unas características de ruido y estabilidad mejoradas con respecto a las demás. Tienen un coeficiente de temperatura muy pequeño. También soportan mejor el paso del tiempo. 
• Resistencias bobinadas: también fueron de las primeras en fabricarse y aun se utilizan cuando se requieren potencias de disipación algo elevadas. Están constituidas por un hilo conductor bobinado en forma de hélice o espiral sobre un sustrato cerámico.

Resistencias dependientes o variables: 

• Resistencia VDR (Voltage Dependent Resistor) o Varistor , es una resistencia dependiente de la tensión entre sus terminales.
• Resistencia NTC (Negative Temperature Coefficient) es una resistencia cuyo valor óhmico depende de la temperatura. Esta resistencia se caracteriza por su disminución del valor óhmico a medida que aumenta la temperatura.
• Resistencia PTC (Positive Temperature Coefficient) es una resistencia cuyo valor óhmico depende de la temperatura. Esta resistencia se caracteriza por el aumento del valor óhmico a medida que aumenta la temperatura.
• Resistencia LDR (Light Dependent Resistors) o fotorresistencia , es un componente electronico cuya resistencia varia segun la intensidad de luz que incide sobre el. A medida que la intensidad luminosa incide sobre ella, el valor óhmico de la resistencia LDR disminuye.

La construcción de un tipo u otro de resistencias, nace de la necesidad de cumplir unas especificaciones de bajo/alto valor óhmico, potencia, etc.

• Las resistencias de carbón aglomerado se fabrican para 1/8W, 1/4W, 1/2W, 1W y 2W.
• Las resistencias de película de carbón se fabrican para 1/10W, 1/8W, 1/4W, 1/3W, 1W, 1,5W y 2W.
• Las resistencias de pelicula metalica se fabrican para 1/4W y 1/2W.
• En el caso de las resistencias bobinadas, existe una grama muy amplia de fabricacion, desde 1W hasta los 130W o bajo pedido de mayor potencia.

Los valores de la mayoría de las resistencias se indican por medio de un código de colores, el cual indica el valor óhmico de la resistencia  y la tolerancia de dicho valor. La primera banda de colore de la resistencia representa el primer dígito del valor óhmico, por su parte, la segunda y tercera banda representan el segundo y tercer dígito correspondientemente (esto en caso de que la resistencia tenga 5 o 6 bandas en total, de no ser así, esto solo aplicara para la primera y segunda banda). La cuarta o tercera banda, dependiendo de cual sea el caso, corresponde al dígito multiplicador del valor óhmico de la resistencia. La quinta banda representa la tolerancia que corresponde a esa resistencia. Algunas resistencia cuentan con una sexta banda, dicha banda indica el coeficiente de temperatura de la resistencia, esto, medido en PPM/Cº (partes por millón entre grados celsius). A continuación, se presenta una imagen con el código de colore sutilizado en las resistencias.

Fuentes:

Resistencias VDR, NTC, PTC y LDR - Trabajo de Tecnología Electrónica - Diego Cabaleiro

Tipos de resistencias

Los componentes electronicos

Todo aquel dispositivo que forme parte de un circuito eléctrico u electrónico es denominado componente. Siendo un circuito un sistema técnico complejo con piezas o dispositivos conectados entre si y diseñado para realizar funciones especificas. Los componentes pueden estar conectados mediante soldaduras a un circuito impreso o mediante cables.

A casa componente eléctrico o electrónico le corresponden propiedades eléctricas y mecánicas que permiten definir con precisión su comportamiento bajo determinadas condiciones. Este conjunto  de propiedades y condiciones forman parte de las especificaciones técnicas del componente. Entre las especificaciones técnicas destacan la forma en la que se debe realizar la conexión eléctrica del componente, las condiciones ambientales necesarias para su adecuado funcionamiento, las características eléctricas típicas y máximas de empleo, sus dimensiones geométricas y su fiabilidad expresada en función al tiempo de vida útil.

Los componentes eléctricos y electrónicos se pueden clasificar dependiendo de la función que desempeñan dentro de un circuito.

- Componentes según su tipo de energía
Electromagnéticos: Aprovechan las propiedades electromagnéticas de los materiales para transformar la energía electromagnética en eléctrica y viceversa..
Electro acústicos: Transforman la energía acústica en eléctrica y viceversa.
Opto electronicos: Transforman la energía lumínica en eléctrica y viceversa.

-Componentes según su estructura física
Discretos: Están encapsulados uno a uno, como es el caso de los resistores, condensadores, diodos, transistores, etc.
Integrados: Forman conjuntos mas complejos, como por ejemplo: amplificadores operacionales o puertas lógicas, que pueden componer desde unos pocos componentes discretos hasta millones de ellos. Son denominados circuitos integrados.

-Componentes según su funcionamiento
Activos: Son los encargados de suministrarle energía a los componentes pasivos, son capaces de realizar funciones de control y amplificación de potencia, u otras funciones mas complejas. Fundamentalmente son generadores eléctricos y ciertos componentes semiconductores.

Componentes electrónicos activos y su función mas común
Componente	Función
Amplificador Operacional	Amplificación, regulación, conversión de señal, conmutación.
Biestable	Control de sistemas secuenciales.
PLD	Control de sistemas digitales.
Diac	Control de potencia
Diodo	Rectificación de señales, regulación, multiplicador de tensión.
Diodo Zener	Regulación de tensiones.
FPGA	Control de sistemas digitales.
Memoria	Almacenamiento digital de datos.
Microprocesador	Control de sistemas digitales.
Microcontrolador	Control de sistemas digitales.
Pila	Generación de energía eléctrica.
Tiristor	Control de potencia.
Puerta lógica	Control de sistemas combinacionales
Transistor	Amplificación, conmutación.
Triac	Control de potencia.

Pasivos: Son aquellos que suponen un gasto de energía, no son capaces de realizar funciones de control, amplificación o potencia. La tensión y la corriente presente en los componentes pasivos suele estar relacionada proporcionalmente.

Componentes electrónicos pasivos y su función mas común
Componente	Función
Condensador	Almacenamiento de energía, filtrado, adaptación impedancia.
Inductor o Bobina	Almacenar o atenuar el cambio de energía debido a su poder de autoinducción.
Resistor o Resistencia	División de intensidad o tensión, limitación de intensidad.
Transformador	Relación de transformación.
Relés	Conmutación de circuitos físicos.
Resonadores	Frecuencia de resonancia.
Cables	Conducción de señal eléctrica y potencia.
Fibras ópticas	Conducción de señal óptica.
Conectores	Conexión eléctrica y óptica.
Circuitos Impresos	Soporte físico para realizar circuitos electrónicos.

Resistencia eléctrica

La resistividad es la resistencia eléctrica de un material, la misma es medida en Ohmios por metro (Ω•m) y se le designa la letra minúscula del alfabeto griego "Rho" (ρ). Es importante recordar que el inverso de la resistividad es la conductuvidad. La unidad de la conductividad en el sistema internacional es el Siemens que es igual a el inverso de Ohmios por metro (Ω•m)^-1 y se le designa la letra minúscula del alfabeto griego "Sigma" (σ).

La resistencia eléctrica es la oposición que presenta un objeto al paso de la corriente eléctrica. Este concepto es muy similar al de la fricción o fuerza de rozamiento en la física mecánica ya que esta fuerza es la que una u otra forma, obstaculiza el movimiento de un objeto respecto a una superficie; al igual que la resistencia eléctrica obstaculiza el movimiento de electrones a través de un objeto. La resistencia de cualquier objeto depende únicamente de su resistividad y sus dimensiones.

Para considerar las dimensiones del objeto se define la resistencia eléctrica como el cociente entre la diferencia de potencial entre los extremos del mismo y la corriente que fluye a través de el. La unidad del sistema internacional de resistencia es el Ohmio o Voltios entre Amperios (Ω=V/A).

R = V / I

La diferencia entre la resistencia y la resistividad es que la resistividad (ρ), es una propiedad intrínseca del tipo de material, mientras que la resistencia (R) es la propiedad de una muestra particular de un material y depende de su forma y tamaño.

Resistividad de algunos materiales
Material	Resistividad (Ω×m)
Plata	1,47×10-8
Cobre	1,72×10-8
Oro	2,44×10-8
Aluminio	2,75×10-8
Tungteno	5,25×10-8
Acero	20×10-8
Plomo	22×10-8
Mercurio	95×10-8
Manganina	44×10-8
Constantán	49×10-8
Nikelcromio	100×10-8
Grafito	3,5×10-5
Germanio	0,60
Silicio (puro)	2300
Ámbar	5×1014
Vidrio	1010 -  1014
Lucita	>×1013
Mica	1011 -  1015
Cuarzo(fundido)	75×1016
Azufre	1015
Teflón	>×1013
Madera	108 -  1011