electronica analogica y digital

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by  Antonio Gonzlez

ELECTRONICA

ANALOGICA

Y DIGITAL

Antonio Go nzález
ELECTRONICA ANALOGICA Y DIGITAL ANTONIO GONZALEZ

ELECTRONICA
ANALOGICA Y DIGITAL

Antonio González
Profesor de Laboratorio de Instrumentos

Instituto Preuniversitario
Escuela Industrial D. F. Sarmiento
U.N.S.J.
CONTENIDO

Prólogo .......................................................................................................... xvii

CAPITULO 1 CONCEPTOS ELECTRONICOS BASICOS.

1.1 Introducción ........................................................................................1
1.2 Magnitudes eléctricas de un circuito ................................................. 2
1.2.1 Tensión eléctrica................................................................................ 3
1.2.2 Intensidad de corriente ...................................................................... 4
1.2.3 Resistencia eléctrica .......................................................................... 5
1.3 Resistividad y resistencia .................................................................. 8
1.4 Ley de Ohm ....................................................................................... 9
1.5 Asociación de resistencias .............................................................. 10
1.5.1 Conexión en serie ............................................................................ 11
1.5.2 Conexión en paralelo ...................................................................... 12
1.6 Capacidad ....................................................................................... 13
1.6.1 Valor de la capacidad ...................................................................... 14
1.6.2 Asociación de capacitores ............................................................... 16
1.6.2.1 Conexión en serie ............................................................................ 16
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1.6.2.2 Conexión en paralelo ...................................................................... 17
1.6.3 Clasificación e identificación de capacitores ................................... 18
1.7 Inductancia ...................................................................................... 20
1.8 Divisor resistivo................................................................................ 22
1.8.1 Divisor resistivo de n resistencias.................................................... 25
1.8.2 Divisor resistivo flotante .................................................................. 27
1.9 Leyes de Kirchhoff ........................................................................... 29
1.9.1 Regla de los nodos .......................................................................... 29
1.9.2 Regla de las mallas ......................................................................... 30
1.10 Potencia en corriente continua ........................................................ 31
1.11 Malla R-C ........................................................................................ 32
1.12 Corriente alterna .............................................................................. 35
1.12.1 Parámetros de una onda alterna ..................................................... 37
1.12.2 Circuitos de alterna con componentes pasivos................................ 38
1.12.2.1 Circuito con resistencia ................................................................... 38
1.12.2.2 Circuito con capacitor ...................................................................... 38
1.12.2.3 Circuito con inductancia .................................................................. 41
1.12.2.4 Circuitos combinados ...................................................................... 42
1.12.3 Potencia en corriente alterna .......................................................... 43

CAPITULO 2 DIODOS Y TRANSISTORES.

2.1 Introducción ..................................................................................... 45
2.2 Diodo rectificador ............................................................................ 45
2.2.1 Curva característica ........................................................................ 49
2.3 Diodo zener...................................................................................... 51
2.3.1 Diodo zener como limitador ............................................................. 53
2.4 Potencia en los diodos .................................................................... 54
2.5 Otros tipos de diodos ....................................................................... 56
2.5.1 Diodos LED...................................................................................... 56
2.5.1.1 Polarización de diodos LED ............................................................ 58
2.5.2 Diodos infrarrojos (IR) ..................................................................... 60
2.5.3 Fotodiodos ....................................................................................... 61
2.6 Transistores ..................................................................................... 62
2.6.1 Saturación ....................................................................................... 65
2.6.2 Corte ................................................................................................ 67
2.6.3 Potencia en un transistor ................................................................. 68
2.6.4 Configuración Darlington.................................................................. 68
2.6.5 Transistor como amplificador lineal ................................................. 71
2.7 Otros tipos de transistores .............................................................. 75
2.7.1 Fototransistores ............................................................................... 75
2.7.1.1 Circuitos con fototransistores........................................................... 77
2.7.2 Optoacopladores ............................................................................. 78
2.7.3 Transistores FET ............................................................................. 81
2.7.4 Transistores unijuntura .................................................................... 83

CAPITULO 3 AMPLIFICADORES OPERACIONALES.

3.1 Introducción ..................................................................................... 87
3.2 Amplificador diferencial ................................................................... 89
3.2.1 Ganancia de modo diferencial y de modo común ........................... 90
3.2.2 Factor de mérito .............................................................................. 91
3.3 El amplificador operacional ............................................................. 93
3.3.1 El comparador ................................................................................. 96
3.3.2 El comparador con histéresis .......................................................... 98
3.3.3 Configuración inversora básica ..................................................... 103
3.3.3.1 Ejemplo de aplicación ................................................................... 106
3.3.4 Configuración no inversora ........................................................... 109
3.3.5 Seguidor de tensión ...................................................................... 111
3.3.6 Amplificador diferencial ................................................................. 112
3.3.7 Configuración sumadora ............................................................... 116
3.4 Otras configuraciones ................................................................... 118
3.4.1 Convertidor Tensión – Corriente ................................................... 118
3.4.2 Convertidor Corriente – Tensión ................................................... 119
3.4.3 Integrador y diferenciador ............................................................. 120
3.5 Corrección de desbalance (Off-Set) .............................................. 121
3.6 Amplificadores operacionales integrados ...................................... 122
3.7 Comportamiento de un A.O. con la frecuencia .............................. 124
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3.8 Curvas de transferencia ................................................................ 127

CAPITULO 4 SISTEMAS DIGITALES BASICOS.

4.1 Introducción ................................................................................... 131
4.2 Funciones digitales básicas .......................................................... 134
4.2.1 Función Inversión (Negación) ....................................................... 134
4.2.2 Función Igualdad (No inversora) ................................................... 135
4.2.3 Función Suma (Función “OR”) ...................................................... 135
4.2.4 Función Producto (Función “AND”) ............................................... 136
4.2.5 Función Suma negada (Función “NOR”) ....................................... 136
4.2.6 Función Producto negado (Función “NAND”) ................................ 137
4.2.7 Función OR exclusiva (Función “OREX”) ...................................... 137
4.2.8 Función OR exclusiva negada (Función “NOREX”) ...................... 138
4.3 Postulados, propiedades y teoremas ............................................ 139
4.4 Circuitos secuenciales ................................................................... 142
4.4.1 Biestables ...................................................................................... 142
4.4.1.1 Biestable R-S asincrónico ............................................................. 143
4.4.1.2 Biestable R-S sincrónico ............................................................... 144
4.4.1.3 Biestable “D” activado por flanco .................................................. 144
4.4.1.4 Biestable “J-K” asincrónico ............................................................ 148
4.4.1.5 Biestable “J-K” sincrónico activado por nivel ................................. 149
4.4.2 Contadores .................................................................................... 150
4.4.2.1 Divisor de frecuencia ..................................................................... 153
4.4.3 Registros de desplazamiento ........................................................ 155
4.5 Circuitos combinacionales ............................................................. 158
4.5.1 Sistemas de numeración................................................................ 159
4.5.1.1 Sistema binario .............................................................................. 159
4.5.2 Codificadores, decodificadores y transcodificadores .................... 164
4.5.3 Multiplexadores y demultiplexadores ............................................ 169
4.5.4 Comparadores ............................................................................... 171
CAPITULO 5 OSCILADORES Y TEMPORIZADORES.

5.1 Introducción ................................................................................... 175
5.2 Osciladores ................................................................................... 175
5.2.1 Clasificación de osciladores .......................................................... 176
5.2.1.1 Por forma de onda ......................................................................... 178
5.2.1.2 Por banda de frecuencia ............................................................... 178
5.2.1.3 Por elemento oscilante .................................................................. 180
5.2.2 Disparador de Schmidt .................................................................. 181
5.2.3 Oscilador con amplificador operacional ......................................... 184
5.2.3.1 Oscilador con salida asimétrica ..................................................... 188
5.2.3.2 Oscilador con salida rectificada ..................................................... 189
5.2.3.3 Oscilador con salida triangular ...................................................... 190
5.2.4 Osciladores con compuertas digitales ........................................... 192
5.2.5 Oscilador con transistor unijuntura (TUJ) ...................................... 199
5.2.6 Oscilador con circuito integrado LM555 ........................................ 201
5.2.7 Otros osciladores integrados ......................................................... 207
5.2.7.1 Circuito integrado ICL8038 ............................................................ 208
5.2.7.2 Circuito integrado XR2206 ............................................................ 208
5.3 Temporizadores ............................................................................ 209
5.3.1 Retardo a la conexión por alimentación ........................................ 211
5.3.1.1 Circuitos prácticos ......................................................................... 212
5.3.2 Retardo a la conexión por entrada ................................................ 214
5.3.2.1 Circuitos prácticos ......................................................................... 215
5.3.3 Retardo a la desconexión .............................................................. 217
5.3.3.1 Circuitos prácticos ......................................................................... 218
5.3.4 Retardo a la conexión – desconexión ........................................... 219
5.3.5 Generador de pulso constante ...................................................... 220
5.3.6 Generador de pulso constante con LM555 ................................... 223
5.3.7 Generador de rampa lineal con LM555 ......................................... 225
5.3.8 Temporizador CD4541 .................................................................. 226
5.3.8.1 Oscilador de 1 Hz .......................................................................... 229
5.3.8.2 Retardo a la conexión de 3 Hs ...................................................... 231
5.3.8.3. Retardo a la desconexión de 200 mS ........................................... 232
5.3.8.4 Conexión en cascada de circuitos CD4541 .................................. 233
5.3.9 Otros circuitos temporizadores ...................................................... 235
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5.3.10 Protección de entradas C-MOS .................................................... 237

CAPITULO 6 FUENTES DE ALIMENTACIÓN.

6.1 Introducción ................................................................................... 239
6.2 Fuentes fijas no reguladas ............................................................ 241
6.2.1 Rectificación y filtrado ................................................................... 241
6.2.2 Calculo del capacitor de filtrado .................................................... 245
6.3 Fuentes reguladas ......................................................................... 248
6.3.1 Regulación con diodo zener .......................................................... 249
6.3.2 Regulación con diodo zener y transistor de paso .......................... 252
6.3.3 Regulación con circuito integrado.................................................. 259
6.3.3.1 Definición de términos en reguladores fijos ................................... 262
6.3.3.2 Otros circuitos con reguladores fijos ............................................. 264
6.3.4 Reguladores de tensión variables ................................................. 267
6.3.4.1 Ajuste digital de la tensión de salida ............................................. 271
6.3.4.2 Curvas características de reguladores variables ........................... 272

CAPITULO 7 MICROCONTROLADORES.

7.1 Introducción ................................................................................... 275
7.1.1 Entradas (INPUT) .......................................................................... 276
7.1.2 Salidas (OUTPUT) ........................................................................ 277
7.1.3 Unidad central de proceso (CPU) ................................................. 278
7.1.4 Reloj (CLOCK) .............................................................................. 279
7.1.5 Memoria ........................................................................................ 279
7.2 El microcontrolador ....................................................................... 280
7.2.1 Números y códigos de computadora ............................................. 282
7.2.2 Números binarios, octales y hexadecimales ................................. 283
7.2.3 Representación de números negativos ......................................... 286
7.2.3.1 Números binarios sin signo ........................................................... 287
7.2.3.2 Números binarios con signo .......................................................... 287
7.2.3.3 Números binarios en complemento a uno ..................................... 288
7.2.3.4 Números binarios en complemento a dos ..................................... 288
7.2.4 Conversión de números a distintos sistemas................................. 289
7.2.4.1 Conversión de decimal a binario ................................................... 289
7.2.4.2 Conversión de binario a decimal ................................................... 289
7.2.5 Códigos de operación en microcontroladores ............................... 290
7.2.6 Mnemónicos y Assembler.............................................................. 291
7.3 Memorias y dispositivos de entrada – salida (I/O) paralelo ........... 292
7.3.1 Kilo, Mega y Gigabytes ................................................................. 292
7.3.2 Tipos de memorias ........................................................................ 294
7.3.2.1 Memorias RAM .............................................................................. 294
7.3.2.2 Memorias ROM ............................................................................. 295
7.3.2.3 Memorias PROM ........................................................................... 295
7.3.2.4 I/O como un tipo de memoria ........................................................ 297
7.4 Microcontroladores MC68HC908 .................................................. 298
7.5 El microcontrolador 68HC908QY/QT ............................................ 299
7.5.1 Descripción general ....................................................................... 300
7.5.2 Mapa de memoria .......................................................................... 302
7.5.3 Memoria flash ................................................................................ 304
7.5.4 Registros “CONFIG” ...................................................................... 305
7.5.5 Registros de la CPU08 .................................................................. 309
7.5.5.1 Acumulador (A) ............................................................................. 310
7.5.5.2 Registro Índice (H:X) ..................................................................... 310
7.5.5.3 Registro “STACK POINTER” o Puntero de pila (SP) .................... 311
7.5.5.4 Contador de programa (PC) .......................................................... 313
7.5.5.5 Registro de códigos de condición (CCR) ...................................... 314
7.5.6 Mapa de códigos de operación ..................................................... 315
7.5.7 Oscilador del MCU 908QY/QT ...................................................... 317
7.5.8 Puertos de entrada – salida I/O ..................................................... 321
7.5.8.1 Puerto A ........................................................................................ 323
7.5.8.2 Puerto B ........................................................................................ 325
7.5.9 Interrupción externa IRQ ............................................................... 326
7.5.10 Interrupciones externas KBI .......................................................... 329
7.5.11 Conversor analógico – digital ADC10 .......................................... 333
7.5.11.1 Registros del ADC10 ..................................................................... 336
7.5.11.2 Conversión de voltaje .................................................................... 341
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7.5.12 Timer interno (TIM) ........................................................................ 342
7.5.12.1 Prescaler del timer ......................................................................... 343
7.5.12.2 Función captura de entrada .......................................................... 346
7.5.12.3 Salida por comparación ................................................................. 347
7.5.12.4 Modulación por ancho de pulso PWM ........................................... 347
7.5.12.5 Interrupciones en el TIM ................................................................ 348
7.5.12.6 Registros TMODH:TMODL del TIM................................................ 348
7.5.12.7 Detalle de los registros de los canales 0 y 1 ..................................349
7.6 Modulo Auto wakeup (AWU) ......................................................... 352
7.6.1 Instrucción STOP .......................................................................... 352
7.6.2 Descripción del módulo AWU ........................................................ 353
7.6.2.1 Registros asociados ...................................................................... 354
7.7 Módulo COP .................................................................................. 354
7.8 Modos de direccionamiento (MD) ................................................. 357
7.8.1 MD inherente ................................................................................. 359
7.8.2 MD inmediato................................................................................. 359
7.8.3 MD directo...................................................................................... 360
7.8.4 MD extendido................................................................................. 361
7.8.5 MD indexado sin off-set ................................................................. 362
7.8.6 MD indexado con off-set de 8 bits ................................................. 363
7.8.7 MD indexado con off-set de 16 bits................................................ 364
7.8.8 MD de Stack pointer con off-set de 8 bits ...................................... 364
7.8.9 MD de Stack pointer con off-set de 16 bits..................................... 365
7.8.10 MD relativo .................................................................................... 366
7.8.11 MD memoria a memoria (inmediato a directo) .............................. 367
7.8.12 MD memoria a memoria (directo a directo).................................... 368
7.8.13 MD memoria a memoria (indexado a directo) c/post incremento .. 369
7.8.14 MD memoria a memoria (directo a indexado) c/post incremento .. 369
7.8.15 MD indexado con post incremento ................................................ 370
7.8.16 MD indexado con off-set de 8 bits con post incremento ................ 370
7.9 Reset ............................................................................................. 371
7.9.1 Pin RESET .................................................................................... 372
7.9.2 Power-On RESET ......................................................................... 373
7.9.3 Reset por watchdog (módulo COP) .............................................. 373
7.9.4 Reset por LVI ................................................................................ 373
7.9.5 Reset por dirección o código de operación ilegal .......................... 374