FÍSICA PARA INFORMÁTICA (MANUAL DE PRÁCTICAS)

Posteriormente, retirar los tornillos de sujeción de las bobinas:

IMAGEN 61: PROCESO DE DESARMADO, PASO 6

Retirar los tornillos de sujeción de los ejes y del motor:

IMAGEN 62: PROCESO DE DESARMADO, PASO 7

Una vez liberados los ejes y el motor, liberar los platos magnéticos:
48

IMAGEN 63: PROCESO DE DESARMADO, PASO 8

Proceder con retirar el brazo de lectura y escritura:

IMAGEN 64: PROCESO DE DESARMADO, PASO 9

Una vez desarmados todos los componentes del disco duro, separar cada una de las piezas e
identificar cada una de sus partes, con base en la imagen*:

49

IMAGEN 65: ESQUEMA REPRESENTATIVO DE LOS COMPONENTES DE UN DISCO DURO

Elaborar una tabla donde se anoten los siguientes criterios:
• Componentes Electrónicos
• Componentes Magnéticos
• Componentes Mecánicos

IMAGEN 66: PARTES IDENTIFICADAS DEL DISCO DURO

Una vez identificadas todas las partes, y ser registradas en la tabla con los criterios expuestos
anteriormente, proceder a re-ensamblar todo el disco duro.

50

EVALUACIÓN

ASPECTOS A EVALUAR EXCELENTE BUE

IDENTIFICACIÓN DE 20-25 PUNTOS 20-15 P
COMPONENTES DEL DISCO
Identifica todos los componentes Identifica al meno
DURO del modelo del disco duro de los componentes

DESARMADO DEL DISCO acuerdo al esquema sugerido en el disco duro de acu
DURO manual, o propone uno más sugerido en
específico.
RE ENSAMBLADO DEL DISCO Clasifica correctamente los Clasifica corre
DURO componentes d
componentes de acuerdo a su
función o naturaleza (Componentes función o n
(Componente
magnéticos, mecánicos, mecánicos, electr
electrónicos) en la tabla
correspo
correspondiente. Identifica adecua
Identifica correctamente todos los
elementos que permiten la lectura y de los elementos
escritura de información en el disco lectura y escritura d
duro, con base en argumentos o
el disco duro,
apreciaciones consultadas en argumentos o
diversas fuentes. consultadas en f

Utiliza las herramientas Utiliza las he
adecuadamente. adecuad

Manipula los componentes Manipula los c
desarmados con precaución. desarmados co
El área de trabajo se encuentra El área de traba
limpia y contiene lo estrictamente limpia y contiene
necesario para el desarrollo de la necesario para e

práctica. prác
Extrae todos los componentes del Extrae parte de lo
disco duro para su análisis particular.
del disco duro p
El disco duro Re ensamblado no partic
presenta daños y no se escuchan
-
piezas sueltas

ENO SUFICIENTE INSUFICIENTE

PUNTOS 15-10 PUNTOS 10-5 PUNTOS

os el 80% de todos Identifica al menos el 50% de todos Identifica menos del 50% de todos
s del modelo del los componentes del modelo del los componentes del modelo del
uerdo al esquema disco duro de acuerdo al esquema
n el manual. disco duro de acuerdo al esquema
ectamente los sugerido en el manual. sugerido en el manual.
de acuerdo a su No clasifica los componentes de
naturaleza. Clasifica parcialmente los acuerdo a su función o naturaleza.
es magnéticos, componentes de acuerdo a su
rónicos en la tabla (Componentes magnéticos,
ondiente. función o naturaleza. mecánicos, electrónicos) en la tabla
adamente algunos (Componentes magnéticos,
s que permiten la mecánicos, electrónicos) en la tabla correspondiente.
de información en No identifica los elementos que
, con base en correspondiente. permiten la lectura y escritura de
apreciaciones Identifica parcialmente algunos de
fuentes diversas. información en el disco duro.
los elementos que permiten la
erramientas lectura y escritura de información en No utiliza las herramientas
damente. adecuadamente.
componentes el disco duro.
on precaución. Manipula los componentes
ajo se encuentra Utiliza las herramientas desarmados con poca precaución.
e lo estrictamente adecuadamente. El área de trabajo no se encuentra
el desarrollo de la limpia y contiene elementos que no
ctica. Manipula los componentes
os componentes desarmados con precaución. son necesarios para la práctica.
para su análisis Extra muy pocas componentes del
cular. El área de trabajo contiene disco duro para su análisis particular.
elementos que no son necesarios
- El Disco duro re ensamblado
para la práctica. presenta daños, o se escuchan
Extrae parte de los componentes
piezas sueltas.
del disco duro para su análisis
particular.

El disco duro re ensamblado no
presenta daños, pero se escuchan

piezas sueltas.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

El alumno, al término de la práctica, deberá unir los conceptos teóricos vistos en clase, más las
asignaciones de investigación al respecto, con las piezas físicas del disco duro, y trasladar los
aspectos generales del almacenamiento magnético de información para explicar cómo
funcionan los discos flexibles y cómo realizan sus procesos de lectura y escritura.

BIBLIOGRAFÍA

Álvarez, J. A. (Marzo de 2013). ¡Así Funciona! Descubra cómo funcionan las cosas. Obtenido de
¡ASí Funciona!: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_led/ke_led_2.htm

Benson, H. (2000). Física Universitaria (Vol. 2). México DF, México: CECSA.
Celis, C. G. (1994). El universo digital del IBM PC, AT y PS/2. Valladolid.
Floyd, T. L. (2008). Dispositivos Electrónicos. México: Pearson.
Montiel, H. P. (2008). Física General (Tercera ed.). México: Grupo Editorial Patria.
Paul A. Tipler, G. M. (2010). Física para la Ciencia y la Tecnología (6ta Edición ed., Vol. 1). Barcelona,

España: Editorial Reverté.
W. Edward Gettys, F. K. (2006). Física para ciencias e ingeniería (Segunda Edición ed., Vol. 2).

México DF, México: McGraw-Hill.

PRÁCTICA 4: IMPLEMENTACIÓN DE UN CIRCUITO TRANSMISOR FM

INTRODUCCIÓN

IMPEDANCIA:

La impedancia (Z) es una medida de oposición que presenta un circuito a una corriente cuando
se aplica una tensión. La impedancia extiende el concepto de resistencia a los circuitos de
corriente alterna (CA), y posee tanto magnitud como fase, a diferencia de la resistencia, que sólo
tiene magnitud. Cuando un circuito es alimentado con corriente continua (CC), su impedancia es
igual a la resistencia; esto último puede ser pensado como la impedancia con ángulo de fase
cero.
Por definición, la impedancia es la relación (cociente) entre el fasor tensión y el fasor intensidad
de corriente:


=

Donde Z es la impedancia, V es el fasor tensión e I corresponde al fasor intensidad

El concepto de impedancia tiene especial importancia si la corriente varía en el tiempo, en cuyo
caso las magnitudes se describen con números complejos o funciones del análisis armónico. Su
módulo (a veces inadecuadamente llamado impedancia) establece la relación entre los valores
máximos o los valores eficaces de la tensión y de la corriente. La parte real de la impedancia es la
resistencia y su parte imaginaria es la reactancia.

El concepto de impedancia permite generalizar la ley de Ohm en el estudio de circuitos en
corriente alterna (CA), dando lugar a la llamada ley de Ohm de corriente alterna que indica:


=

El término fue acuñado por Oliver Heaviside en 1886. En general, la solución para las corrientes y
las tensiones de un circuito formado por resistencias, condensadores e inductancias y sin ningún
componente de comportamiento no lineal, son soluciones de ecuaciones diferenciales. Pero,
cuando todos los generadores de tensión y de corriente tienen la misma frecuencia constante y
sus amplitudes son constantes, las soluciones en estado estacionario (cuando todos los fenómenos
transitorios han desaparecido) son sinusoidales y todas las tensiones y corrientes tienen la misma
frecuencia que los generadores y amplitud constante. La fase, sin embargo, se verá afectada por
la parte imaginaria (reactancia) de la impedancia.

REACTANCIA:

En electrónica y electrotecnia se denomina reactancia a la oposición ofrecida al paso de la
corriente alterna por inductores (bobinas) y condensadores, se mide en ohmios y su símbolo es Ω.
Junto a la resistencia eléctrica determinan la impedancia total de un componente o circuito, de
tal forma que la reactancia (X) es la parte imaginaria de la impedancia (Z) y la resistencia (R) es la
parte real, según la igualdad:

= +

Cuando circula corriente alterna por alguno de los dos elementos que poseen reactancia, la
energía es alternativamente almacenada y liberada en forma de campo magnético, en el caso
de las bobinas, o de campo eléctrico, en el caso de los condensadores. Esto produce un adelanto

53

o atraso entre la onda de corriente y la onda de tensión. Este desfase hace disminuir la potencia
entregada a una carga resistiva conectada tras la reactancia sin consumir energía.

RESISTENCIA ELÉCTRICA:

Se denomina resistencia eléctrica, simbolizada habitualmente como R, a la dificultad u oposición
que presenta un cuerpo al paso de una corriente eléctrica que circula a través de él. En el Sistema
Internacional de Unidades, su valor se expresa en ohms, que se designa con la letra griega omega
mayúscula, Ω. Para su medida existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un
ohmímetro. La conductividad es la inversa de la resistividad, y su unidad es el S/m (Siemens por
metro).

Esta definición es válida para la corriente continua y para la corriente alterna cuando se trate de
elementos únicamente resistivos, esto es, sin componente inductiva ni capacitiva. Si existen estos
componentes llamados reactivos, la oposición presentada a la circulación de corriente recibe el
nombre de impedancia. Según sea la magnitud de la resistencia, las sustancias se clasifican en
conductoras y aislantes. Otras sustancias llamadas semiconductoras cambian su estado de
aislante a conductoras en determinadas condiciones.

También existen sustancias que presentan un cambio de su valor resistivo dependiendo de las
condiciones físicas:

Termistores: varían con el calor.

Fotorresistores: varían con la luz.

Varistores: varían con el potencial eléctrico.

Existen además ciertos materiales denominados superconductores, que en determinadas
condiciones de temperatura, reducen su valor de resistencia a valores nulos, con lo que una
corriente eléctrica que fluye en una espiral de cable superconductor puede persistir
indefinidamente sin fuente de alimentación.

IMAGEN 67: RESISTENCIA DE CARBÓN CONVENCIONAL

CAPACITORES:

Un condensador eléctrico (también conocido frecuentemente con el anglicismo capacitor,
proveniente del nombre equivalente en inglés) es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y

54

electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un
par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de
influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a
la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia
de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en
la otra, siendo nula la variación de carga total.

Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica,
sino simplemente energía mecánica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la
práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el
periodo de carga, la misma energía que cede después durante el periodo de descarga.

IMAGEN 68: CAPACITOR ELECTROLÍTICO (IZQ.) Y CAPACITOR DE POLIÉSTER (DER.)

INDUCTORES:

Un inductor, bobina o reactor es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al
fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético. Un inductor
está constituido normalmente por una bobina de conductor, típicamente alambre o hilo de cobre
esmaltado. Existen inductores con núcleo de aire o con núcleo hecho de material ferroso (por
ejemplo, acero magnético), para incrementar su capacidad de magnetismo.

Los inductores también pueden estar construidos en circuitos integrados, usando el mismo proceso
utilizado para realizar microprocesadores. En estos casos se usa, comúnmente, el aluminio como
material conductor. Sin embargo, es raro que se construyan inductores dentro de los circuitos
integrados; es mucho más práctico usar un circuito llamado "girador" que, mediante un
amplificador operacional, hace que un condensador se comporte como si fuese un inductor.

El inductor consta de las siguientes partes:

• Devanado inductor: Es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magnético, al ser
recorrido por la corriente eléctrica.

• Culata: Es una pieza de sustancia ferromagnética, no rodeada por devanados, y destinada
a unir los polos de la máquina.

• Pieza polar: Es la parte del circuito magnético situada entre la culata y el entrehierro,
incluyendo el núcleo y la expansión polar.

• Núcleo: Es la parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor.

• Expansión polar: Es la parte de la pieza polar próxima al inducido y que bordea al
entrehierro.
55

• Polo auxiliar o de conmutación: Es un polo magnético suplementario, provisto o no, de
devanados y destinado a mejorar la conmutación. Suelen emplearse en las máquinas de
mediana y gran potencia.

También pueden fabricarse pequeños inductores, que se usan para frecuencias muy altas, con un
conductor pasando a través de un cilindro de ferrita o granulado.

IMAGEN 69: BOBINAS O INDUCTORES

RADIOFRECUENCIA:
El término radiofrecuencia (abreviado RF), también denominado espectro de radiofrecuencia, se
aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético, situada entre 3 kilohercios
(KHz) y 300 gigahercios (GHz). El hercio es la unidad de medida de la frecuencia de las ondas, y
corresponde a un ciclo por segundo. Las ondas electromagnéticas de esta región del espectro, se
pueden transmitir aplicando la corriente alterna originada en un generador a una antena.
Las bases teóricas de la propagación de ondas electromagnéticas fueron descritas por primera
vez por James Clerk Maxwell. Heinrich Rudolf Hertz, entre 1886 y 1888, fue el primero en validar
experimentalmente la teoría de Maxwell. El uso de esta tecnología por primera vez es atribuido a
diferentes personas: Alejandro Stepánovich Popov hizo sus primeras demostraciones en San
Petersburgo, Rusia; Nikola Tesla en San Luis (Misuri), Estados Unidos y Guillermo Marconi en el Reino
Unido.
El primer sistema práctico de comunicación mediante ondas de radio fue el diseñado por
Guillermo Marconi, quien en el año 1901 realizó la primera emisión trasatlántica radioeléctrica.
Actualmente, la radio toma muchas otras formas, incluyendo redes inalámbricas, comunicaciones
móviles de todo tipo, así como la radiodifusión.

56

IMAGEN 70: ESQUEMA BÁSICO DE UN SISTEMA DE RADIOFRECUENCIA

TRANSISTORES DE UNIÓN BIPOLAR (BJT)
El BJT (transistor de unión bipolar) se construye con tres regiones semiconductoras separadas por
dos uniones PN. Las tres regiones se llaman emisor, base y colector.

IMAGEN 71: CONSTRUCCIÓN BÁSICA DE UN BJT (TOMADO DE "DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS" DE THOMAS FLOYD)

Un tipo se compone de dos regiones N separadas por una región P (NPN) y el otro tipo consta de
dos regiones P separadas por una región N (PNP). El término bipolar se refiere al uso tanto de
huecos como de electrones como portadores de corriente en la estructura de transistor. Para que
un BJT opere adecuadamente como amplificador, las dos uniones PN deben estar correctamente
polarizadas con voltajes de cd externos. La operación del PNP es la misma que para el NPN
excepto en que los roles de los electrones y huecos, las polaridades del voltaje de polarización y
las direcciones de la corriente se invierten.

57

IMAGEN 72: POLARIZACIÓN EN DIRECTA-INVERSA DE UN BJT (TOMADO DE "DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS" DE THOMAS
FLOYD)

La región del emisor de tipo N excesivamente dopada tiene una densidad muy alta de los
electrones de banda de conducción (libres). Estos electrones libres se difunden con facilidad a
través de la unión BE polarizada en directa hacia la región de la base de tipo P muy delgada y
levemente dopada (flecha ancha). La base tiene una baja densidad de huecos, los cuales son los
portadores mayoritarios, representados por los puntos blancos. Un pequeño porcentaje del
número total de electrones libres se va hacia la base, donde se recombinan con huecos y se
desplazan como electrones de valencia a través de la base hacia el emisor como corriente de
huecos, como lo indican las flechas negras.

IMAGEN 73: OPERACIÓN DE UN BJT QUE MUESTRA EL FLUJO DE ELECTRONES (TOMADO DE "DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS"
DE THOMAS FLOYD)

58

Cuando los electrones que se recombinaron con huecos como electrones de valencia
abandonan las estructura cristalina de la base, se transforman en electrones libres en el conductor
de la base metálica y producen la corriente de base externa. La mayoría de los electrones libres
que entraron a la base no se recombinan con huecos porque es muy delgada. A medida que los
electrones libres se desplazan hacia la unión BC polarizada en inversa, son arrastrados a través del
colector por la atracción del voltaje de alimentación positivo del colector.
Los electrones libres se desplazan a través del colector hacia el circuito externo y luego regresan
al emisor junto con la corriente de base, como se indica. La corriente de emisor es un poco más
grande que la corriente de colector debido a la pequeña corriente de base que se desprende de
la corriente total inyectada a la base proveniente del emisor.

IMAGEN 74: ENCAPSULADOS DE TRANSISTORES DE UNIÓN BIPOLAR

59

OBJETIVO:

Implementar un circuito electrónico Transmisor de FM para enviar una señal de Audio en forma de
radiación electromagnética.

METODOLOGÍA:

• Implementar el circuito eléctrico del transmisor FM funcional
• Elaborar la conexión necesaria para que el conector de audio pueda conectarse al

protoboard
• Elaborar la bobina o inductor requerido para la transmisión
• Conseguir el capacitor variable de un radio antiguo o comprarlo en forma de trimmer.
• Conseguir un radio pequeño de baterías para sintonizar la señal de audio a transmitir.

RECURSOS MATERIALES Y EQUIPO NECESARIO:

• 2 Resistencias 1 KΩ
• 1 Resistencias 15 KΩ
• 1 Resistencia 6.8 KΩ
• 1 Resistencia 10 KΩ
• 2 Resistencias 4.7 KΩ
• 1 Resistencia 2.2 KΩ
• 1 Resistencia 220 Ω
• 1 Capacitor Electrolítico 2.2 µF a 15V/25V
• 2 Capacitores Electrolíticos 10 µF a 15V/25V
• 2 Capacitores Cerámicos 100 nF (Código: 104)
• 2 Capacitores Cerámicos 2.7 pF (Código: 2.7) o valor cercano
• 1 Capacitor Variable o Trimmer
• 2 Transistores 2N2222 o equivalentes
• 1 Protoboard
• 1 Pila 9V con broche
• Cable de Cobre para Bobinado Calibre 24
• 1 Encendedor
• 1 Lija Fina (Número 277)
• 1 lapicero con forma circular (no hexagonal) o cualquier elemento en forma cilíndrica

uniforme
• 1 Pinza de corte
• Cable Conductor
• Cautín
• Estaño

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA:

60

Implementar el siguiente circuito, e identificar cada uno de los componentes a utilizar:

4.7K

IMAGEN 75: DIAGRAMA 4, TRANSMISOR FM

ACTIVIDAD 1: IDENTIFICACIÓN DE COMPONENTES FÍSICOS Y SUS SÍMBOLOS ELÉCTRICOS
Las resistencias a utilizar deben tener el siguiente código de color:

IMAGEN 76: RESISTORES A UTILIZAR EN EL DIAGRAMA 4 (DE IZQ. A DER.): 1KΩ, 15 KΩ, 6.8 KΩ, 10 KΩ, 4.7 KΩ, 2.2 KΩ, 220 Ω

Los Capacitores Electrolíticos se distinguen por la siguiente forma:

IMAGEN 77: CAPACITORES ELECTROLÍTICOS, FORMA FÍSICA Y SÍMBOLOS ELÉCTRICOS COMUNES

Los Capacitores Cerámicos se distinguen por la siguiente forma:
61

IMAGEN 78: CAPACITORES CERÁMICOS, FORMA FÍSICA, CÓDIGOS DE VALOR Y SÍMBOLO ELÉCTRICO

El Capacitor Variable puede tener la siguiente forma:

IMAGEN 79: CAPACITORES VARIABLES, FORMA FÍSICA COMÚN (IZQ.), TRIMMER (CENTRO) Y SÍMBOLOS ELÉCTRICOS

El inductor o bobina a elaborar tendrá la siguiente forma:

IMAGEN 80: INDUCTOR O BOBINA, FORMA FÍSICA Y SÍMBOLOS ELÉCTRICOS

Los transistores bipolares modelo 2N2222 pueden tener las siguientes formas de encapsulado:

IMAGEN 81: TRANSISTOR NPN 2N2222, ENCAPSULADOS TO-39 (IZQ.) Y TO-92 (CENTRO), Y SIMBOLO ELÉCTRICO

62

El conector de audio Jack de 3.5 mm debe tener la siguiente forma:

IMAGEN 82: CONECTOR DE AUDIO JACK DE 3.5 MM MACHO, FORMA ABIERTA Y CERRADA

ACTIVIDAD 2: ELABORACIÓN DE LA BOBINA PARA LA TRANSMISIÓN DE SEÑAL VÍA RF
El elemento que se debe elaborar a mano es el inductor o la bobina, que conecta a la antena y
al capacitor variable. Para ello hay que seguir los siguientes pasos:
Cortar unos 30 o 40 cm del cable de cobre, y con ayuda del lapicero o el elemento en forma
cilíndrica, enrollarlo hasta formar 10 espiras uniformes y lo más juntas posible.

IMAGEN 83: CABLE DE COBRE FORMANDO LAS ESPIRAS DE LA BOBINA

Una vez elaborada las espiras, retirar el lapicero y dejar dos extremos con un largo aproximado de
un centímetro y medio. Con el uso de las pinzas, tomar uno de los extremos; posteriormente con el
encendedor acercar la llama a los extremos para quemar el recubrimiento. Una vez quemado el
recubrimiento de los extremos de la bobina, limpiarlos con un trozo de la lija y eliminar los restos
carbonizados.

63

IMAGEN 84: QUEMADO DE LOS EXTREMOS DE LA BOBINA

ACTIVIDAD 2: CABLEADO DEL CONECTOR DE AUDIO
Abrir la cubierta plástica del conector de audio para descubrir la parte metálica:

IMAGEN 85: CONECTOR DE AUDIO DESCUBIERTO, Y DESIGNACIÓN DE TERMINALES

Cortar dos segmentos de cable conductor de 10 a 15 cm, con las siguientes características:

IMAGEN 86: SEGMENTOS DE CABLE A SOLDAR EN EL CONECTOR DE AUDIO

Nótese que los extremos de ambos segmentos yacen descubiertos, y la parte interna o central
recubierta por el aislante; no obstante, el extremo derecho del segmento de cable para el canal
izquierdo es más largo que el designado al canal derecho.

64

Esto se debe a que, al soldar el cable al conector, tanto el cuerpo o la tierra física y el canal
izquierdo deben estar unidos. Los extremos izquierdos de ambos cables son más cortos, porque
servirán de terminales para la conexión en el circuito.

IMAGEN 87: CONECTOR JACK 3.5 MM SOLDADO

ACTIVIDAD 3: IMPLEMENTACIÓN DEL CIRCUITO
Implementar el circuito de acuerdo al diagrama eléctrico mostrado, y uniendo cada uno de los
elementos creados como el conector de audio y la bobina:

IMAGEN 88: CIRCUITO IMPLEMENTADO EN PROTOBOARD

Para conectar correctamente el capacitor variable (sobre todo si se obtuvo de un radio viejo), las
terminales se muestran en la imagen siguiente:

65

IMAGEN 89: CAPACITOR VARIABLE CONVENCIONAL CON TERMINALES

La terminal del capacitor a conectar a la línea positiva será FM ANT, y la terminal que se conectar
con el Colector del transistor Q2 será FM OSC. No obstante, si se utiliza un capacitor en formato de
Trimmer, no hay restricción en el modo de conexión.

IMAGEN 90: DIAGRAMA DE CONEXIÓN ENTRE EL CAPACITOR VARIABLE CON LA BOBINA

Para enviar una señal de audio, basta conectar el Jack de 3.5 mm a cualquier dispositivo
reproductor de música en el conector de salida de audio correspondiente.

66

Para realizar la prueba de transmisión, encender el radio portátil o sintonizar con un celular todas
las frecuencias de bandas en FM hasta encontrar o escuchar la señal de audio de prueba. En caso
de no fijar una frecuencia, basta con manipular el capacitor variable hasta estabilizar en una
banda de frecuencia.

IMAGEN 91: PRUEBA DE FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO

Para lograr una transmisión aceptable, tome en cuenta lo siguiente:
• Utilice pilas nuevas y, de preferencia, alcalinas, porque el circuito consume potencia, y entre
más se utilice, la pila se descarga.
• No transmita en un área donde exista más de un elemento emisor de (radio, punto de
acceso Wi Fi, conexión Bluetooth, celular u otros circuitos de este tipo), dado que se genera
interferencia y la señal puede montarse en otra que se esté transmitiendo, o generar ruido.
• Suba todo el volumen de la fuente de audio, para que se emita con potencia.
• Para la recepción, utilice un radio o grabadora o minicomponente, porque las funciones de
celulares o tabletas no tienen la sensibilidad ni el ajuste fino para buscar estaciones.

67

EVALUACIÓN EXCELENTE BUE

ASPECTOS A EVALUAR 20-25 PUNTOS 20-15 P

IMPLEMENTACIÓN La implementación del La impleme
DEL CIRCUITO diagrama presenta al menos 1 diagrama prese

COMPORTAMIENTO falla. fall
ESPERADO
El comportamiento coincide El comportami
con lo establecido en las con 85% de lo e

figuras. las fig

CABLEADO El cableado está El cableado es
correctamente elaborado y adecuadamen

con la extensión adecuada. No un poco del pr
sobresale del protoboard; no por lo menos do

hay cruce entre componentes. compo

DISPOSICIÓN DE Los componentes están Los compone
MATERIALES disposición mo
distribuidos de acuerdo a las
figuras, o bien con una figuras. Conserv
conexión equivalente y entre com

funcional.

TRANSMISIÓN DE LA La transmisión de la señal se La transmisió
SEÑAL
realiza correctamente y se adecuadamen
aprecia en el dispositivo de en el dispositivo

recepción. pero la señ

ENO SUFICIENTE INSUFICIENTE

PUNTOS 15-10 PUNTOS 10-5 PUNTOS

entación del La implementación del La implementación del
enta al menos 2 diagrama presenta al menos 3 diagrama presenta al menos 4 o
las.
fallas. más fallas.

iento coincide El comportamiento coincide El comportamiento coincide
establecido en con 80% de lo establecido en muy poco o nada con lo

guras. las figuras. establecido en las figuras

stá elaborado El cableado está elaborado El cableado no es estético,
nte y sobresalen adecuadamente, pero
sobresale notoriamente del
rotoboard; hay sobresale al menos 5 mm del protoboard, presenta cruces
os cruces entre protoboard o presenta cruces
onentes entre componentes y no
entre componentes.
permiten dar un seguimiento
adecuado.

entes siguen la Los componentes están La disposición de componentes
ostradas en las no es estética ni funcional, lo
dispuestos de tal manera que
va buen espacio depende de cables o puentes que afecta el comportamiento
mponentes. extensos o éstos se cruzan entre del circuito.

componentes

ón se realiza La transmisión se realiza La transmisión no se realiza
adecuadamente, pero en el
nte y se aprecia dispositivo de recepción no se adecuadamente o no se
o de recepción, aprecia en el dispositivo de
al no es fija aprecia adecuadamente y la
señal no es fija. recepción.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

El alumno, al término de la práctica, deberá sintetizar sus observaciones sobre lo que implementó
en el Diagrama 4, particularmente en lo que respecta a la transmisión de datos en forma de ondas
de radio, que representa una de las aplicaciones del electromagnetismo, y que explica el
funcionamiento de las tecnologías de transmisión y recepción de información inalámbrica, como
el Wi Fi, el Bluetooth, entre otras.
También, puede incluir sus observaciones sobre la conexión física de componentes electrónicos
en serie o en paralelo, la lectura de circuitos o esquemas eléctricos y su utilidad en prácticas o
materias posteriores.

BIBLIOGRAFÍA

Álvarez, J. A. (Marzo de 2013). ¡Así Funciona! Descubra cómo funcionan las cosas. Obtenido de
¡ASí Funciona!: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_led/ke_led_2.htm

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Celis, C. G. (1994). El universo digital del IBM PC, AT y PS/2. Valladolid.
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Paul A. Tipler, G. M. (2010). Física para la Ciencia y la Tecnología (6ta Edición ed., Vol. 1). Barcelona,

España: Editorial Reverté.
W. Edward Gettys, F. K. (2006). Física para ciencias e ingeniería (Segunda Edición ed., Vol. 2).

México DF, México: McGraw-Hill.

PRÁCTICA 5: IMPLEMENTACIÓN DE UN CIRCUITO TRANSMISOR Y RECEPTOR VÍA
LUZ INFRARROJA

INTRODUCCIÓN

LUZ INFRARROJA
La radiación infrarroja, o radiación IR es un tipo de radiación electromagnética y térmica, de
mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de las microondas.
Consecuentemente, tiene menor frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas. Su
rango de longitudes de onda va desde unos 0,7 hasta los 1000 micrómetros.1 La radiación infrarroja
es emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea mayor que 0 Kelvin, es decir, −273,15 grados
Celsius (cero absoluto).
Los infrarrojos son clasificados, de acuerdo a su longitud de onda, de este modo

• infrarrojo cercano (de 800 nm a 2500 nm)
• infrarrojo medio (de 2.5 µm a 50 µm)
• infrarrojo lejano (de 50 µm a 1000 µm)
La materia, por su caracterización energética (véase cuerpo negro) emite radiación. En general,
la longitud de onda donde un cuerpo emite el máximo de radiación es inversamente proporcional
a la temperatura de éste (Ley de Wien). De esta forma la mayoría de los objetos a temperaturas
cotidianas tienen su máximo de emisión en el infrarrojo. Los seres vivos, en especial los mamíferos,
emiten una gran proporción de radiación en la parte del espectro infrarrojo, debido a su calor
corporal. Los infrarrojos se utilizan en los equipos de visión nocturna cuando la cantidad de luz
visible es insuficiente para ver los objetos. La radiación se recibe y después se refleja en una
pantalla. Los objetos más calientes se convierten en los más luminosos. Un uso muy común es el
que hacen los mandos a distancia (o telecomandos) que generalmente utilizan los infrarrojos en
vez de ondas de radio ya que no interfieren con otras señales como las señales de televisión. Los
infrarrojos también se utilizan para comunicar a corta distancia los ordenadores con sus periféricos.
Los aparatos que utilizan este tipo de comunicación cumplen generalmente un estándar
publicado por Infrared Data Association. La luz utilizada en las fibras ópticas es generalmente de
infrarrojos.

IMAGEN 92: ESPECTRO RADIOELÉCTRICO, Y SECCIÓN DEL LA LUZ VISIBLE E INFRARROJA

70

DIODO EMISORE DE LUZ (LED)

El LED, acrónimo de “Light Emitting Diode”, o diodo emisor de luz de estado sólido (solid state),
constituye un tipo especial de semiconductor, cuya característica principal es convertir en luz la
corriente eléctrica de bajo voltaje que atraviesa su chip. Desde el punto de vista físico un LED
común se presenta como un bulbo miniaturizado, carente de filamento o de cualquier otro tipo
de elemento o material peligroso, con la ventaja sobre otras tecnologías que no contamina el
medio ambiente.

En sus inicios el principal uso del primer diodo LED de luz visible de color rojo que se comercializó
estuvo limitado a indicar solamente si un equipo o aparato eléctrico o electrónico se encontraba
conectado a la fuente de suministro de corriente eléctrica, o en funcionamiento. Posteriormente
este diodo comenzó a formar parte también de paneles informativos, aunque en sus inicios su uso
estuvo muy limitado a otras aplicaciones prácticas debido a la escasa variedad de colores
disponibles y su baja eficiencia lumínica.

En la actualidad los nuevos materiales desarrollados por los investigadores han permitido que se
puedan reproducir todos los colores del espectro electromagnético visibles al ojo humano
incluyendo el blanco, y los no visibles como el infrarrojo (IR) y el ultravioleta (UV). Al mismo tiempo
se ha incrementado en varias veces la eficiencia lumínica de los LEDs hasta tal punto que hoy en
día pueden llegar a superar en algunos casos la iluminación que normalmente proporciona una
lámpara incandescente de más potencia en Watts (W).

El color que emite cada diodo LED en particular depende principalmente del material
semiconductor que se haya empleado en su fabricación. Cada compuesto químico propio del
material semiconductor utilizado en la fabricación de un diodo LED permite la emisión de una luz
de un color específico, correspondiente a una determinada longitud de onda del espectro
electromagnético.

IMAGEN 93: DIODOS EMISORES DE LUZ

FOTOTRANSISTOR

Los fototransistores combinan en un mismo dispositivo la detección de luz y la ganancia. Su
construcción es similar a la de los transistores convencionales, excepto que la superficie superior se
expone a la luz a través de una ventana o lente. Sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La
luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el
transistor al estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el efecto
de ganancia propio del transistor.

71

Un fototransistor es igual a un transistor común, con la diferencia que el primero puede trabajar de
2 formas:

• Como transistor normal con la corriente de base (modo común).
• Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente

de base (modo de iluminación).
Puede utilizarse de las dos en formas simultáneamente, aunque el fototransistor se utiliza
principalmente con el pin de la base sin conectar. En el mercado se encuentran fototransistores
tanto con conexión de base como sin ella y tanto en cápsulas plásticas como metálicas (TO-72,
TO-5) provistas de una lente. Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices
ópticos, etc. Para comunicaciones con fibra óptica se prefiere usar detectores con fotodiodos p-
i-n. También se pueden utilizar en la detección de objetos cercanos cuando forman parte de un
sensor de proximidad.
Se utilizan ampliamente encapsulados conjuntamente con un LED, formando interruptores ópticos
(opto-switch), que detectan la interrupción del haz de luz por un objeto. Existen en dos versiones:
de transmisión y de reflexión.

IMAGEN 94: MODELOS DE FOTOTRANSISTORES

AMPLIFICADOR OPERACIONAL (OPAMP)
Un amplificador operacional, a menudo conocido op-amp por sus siglas en inglés (operational
amplifier) es un dispositivo amplificador electrónico de alta ganancia acoplado en corriente
continua que tiene dos entradas y una salida. En esta configuración, la salida del dispositivo es,
generalmente, de cientos de miles de veces mayor que la diferencia de potencial entre sus
entradas.
Los diseños varían entre cada fabricante y cada producto, pero todos los Amplificadores
Operacionales tienen básicamente la misma estructura interna, que consiste en tres etapas:

• Amplificador diferencial: es la etapa de entrada que proporciona una baja amplificación
del ruido y gran impedancia de entrada. Suelen tener una salida diferencial.

• Amplificador de tensión: proporciona ganancia de tensión.
72

• Amplificador de salida: proporciona la capacidad de suministrar la corriente necesaria,
tiene una baja impedancia de salida y, usualmente, protección frente a cortocircuitos. Éste
también proporciona una ganancia adicional.

IMAGEN 95: FUNCIÓN BÁSICA DE UN AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO AMPLIFICDOR DE TENSIÓN

Las primeras veces que se utilizaron los amplificadores operacionales fue en los computadores
analógicos, hacia mediados del s. XX e implementados con tubos de vacío. Realizaban sumas,
diferencias, multiplicación, diferenciación e integración, y todo ello de forma analógica. De aquí
se deriva su nombre “amplificador operacional”. Las características principales de un operacional
son:

• La impedancia de entrada es muy alta, del orden de megohms.
• La impedancia de salida Zout es muy baja, del orden de 1 ohm
• Las entradas apenas drenan corriente, por lo que no suponen una carga.
• La ganancia es muy alta, del orden de 105 y mayor.
• En lazo cerrado, las entradas inversora y no inversora son prácticamente iguales.

IMAGEN 96: ENCAPSULADOS DE AMPLIFICADORES OPERACIONALES

73

OBJETIVO

Implementar un circuito transmisor y otro receptor para enviar una señal de Audio en forma de luz
infrarroja, y escucharla mediante una bocina

METODOLOGÍA

• Implementar el circuito electrónico del transmisor.
• Implementar el circuito electrónico del receptor
• Elaborar la conexión necesaria para que el conector de audio pueda conectarse al

protoboard.
• Comprobar que la señal de audio se transmite y se recibe a diferentes distancias, y con la

presencia de obstáculos.

RECURSOS MATERIALES Y EQUIPO NECESARIO

CIRCUITO TRANSMISOR IR:
• 1 Conector Jack 3.5 mm
• 1 Capacitor Electrolítico de 10µF a 16/25 V
• 1 LED (Cualquier color, preferentemente rojo)
• 1 Resistor 1.5 KΩ
• 1 Resistor 1.2 KΩ
• 1 Resistor 47 Ω
• 1 Potenciómetro de 10 KΩ
• 1 Transistor BC558 o equivalente
• 4 LED Infrarrojos
• 1 Pila de 9V
• 1 Protoboard

CIRCUITO RECEPTOR IR:
• 4 Resistores de 10 KΩ
• 1 Resistor de 1.2 MΩ
• 2 Resistores de 47 Ω
• 1 Capacitor Electrolítico de 1000µF a 16/25 V
• 2 Capacitores Electrolíticos de 1 µF a 16/25 V
• 1 Circuito Integrado UA741 o equivalente
• 1 Fototransistor
• 1 Transistor BC548 o equivalente
• 1 Transistor BC558 o equivalente
• 1 Bocina de 8 Ω de impedancia
• 1 Pila de 9 V
• 1 Protoboard

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Para el desarrollo de ésta práctica, se deben implementar dos circuitos por separado: EL
TRANSMISOR de la señal de audio en forma de luz infrarroja, y EL RECEPTOR de dicha señal que
transforma la luz infrarroja nuevamente a sonido.

ACTIVIDAD 1: IMPLEMENTACIÓN DEL TRANSMISOR
El circuito correspondiente al transmisor se muestra en el siguiente diagrama eléctrico:

74

IMAGEN 97: DIAGRAMA 5, TRANSMISOR IR

Las resistencias del circuito deben contener los siguientes códigos de color:

IMAGEN 98: RESISTENCIAS A UTILIZAR EN EL CIRCUITO (IZQ: 1.5 KΩ, CENTRO: 1.2KΩ, DER: 47 Ω)

Los capacitores electrolíticos tendrán la siguiente forma:

IMAGEN 99: FORMA FÍSICA DE LOS CAPACITORES ELECTROLÍTICOS DEL CIRCUITO

75

El potenciómetro tendrá la siguiente forma:

IMAGEN 100: POTENCIÓMETRO, FORMA FÍSICA, SÍMBOLO ELÉCTRICO Y DEFINICIÓN DE TERMINALES

Los LED infrarrojos tendrán la siguiente forma (las terminales son exactamente las mismas para el
LED de color):

IMAGEN 101: LED INFRARROJO, FORMA FÍSICA

El transistor a utilizar tendrá la misma forma:

IMAGEN 102: TRANSISTOR BC558, FORMA FÍSICA, SÍMBOLO ELÉCTRICO Y DISPOSICIÓN DE TERMINALES

76

El conector Jack de 3.5 mm utilizado en la práctica 4 puede ser utilizado; en caso contrario se
deben seguir los pasos indicados en dicha práctica para soldarlo y configurarlo.
La implementación del circuito debe seguir las conexiones y la lógica del diagrama 5:

IMAGEN 103: DIAGRAMA 5 IMPLEMENTADO

Para comprobar que el circuito está correctamente conectado, el LED convencional aumentará
o disminuirá su brillo conforme se mueva el dial del potenciómetro; por otra parte, otro diagnóstico
es verificando si los LED’s infrarrojos de igual forma están emitiendo luz. Para esto basta acercar la
cámara de un celular y acercar el obturador a los LED IR. Si el circuito funciona correctamente, en
la pantalla del celular se notará una luz en color púrpura proveniente de ellos, similar a la de la
imagen:

IMAGEN 104: EJEMPLO DE LUZ IR EMITIDA Y APTADA POR UNA CÁMARA.

Otra vista del brillo de los LED IR se puede ver en ésta imagen:
77

IMAGEN 105: CIRCUITO TRANSMISOR IMPLEMENTADO (LED'S IR EMITIENDO LUZ)

ACTIVIDAD 2: IMPLEMENTACIÓN DEL RECEPTOR
El circuito receptor está conformado por el siguiente diagrama eléctrico:

IMAGEN 106: DIAGRAMA 6, CIRCUITO RECEPTOR

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Las resistencias a emplear deben tener los siguientes códigos de colores:

IMAGEN 107: RESISTORES A EMPLEAR EN EL DIAGRAMA 6 (IZQ: 1.2 MΩ, CENTRO: 10 KΩ, DER: 47 Ω)

El fototransistor tendrá la siguiente forma:

IMAGEN 108: FOTOTRANSISTOR, FORMA FÍSICA COMÚN, SÍMBOLO ELÉCTRICO Y DISPOSICIÓN DE TERMINALES

El circuito integrado UA741 tendrá la siguiente forma:

IMAGEN 109: CIRCUITO INTEGRADO UA741, FORMA FÍSICA Y DISPOSICIÓN DE PINES

79

La disposición de pines de todo circuito integrado se distingue por dos elementos principales: LA
MUESCA SEMICIRCULAR en uno de sus extremos y EL CÍRCULO ÍNDICE en el encapsulado que indica
la ubicación del pin número 1.
En el caso de que exista sólo la muesca, la disposición de pines se realiza de la siguiente manera:

IMAGEN 110: DISPOSICIÓN DE PINES EN UN CIRCUITO INTEGRADO CON MUESCA

Si el circuito integrado cuenta con sólo el círculo de índice, la disposición de pines se hace de la
siguiente manera:

IMAGEN 111: DISPOSICIÓN DE PINES EN UN CIRCUITO INTEGRADO CON PUNTO DE ÍNDICE

Los transistores a utilizar tienen la siguiente forma:
80

IMAGEN 112: TRANSISTORES BC548 (IZQ.) Y BC558 (DER.), FORMA FÍSICA, SÍMBOLOS ELÉCTRICOS Y DISPOSICIÓN DE
TERMINALES

La bocina tendrá la siguiente forma:

IMAGEN 113: BOCINA DE 8 Ω DE IMPEDANCIA, FORMA FÍSICA Y SÍMBOLO ELÉCTRICO

La bocina tiene una terminal marcada como positiva (+) y otra como negativa (-), por lo que es
necesario soldar dos tramos de cable conductor a cada terminal para que pueda conectarse al
protoboard.

IMAGEN 114: BOCINA CON CABLE CONDUCTOR SOLDADO EN LAS TERMINALES

El circuito implementado del receptor debe tener la siguiente disposición:
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IMAGEN 115: DIAGRAMA 6, CIRCUITO RECEPTOR IMPLEMENTADO

Para efectuar la prueba se deben energizar ambos circuitos, de modo que los LED’s IR y el
fototransistor estén en línea de vista, es decir, que ambos se apunten. Se debe conectar una fuente
de audio al Jack de 3.5 mm, y la señal de sonido debe escucharse en la bocina.

IMAGEN 116: PRUEBA DE LOS CIRCUITOS TRANSMISOR Y RECEPTOR

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EVALUACIÓN EXCELENTE BUE

ASPECTOS A EVALUAR 20-25 PUNTOS 20-15 P

IMPLEMENTACIÓN La implementación del La impleme
DEL CIRCUITO diagrama presenta al menos 1 diagrama prese

COMPORTAMIENTO falla. fall
ESPERADO
El comportamiento coincide El comportami
con lo establecido en las con 85% de lo e

figuras. las fig

CABLEADO El cableado está El cableado es
correctamente elaborado y adecuadamen

con la extensión adecuada. No un poco del pr
sobresale del protoboard; no por lo menos do

hay cruce entre componentes. compo

DISPOSICIÓN DE Los componentes están Los compone
MATERIALES disposición mo
distribuidos de acuerdo a las
figuras, o bien con una figuras. Conserv
conexión equivalente y entre com

funcional.

TRANSMISIÓN DE LA La transmisión de la señal se La transmisió
SEÑAL
realiza correctamente y se adecuadamen
aprecia en el dispositivo de en el dispositivo

recepción. pero la señ

ENO SUFICIENTE INSUFICIENTE

PUNTOS 15-10 PUNTOS 10-5 PUNTOS

entación del La implementación del La implementación del
enta al menos 2 diagrama presenta al menos 3 diagrama presenta al menos 4 o
las.
fallas. más fallas.

iento coincide El comportamiento coincide El comportamiento coincide
establecido en con 80% de lo establecido en muy poco o nada con lo

guras. las figuras. establecido en las figuras

stá elaborado El cableado está elaborado El cableado no es estético,
nte y sobresalen adecuadamente, pero
sobresale notoriamente del
rotoboard; hay sobresale al menos 5 mm del protoboard, presenta cruces
os cruces entre protoboard o presenta cruces
onentes entre componentes y no
entre componentes.
permiten dar un seguimiento
adecuado.

entes siguen la Los componentes están La disposición de componentes
ostradas en las no es estética ni funcional, lo
dispuestos de tal manera que
va buen espacio depende de cables o puentes que afecta el comportamiento
mponentes. extensos o éstos se cruzan entre del circuito.

componentes

ón se realiza La transmisión se realiza La transmisión no se realiza
adecuadamente, pero en el
nte y se aprecia dispositivo de recepción no se adecuadamente o no se
o de recepción, aprecia en el dispositivo de
al no es fija aprecia adecuadamente y la
señal no es fija. recepción.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

El alumno, al término de la práctica, deberá sintetizar sus observaciones sobre lo que implementó
en los Diagramas 5 y 6, particularmente en lo que respecta a la transmisión de datos en forma de
luz, que representa una de las aplicaciones del electromagnetismo, y que explica el
funcionamiento de las tecnologías de transmisión y recepción de información inalámbrica, como
lo es la fibra óptica o los dispositivos IR. Así mismo, debe establecer las diferencias entre la
transmisión de datos por radiofrecuencia y por medio de la luz, los componentes involucrados y la
manera en cómo se reciben o muestran.
También, puede incluir sus observaciones sobre la conexión física de componentes electrónicos
en serie o en paralelo, la lectura de circuitos o esquemas eléctricos y su utilidad en prácticas o
materias posteriores.

BIBLIOGRAFÍA

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¡ASí Funciona!: http://www.asifunciona.com/fisica/ke_led/ke_led_2.htm

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Celis, C. G. (1994). El universo digital del IBM PC, AT y PS/2. Valladolid.

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Montiel, H. P. (2008). Física General (Tercera ed.). México: Grupo Editorial Patria.

Paul A. Tipler, G. M. (2010). Física para la Ciencia y la Tecnología (6ta Edición ed., Vol. 1). Barcelona,
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