Práctica 5 Laboratorio de Potencia, Detector Cruce Por Cero.

República Bolivariana De Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para La Educación Universitaria
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño
Extensión “Caracas”
Ingeniería Electrónica (44)
Laboratorio de Electrónica de Potencia I
Práctica 5: DETECTOR CRUCE

POR CERO CON
OPTOACOPLADOR
Alumno:
Jorfel A. Omaña M. V-24.478.860

Resumen Teórico:
Un optoacoplador es un interruptor que se utiliza como un elemento aislador entre

generalmente un circuito con una entrada de voltaje o corriente muy elevada y
una salida de menor voltaje. La mayoría de ellos consiste en un componente
semiconductor que se activa mediante la luz infrarroja o visible emitida por un ledo
o un fototransistor, así como cualquier otro dispositivo capaz de detectar fotones.
Cuando la luz es interrumpida, el circuito actúa como un interruptor abierto.
Al combinar una fuente óptica como un led o emisor de luz de cualquier naturaleza
con un detector óptico en un solo encapsulado, tenemos un optoacoplador. Estos
dispositivos han sustituido hasta cierto punto los relés tradicionales, ya que
funcionan como aisladores y controladores de mucha potencia. Aunque son
componentes relativamente complejos, su funcionamiento es realmente sencillo y
puede resumirse como una forma de activar un circuito de alto voltaje (supóngase
220V) con solo 5V en el punto de activación.
Por otro lado, los detectores de cruce por cero son circuitos vitales para la
transmisión digital a través de corriente alterna, podemos definirlo como un
circuito que identifica donde la función de la onda de corriente alterna cambia de
polaridad, o intersecta el punto 0 durante el cambio de un semiciclo al otro.
Los detectores de cruce por cero trabajan usualmente en conjunto con los
comparadores, que son dispositivos electrónicos que comparan una señal que
cambia la salida en relación a otra señal más fuerte. De otro modo, los circuitos de
cruce por cero son utilizados también en sistemas electrónicos donde es
imprescindible tener una referencia para realizar el control por ángulos, muy
similar al caso de los dimmer y los circuitos con TRIAC.
Objetivos:
1. Objetivo general:
• Diseño de un circuito detector de cruce por cero con un

optoacoplador implementado para una salida de voltaje ajustada a
los niveles requerido en los circuitos digitales TTL.
2. Objetivos específicos:
• Elegir un optoacoplador característico en el programa de simulación

de circuitos electrónicos Proteus estudiar su hoja de datos.
• Realizar los cálculos pertinentes al diseño del circuito detector de

cruce por cero con ayuda de las ecuaciones de diseño planteadas
para el optoacoplador escogido.
• Diseñar el detector cruce por cero con los componentes calculados

para el optoacoplador elegido.
• Evaluar empíricamente el funcionamiento del circuito con ayuda de

los instrumentos de medición implementados en el simulador
Proteus.
Procedimiento y resultados
Se requiere construir un circuito detector cruce por cero, implementando en el

diseño un optoacoplador, de manera que se permita detectar el momento en que
los 120 V proporcionados por la compañía eléctrica nacional pasen por 0 V durante
el cambio de semiciclo.
También debemos proporcionar una salida con una constante de tiempo

referencial para ser utilizada en circuitos digitales TTL, por lo cual los 120 V no
deben caer directamente en los componentes digitales que trabajan con bajos
voltajes.
Nos guiamos por el diagrama de bloques para obtener una mejor idea:
Los circuitos digitales TTL trabajan normalmente con valores de voltaje de 5 V

para 1 un lógico y 0 V para el 0 lógico.
Tenemos los 120 V de Vrms y 60 Hz que nos proporciona la compañía de

electricidad, por lo que ya es conveniente elegir el optoacoplador que necesitamos
para poder iniciar el diseño del detector cruce por cero.
En nuestro caso elegiremos el optoacoplador PC817 ya que es uno de los más
comunes comercialmente referido, además de encontrarse disponible en la
mayoría de los simuladores de diseño de circuitos electrónicos encontrados en
internet.
Los detectores de cruce por cero suelen clasificarse como detectores de cruce por
cero de media onda con salida complementaria y detectores de cruce por cero de
onda completa. Esto es básicamente a que utilizan puentes de diodos
rectificadores para proteger la entrada del optoacoplador, estos pueden estar
configurados como rectificadores de onda media si utilizan uno o dos diodos en la
entrada y rectificador de onda completa sí utilizan un puente de diodos.
En el siguiente caso elegimos un detector de cruce por cero de onda completa,

donde implementaremos 4 diodos o un puente rectificador para proteger la
entrada del optoacoplador PC817.
Nos apoyamos en el siguiente diseño para construir nuestro circuito:
Observamos como el puente rectificador de diodos se implementa con 4 diodos

1n4007, que poseen las características en el datasheet para soportar las tensiones
a las que se verán sometidos en la práctica.
Realizando los cálculos pertinentes para la construcción de nuestro circuito,
presentamos los datos que poseemos para aplicar las ecuaciones de diseño
referidas al optoacoplador PC817.
Vrms=120 V
F= 60 Hz
Vcc= 5 V
Para el cálculo de R1 se nos presenta la ecuación de diseño.
R1= 250 * Vrms donde 250 es una constante para el optoacoplador PC817.
R1= 250* 120 V.
R1= 30.000 Ω o lo que es igual 30 kΩ.
Necesitamos calcular cual es la potencia que disipará R1 para evaluar la factibilidad

del diseño, para eso contamos con la fórmula:
𝑉𝑟𝑚𝑠
PR1= donde 125 es una constante para el optoacoplador PC817.
125
120 𝑉
PR1= = 0.96 W.
125
Por lo que si es viable el diseño de este circuito al manejar una potencia que
pueda soportar la resistencia R1 a la entrada del optoacoplador.
Nuevamente tenemos:
R2= VCC*1000 donde 1000 es nuevamente una constante en las ecuaciones de

diseño del optoacoplador PC817.
R2= 5 V * 1000
R2=5000 Ω o también 5 kΩ.
Es imprescindible conocer que potencia se disipará en la R2 de la salida, ya que es

acá donde obtendremos la salida digital para los circuitos TTL, y estos circuitos
manejan potencias muy pequeñas antes de ser destruidos.
𝑉𝐶𝐶
PR2= donde 500 nuevamente es una constante en las ecuaciones de diseño
500
del PC817.
Finalmente tenemos:
5𝑉
PR2=500 =0.01 W.
Un valor permitido para conectar los circuitos lógicos TTL.
Una vez calculados nuestros valores, procedemos a diseñar en el simulador de

circuitos electrónicos Proteus, quedando de la siguiente manera:
Ajustamos la fuente de entrada alterna 120 V y 60 Hz de la siguiente manera:
Finalmente procedemos a iniciar la simulación, implementando el osciloscopio
disponible para el programa, conectado la entrada de señal alterna al canal A
(señal amarilla) del osciloscopio, y la salida al canal B (señal azul) del mismo.
La entrada corresponde a una señal sinusoidal, que al pasar por el puente

rectificador sale como una señal pulsante sin semiciclo negativo, por ende el
optoacoplador está siempre conduciendo en su diodo LED interno. La salida
entregada es solo una parte de la señal de entrada, y se refleja el cambio de
semiciclo en la salida en forma de pulsos. Este tren de pulso puede ser
implementado en la transmisión de datos digitales en forma de 0 y 1 donde la
entrada corresponda en valores de potencias elevadas.
Seguimos evaluando el circuito, variando el período y la división de voltaje vertical

y comprobamos que las señales de entrada y salida permanecen relacionadas en
todo momento.
Conectamos un voltímetro DC presente en el programa y comprobamos que en la
salida del detector de cruce por cero tenemos marca los casi 5 V del valor
deseado para nuestro sistema lógico TTL, por lo tanto el circuito cumple con su
función.
Pudimos observar en el presente diseño, donde los pulsos de salida ascendentes
son los indicadores básicos del cambio de polaridad de la señal alterna de entrada
en el momento de cruzar por el punto 0, esto es posible medirse con más detalle
con la ayuda del osciloscopio perfectamente calibrado.
Otro implemento de este circuito es la conmutación de una carga sustituyendo el

relé electromecánico o del estado sólido. Este circuito tiene un comportamiento
similar al de los dimmers, sin necesidad de implementación de interruptores de
potencia como los tiristores y los TRIACS.
Análisis y conclusiones
El control de una carga resistiva como lo son los motores de inducción, las
lámparas y los elementos de disipación de potencia son utilizados implementando
inicialmente un detector de cruce por cero en las señales de corriente alterna. El
cruce es detectado por elementos como lo son los microcontroladores, los
amplificadores operacionales, los optoacopladores o ciertos circuitos integrados no
lineales que permiten disparar un elemento de control dependiendo de la placa
sensitiva con secuencias que dependen del cambio de polaridad de estos
dispositivos.
Estos circuitos también son muy útiles para generar trenes de pulsos que
corresponden al cruce por cero de la señal, y es por ello que se implementan otros
dispositivos como lo son los tiristores, los TRIAC y los optoacopladores, de entre
ellos el optoacoplador lleva una gran ventaja al permitir el aislamiento eléctrico
para aplicaciones de alta potencia.
Los detectores de cruce por cero se implementan también para detectar los tipos
de señales, algo muy elemental es considerar una señal que en su semiciclo
positivo indica un 1 lógico y el semiciclo negativo un 0 lógico, así que son buenos
elementos a la hora de detectar si en la transmisión de señales digitales, hemos
recibido un 1 o un 0 lógico.
El uso de los circuitos digitales en remplazo a los circuitos analógicos permite

detectar y controlar señales de corriente alterna causando una disminución del
voltaje RMS. Hoy en día con la creciente demanda de los dispositivos inteligentes,
se añadido circuitos integrados para el control de electrodomésticos, por lo que los
detectores de cruce por cero proporcionan un control eficiente de todo tipo de
cargas en el hogar, por lo cual no es raro encontrarlos implementado junto a los
microcontroladores que se programan para mejorar aún más el sistema.

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Un optoacoplador es un interruptor que se utiliza como un elemento aislador entre

• Diseño de un circuito detector de cruce por cero con un

• Elegir un optoacoplador característico en el programa de simulación

• Realizar los cálculos pertinentes al diseño del circuito detector de

• Diseñar el detector cruce por cero con los componentes calculados

• Evaluar empíricamente el funcionamiento del circuito con ayuda de

Se requiere construir un circuito detector cruce por cero, implementando en el

También debemos proporcionar una salida con una constante de tiempo

Los circuitos digitales TTL trabajan normalmente con valores de voltaje de 5 V

Tenemos los 120 V de Vrms y 60 Hz que nos proporciona la compañía de

En el siguiente caso elegimos un detector de cruce por cero de onda completa,

Nos apoyamos en el siguiente diseño para construir nuestro circuito:

Observamos como el puente rectificador de diodos se implementa con 4 diodos

Para el cálculo de R1 se nos presenta la ecuación de diseño.

R1= 250* 120 V.

R1= 30.000 Ω o lo que es igual 30 kΩ.

Necesitamos calcular cual es la potencia que disipará R1 para evaluar la factibilidad

R2= VCC*1000 donde 1000 es nuevamente una constante en las ecuaciones de

R2=5000 Ω o también 5 kΩ.

Es imprescindible conocer que potencia se disipará en la R2 de la salida, ya que es

Un valor permitido para conectar los circuitos lógicos TTL.

Una vez calculados nuestros valores, procedemos a diseñar en el simulador de

La entrada corresponde a una señal sinusoidal, que al pasar por el puente

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