electrónica básica

LABORATORIO DE INGENIERIA ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONESUNP

CONTENIDO

PRESENTACIN.4

LABORATORIO I: EL DIODO Y SUS APLICACIONES.5

LABORATORIO II: FUENTE DE ALIMENTACIN CON REGULADOR.11

LABORATORIO III: EL TRANSISTOR: ANLISIS EN DC Y AC.17

LABORATORIO IV: COMPUERTAS BSICAS.23

LABORATORIO V: AMPLIFICADORES OPERACIONALES.29

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PRESENTACIN

Las seales analgicas son el punto de partida para el desarrollo de circuitos electrnicos desde los ms simples a los ms complejos, pues aqu se estudia el comportamiento de los dispositivos electrnicos bsicos, para luego desarrollar sus aplicaciones. El presente mdulo se divide en cinco prcticas experimentales, que van acorde con la teora impartida en clase. El primer laboratorio se refiere al diodo semiconductor y sus aplicaciones, donde se demostrar el funcionamiento del diodo y adems se dan pautas de rectificacin y filtrado. El segundo laboratorio se refiere a la implementacin de una fuente de alimentacin con regulador, con el fin de trabajar con componentes y circuitos desarrollados en laboratorios anteriores. El tercer laboratorio se orienta al anlisis del transistor, aqu se implementa un pequeo amplificador de seal, donde se desarrollar el anlisis DC y AC del transistor. El cuarto laboratorio presenta la prctica de compuertas bsicas que da una introduccin a los circuitos digitales. El quinto y ltimo laboratorio presenta dos configuraciones de amplificadores operacionales, para conocer de manera prctica un circuito amplificador inversor y no inversor.

El presente mdulo de laboratorio tiene como objetivo principal guiar al alumno en la comprobacin de la teora impartida en clase de una forma prctica y amena

El LABORATORIO DE INGENIERA ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES agradece a los involucrados en el desarrollo del presente mdulo y est llano a recibir crticas sobre el presente trabajo para su posterior revisin y mejora.

Ing. Segundo Jess Espinoza Palomino.

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LABORATORIO I: EL DIODO Y SUS APLICACIONES

OBJETIVOS

Comprender el funcionamiento del diodo.

Determinar y representar la caracterstica volt-amper de un diodo de unin empleando medidas de punto por punto.

Realizar una aplicacin con diodo, como rectificacin de media onda.

Observar los efectos de colocar un filtro a la salida de tensin.

FUNDAMENTO TERICO

El diodo ideal

Es un dispositivo semiconductor (unin p-n, con nodo y ctodo) no lineal con caractersticas de corriente contra tensin, como la mostrada en la figura 1.1. Esta caracterstica se conoce como lineal a segmentos, ya que la curva se construye con segmentos de rectas. Ntese que si se intenta colocar una tensin positiva (o directa) a travs del diodo, la tensin tiende a cero. La pendiente de la curva es infinita. Por lo tanto, bajo esta condicin la resistencia es cero y el diodo se comporta como un corto circuito. Si se le coloca una tensin negativa (o inversa) a travs del diodo, la corriente es cero y la pendiente de la curva tambin es cero. Por lo tanto, el diodo se comporta ahora como una resistencia infinita, o circuito abierto.

Figura 1.1: Curva caracterstica del diodo ideal.

Operacin del diodo

La operacin del diodo se explica mejor con la curva de la figura 1.2. Conforme la tensin en directa aumenta ms all de cero, la corriente no fluye de inmediato, es necesaria una tensin mnima, denotada por V, para obtener una corriente significativa. Conforme la tensin tiende a exceder V, la corriente aumenta con rapidez. La pendiente de la curva caracterstica es grande pero no infinita, como es el caso del diodo ideal. La tensin mnima necesaria para obtener una corriente significativa, V, es aproximadamente 0.7V para semiconductores de silicio (a temperatura ambiente) y 0.2V para semiconductores de germanio. Para diodos de galio, V es aproximadamente 1.2V.

Rectificacin

Es el proceso de convertir una seal alterna (ca) en otra que se restringe a una sola direccin (cd). La rectificacin se clasifica ya sea como de media onda o de onda completa.

Filtrado

Los impulsos de la onda rectificada pueden alisarse mediante filtros. Los filtros son elementos como los condensadores y los choques, los cuales se emplean como elementos pasivos del filtro.

MATERIALES

Resistencia de 100D / 1/2w

Resistencia de 1000D / 1/2w.

Diodo rectificador 1N4001.

Condensador de 100F / 16v.

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Condensador de 220F / 16v o 50v.

Condensador de 470F / 16v o 50v.

Protoboard.

Multmetro.

Osciloscopio.

Fuente de voltaje regulable0 15 Vcd.

Generador de Funciones.

Cables de conexin.

Figura 1.2: Curva caracterstica del diodo real

PROCEDIMIENTO

1.Implemente el circuito que se presenta en la figura 1.3.

Figura 1.3: Circuito con diodo en Polarizacin Directa.

2. Eleve el voltaje de la fuente V de 0 a 5 voltios (tomar 10 datos), y realice las mediciones de voltaje del diodo (VD) y corriente del diodo (ID), colocar los resultados en la tabla 1.1 y graficar VD vs. ID.

Tabla 1.1: Datos para curva del diodo.ELECTRNICA BSICA 6


3. Implemente el circuito que se presenta en la figura 1.4. En los nodos Vi y Vo colocar las puntas del osciloscopio en el canal I y II respectivamente con referencia a tierra.

Figura 1.4: Circuito rectificador de media onda.

4. Coloque Vi a 10Vpp/60Hz, y observe la salida Vo en el osciloscopio, dibuje la onda de salida y compare la salida Vo con la entrada Vi, use las cuadrculas de la figura 1.5. Realice la medicin de amplitud de la onda de salida.

V0 = __________________V

Vi = __________________V

Figura 1.5: Seales de entrada y de salida.

5.Implemente el circuito que se presenta en la figura 1.6.

Figura 1.6: Circuito rectificador con filtro C.

6. Coloque Vi a 10Vpp/60Hz, y observe la salida Vo en el osciloscopio, dibuje la onda de salida y compare la salida Vo con la entrada Vi. Realice la medicin de la onda de salida, es decir el voltaje de rizo. Cambie el valor del condensador de 100MF por uno de 220MF y luego por otro de 470MF y apunte

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los datos obtenidos en la tabla 1.2. Dibuje lo que ocurre en Vi y V0, use las cuadrculas de la figura 1.7.


CondensadorVoltaje de Rizo

100MF

++220MF

470MF

Tabla 1.2: Relacin entre condensador y voltaje de rizo. 7. Comente los resultados de la tabla 1.1.

8.Comente los resultados de la tabla 1.2.

CUESTIONARIO

1.Dejara un diodo semiconductor que pase la corriente cuando tenga polarizacin directa?

2.Cmo identificara usted el nodo de un diodo que no este marcado?

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3. Qu sucede con la rectificacin si se invierte el sentido del diodo del circuito de la figura 1.4?.Dibuje qu sucede con la rectificacin y explique el resultado.

4.Analice el circuito de la figura 1.6 tomando en cuenta un condensador de 470MF.

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5. Qu sucede con la salida Vo, si se cambia el condensador 470MF por uno de 1000MF?.Analice tericamente el circuito.

CONCLUSIONES

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LABORATORIO II: FUENTE DE ALIMENTACIN

OBJETIVOS

Conocer el funcionamiento de un regulador de tres terminales.

Implementar una fuente de alimentacin utilizando los conceptos derectificacin,

filtrado y regulacin.

FUNDAMENTO TERICO

Para la implementacin de la fuente de tensin, utilizaremos conceptos abordados en prcticas anteriores, como rectificacin, filtrado y regulacin, los cuales describimos rpidamente.RectificacinEtapa en la cual se pasa de una seal alterna a una con nivel continuo.

Filtrado

Elemento capacitivo o inductivo cuya funcin es eliminar la amplitud del rizado.

RegulacinCircuito que permite mantener constante la salida de tensin

.

Figura 2.1: Diagrama de bloques de una fuente de tensin.

MATERIALES

(02) Diodos rectificador 1N4001

(02) Resistencias de 1000 / w (02) Condensadores de 1000 F / 50v (02) Condensadores de 0.1 F / 16v (01) Regulador LM7812 con disipador (01) Regulador LM7912 con disipador (01) Transformador 220VAC a 12VDC / 1A (02 mt.) Cable mellizo (01) Enchufe (01)Cinta aislante (01) Protoboard (01) Multmetro (01) Osciloscopio Cables de conexin

PROCEDIMIENTO

1. Conecte un extremo del cable mellizo al enchufe y el otro extremo conecte al primario del transformador, asle esta ltima conexin con cinta aislante.

2. Conecte el transformador a la toma de 220VAC y mida la tensin en el secundario del transformador (mida el voltaje entre los extremos, y entre un extremo y la toma central). Para esta medicin coloque el Multmetro en voltaje alterno. Anote las mediciones.

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Figura 2.2: Transformador 220VAC-12VAC/1A.

VAB = _____________V

VAC = _____________V

VBC = _____________V

3. Implemente el circuito que se muestra en la figura 2.2. La implementacin de la fuente de alimentacin se realizar por etapas. Conecte el canal I del osciloscopio a +Vi y el canal II a +Vo. Observe lo que ocurre en +Vi y +Vo, anote y comente los resultados. Luego, conecte el canal I del osciloscopio a Vi y el canal II a Vo. Observe lo que ocurre en -Vi y Vo, anote y comente los resultados. Dibuje lo que observa en el osciloscopio para cada caso, use las cuadrculas de la figura 2.4.

Figura 2.3: Etapa de rectificacin

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4. Implemente el circuito que se muestra en la figura 2.5. Observe lo que ocurre en +Vo y Vo, apunte, dibuje y comente los resultados. Use las cuadrculas de la figura 2.6.

5. Implemente el circuito de la figura 2.7. Observe lo que ocurre en las salidas +12V y 12V, utilice el osciloscopio (tambin el Multmetro) y dibuje las seales en la figura 2.8 y comente los resultados. Conecte resistencia de carga de 1KD y repita este paso.

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Figura 2.7: Fuente de tensin fija de +/- 12V.

Figura 2.8: Fuente de tensin fija de +/- 12V

CUESTIONARIO

1.Qu funcin cumple cada diodo en el circuito de la figura 2.5?

2.Qu funcin cumple cada condensador en el circuito de la figura 2.5?

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3.Qu funcin cumple el LM7812 y el LM7912 en el circuito de la figura 2.5?

4.Cul es la frecuencia de trabajo de la fuente de alimentacin?

5.Analice el circuito de la figura 2.4.

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CONCLUSIONES

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LABORATORIO III: EL TRANSISTOR: ANLISIS EN DC Y AC

OBJETIVOS

Determinar el punto de operacin del transistor (punto Q).

Determinar si el transistor se encuentra en el estado de corte, saturacin o lineal, para visualizar el estado de amplificacin del transistor.

Estudiar el trazado de la Lnea de carga en Continua de un amplificador Emisor comn y predecir las condiciones de funcionamiento del amplificador

Medir la ganancia de tensin de un amplificador EC con un condensador de desacoplamiento de emisor.

FUNDAMENTOTERICO

Transistores Bipolares

El transistor es un dispositivo de tres terminales (como se muestra en la figura 3.1), a diferencia del diodo, que tiene dos terminales (ste consiste en un material de tipo p y uno de tipo n), el transistor consiste en dos materiales de tipo n separados por un material p (transistor npn) o en dos materiales p separados por un material n (transistor pnp).

Figura 3.1: Smbolo del transistor npn y pnp.

Las tres capas o secciones diferentes se identifican como: emisor, base y colector. El emisor, capa de tamao medio diseada para emitir o inyectar electrones, el cual se encuentra bastante contaminado.

La base, con una contaminacin media, es una capa delgada diseada para pasar electrones. El Colector, capa grande diseada para recolectar electrones, est poco contaminada.

Curva caracterstica IC vs. VCE

Como el transistor es un dispositivo no lineal, una forma de definir su operacin es usar una serie de curvas caractersticas de manera similar a las utilizadas en los diodos. En la figura 3.2 se ilustra la corriente de colector como funcin de la tensin entre el colector y el emisor para obtener la recta de carga que interceptado con la operacin del diodo, nos permite encontrar el punto de reposo (Punto Q).

Operacin del transistor

El transistor de unin bipolar presenta ganancia de tensin, ganancia de corriente, lo cual se puede utilizar para amplificar seales. En la figura 3 .3 se muestra el circuito equivalente simplificado de un transistor npn que es utiliza en el anlisis en AC.

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Ganancia de tensin del Amplificador en Emisor Comn.

Aplicando una tensin a la entrada del amplificador puede determinarse experimentalmente su ganancia de tensin (mediante un osciloscopio o un voltmetro) siempre y cuando se trabaje en la regin lineal. La relacin entre las tensiones de salida y de entrada es la ganancia de tensin. VCC

Figura 3.3: Circuito Hbrido.

De la grfica anterior queda claro que:

iE =iC + iB

ic = . iB

ic = ie

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MATERIALES

(01)Transistor BC 548. (01) Resistencia de 9.1 k / w. (01) Resistencia de 100 / w. (02) Resistencias de 1 k / w. (02) Condensadores de 10MF / 16v. (01) Condensador de 20MF / 16v. (01) Multmetro. (01) Osciloscopio. (01) Protoboard. (01) Fuente de voltaje regulable 0 15vcd. (01) Generador de funciones. Cables de conexin.

PROCEDIMIENTO

1. Use el Multmetro para configurar el transistor y adems obtener el o hFE. Apunte el resultado obtenido.

hFE = __________

2.Implementar el circuito de la figura 3.4.

Figura 3.4: Circuito para anlisis en DC.

3. Utilizando el multmetro, realice las siguientes mediciones: VE, VC, VB, VCE, IE, IC, IB, y anote los valores obtenidos en la tabla 3.1.

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4. Al circuito de la figura 4.4 agregue los condensadores de acople a la entrada y a la salida de 10MF / 16v y otro de 150pF en paralelo con la resistencia del Emisor (ver fig. 3.5).

Figura 3.5: Circuito amplificador de voltaje.

5. Coloque una seal senoidal de 100mV/1KHz a Vi. Coloque las puntas del osciloscopio en Vi y Vo y observe que sucede con la salida respecto a la entrada. Realice las respectivas mediciones de las amplitudes Vi y Vo; con estos valores obtenga la ganancia del amplificador.

Vi = ________ , Vo = ___________ , Ganancia = __________

Figura 3.6: Seales de entrada y salida.

CUESTIONARIO

1.Cmo obtendra de manera prctica la configuracin de un transistor pnp?

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2.Cul es la importancia de analizar el transistor en corriente continua?

3.En qu regin es factible que el transistor opere?

4.Qu se entiende por ganancia de tensin de un amplificador?

5. Analice tericamente en DC y AC el circuito de la figura 3.5. Con los datos obtenidos en laboratorio (tabla 3.1), encuentre la recta de carga y compare con los datos obtenidos tericamente.

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CONCLUSIONES

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LABORATORIO IV: COMPUERTAS LGICAS BSICAS

OBJETIVOS

Describir la operacin de las tablas de verdad para las compuertas AND, OR, NOT. Implementar circuitos lgicos empleando compuertas bsicas.

Escribir la expresin booleana para las compuertas lgicas y las combinaciones de compuertas lgicas.

FUNDAMENTO TERICO

Las compuertas lgicas son los circuitos lgicos fundamentales y empleando el algebra de Boole se puede describir el funcionamiento de cada compuerta. En el presente laboratorio se analizar cada compuerta bsica de manera independiente y en combinacin con otras en un circuito.

Constantes y variables booleanas

Una variable booleana es una cantidad que puede, en diferentes ocasiones, ser igual a 0 1, donde 0

y 1 representan valores de voltaje, por ejemplo, 0 lgico representa un nivel de voltaje de 0 a 0.8V, y 1 lgico representa un nivel de voltaje de 2 a 5V. Otras formas de expresar los niveles lgicos, se muestran en la tabla 1.1.

Tabla 4.1: Expresiones de niveles lgicos.

Tablas de verdad

Es un medio para describir la manera en que la salida de un circuito lgico depende de los niveles lgicos que haya en la entrada del circuito.

Figura 4.1: Tabla de verdad para circuito de dos entradas.

Compuerta AND

Si dos entradas lgicas A y B se combinan mediante la expresin AND, el resultado X, se puede expresar como:

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X = A .B

De forma general el signo de la multiplicacin se omite y la expresin queda como X=AB. En la figura 4.2 se muestra la tabla de verdad y el smbolo lgico de la compuerta AND.

Figura 4.2: Tabla de verdad y smbolo de la compuerta AND.Compuerta OR

Si dos entradas lgicas A y B se combinan mediante la expresin OR, el resultado X, se puede expresar como:

X = A + B

E n la figura 4.3 se muestra la tabla de verdad y el smbolo lgico de la compuerta OR.

Figura 4.3: Tabla de verdad y smbolo de la compuerta OR.

Compuerta NOT

A diferencia de las compuertas anteriores, la compuerta NOT solo utiliza una entrada, es as que si se tiene una entrada A sometida a una compuerta NOT o inversora se expresar as:

X=A

Figura 4.4: Tabla de verdad y smbolo de la compuerta NOT.

MATERIALES

(01) Circuito integrado 7404

(01) Circuito integrado 7408 (01) Circuito integrado 7432

(01) Circuito integrado 7805 (04) Diodo Emisor de Luz (04) Resistencia de 1kD

(01) Capacitor de 1MF / 16V

(01) Capacitor de 0.1MF / 16V

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(01) Protoboard (01) Fuente de alimentacin de +9V

Cables de conexin

PROCEDIMIENTO

Regulacin de voltaje

1. El primer paso es regular el voltaje de tensin de alimentacin del circuito a 5 voltios, para ello implemente el circuito de la figura 4.5. El voltaje de entrada (V1) debe ser superior a +5V, colquelo a +9V, luego mida el voltaje a la salida del regulador (pin 3 del 7805) y apunte el valor obtenido a continuacin:

V = ___________ V

Prueba de compuertas

2. Pruebe cada una de las compuertas lgicas bsicas, para esto implemente cada uno de los circuitos que se muestran en la figura 4.6.

Figura 4.6: Circuitos de prueba de compuertas lgicas.

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3. Recuerde que la alimentacin de cada CI es 7 y 14, que vienen a ser Tierra (0V) y 5V respectivamente. En las entradas A y B de las compuertas lgicas, coloque 0 lgico (0V) y 1 lgico (5V) de acuerdo a las tablas 4.1, 4.2 y 4.3 segn sea el CI a utilizar y apunte los datos obtenidos.

7.Realice el paso 6 para cada compuerta del circuito integrado.

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