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CENTRO DE ENSENANZA TECNICA INDUSTRIAL

División de Electrónica.

Guía de Practicas Electrónica III

iiii

E LECTRONICA I I I

Guía de Practicas

Desarrollado por:

FAVIO MURILLO GARCIA IVAN ALEJANDRO SALAS DURAZO

Tabla de contenido

P R A C T I C A 1 : A M P L I F I C A D O R E C - E C .

P R A C T I C A 2 : A M P L I F I C A D O R E C - E C R E T R O A L I M E N T A D O .

P R A C T I C A 3 : O P A M P R E T R O A L I M E N T A D O .

P R A C T I C A 4 : O S C I L A D O R C A M B I O D E F A S E .

P R A C T I C A 5 : O S C I L A D O R P U E N T E D E W I E N .

P R A C T I C A 6 : O S C I L A D O R C O L P I T T S .

P R A C T I C A 7 : O S C I L A D O R H A R T L E Y .

P R A C T I C A 8 : O S C I L A D O R D E C R I S T A L .

P R A C T I C A 9 : L I M I T A D O R E S Y R E C O R T A D O R E S .

P R A C T I C A 1 0 : C I R C U I T O S F I J A D O R E S .

P R A C T I C A 1 1 : M V . B I E S T A B L E Y M O N O E S T A B L E .

P R A C T I C A 1 2 : M V . A S T A B L E Y S C H M I T T T R I G G E R .

2222

Amplificador EC- EC.

Objetivos.

Medir y comprobar la ganancia de voltaje y corriente en un circuito en cascada EC-EC. Así como las impedancias de entrada y salida.

Investigación teórica (Resumen).

Investigar en la bibliografía proporcionada los siguientes temas:

1.- Amplificadores en cascada.

2.- Configuración EC-EC.

3.- Tipos de acoplamiento.

Desarrollo Teórico.

Obtener:

1. Circuito equivalente a C.A.

2. Circuito equivalente híbrido.

3. Analizar el equivalente híbrido y determinar la ecuación de la ganancia de voltaje, corriente y la impedancia de entrada y salida.

Practica

1

3333

4. Diseñar cada etapa para que el punto de operación se localice máxima variación simétrica para ambas etapas.

5. Realizar el cálculo de Av, Ai, Zi, Zo.

6. Realizar la simulación electrónica del amplificador para obtener las formas de onda esperadas (Vo vs Vi).

Desarrollo practico.

Redactar los pasos necesarios para llevar a cabo las siguientes actividades:

1. Medir el punto Q en ambas etapas.

2. Medir Vi, Vo, Ii, Io.

3. Obtener los valores de Av, Ai, Zi, Zo.

4. Realizar una tabla comparativa entre los valores calculados teóricamente y los medidos, verificar que sean aproximados.

5. Graficar Vo vs Vi.

Conclusiones.

Se debe dar respuesta a las siguientes cuestiones:

1.- ¿Como es la amplitud de la señal de salida con respecto a la señal de entrada? ¿Puede ser mayor la amplitud de la señal de salida que la de entrada? ¿Por qué?

2.- ¿La fase de la señal de salida es diferente con respecto a la fase de la señal de entrada? ¿Siempre hay defasamiento? ¿Que elementos provocan este fenómeno?

3.- ¿La frecuencia de la señal de salida difiere de la frecuencia de la señal de entrada? ¿Por qué?

4444

4.- ¿Qué tan diferentes son los valores calculados de los medidos? ¿Existe saturación de la señal de salida? ¿Por qué?

Equipo.

1. Osciloscopio.

2. Generador de funciones.

3. Multimetro.

4. Fuente de voltaje.

Material.

1.- Componentes calculados en el desarrollo teórico.

5555

Amplificador EC- EC

retroalimentado.

Objetivos.

Medir y comprobar la ganancia de voltaje y corriente en un circuito en cascada EC-EC retroalimentado. Así como las impedancias de entrada y salida.



1.- Defina que es retroalimentación.

2.- Tipos de retroalimentación.

3.- Características de la retroalimentación positiva y negativa.


Obtener:

1. Circuito equivalente a C.A.

2. Circuito equivalente híbrido.

Practica

2

6666

3. Analizar el equivalente híbrido y determinar la ecuación de la ganancia de voltaje, corriente y la impedancia de entrada y salida.

4. Diseñar cada etapa para que el punto de operación se localice máxima variación simétrica para ambas etapas.

5. Realizar el cálculo de Av, Ai, Zi, Zo.


Se propone experimentar el siguiente circuito:

Análisis del circuito sin retro

La ganancia de voltaje total Av t = Av1 * Av2 La ganancia de voltaje de la segunda etapa Av1

RB1 = R11 / R12 = RB 2 = R21 // R22 Zi 2 = RB 2 // hie 2

R11 = R21 = 3.3 KΩ R12 = R22 = 15 KΩ Re1 = Re2 = 130Ω Rc1 = Rc2 = 680Ω Rl = 1KΩ Icq 1 = Icq 2 = 10 mA Vceq 1 = Vceq 2 = 4 V hfe 1 = hfe 2 = 200

7777

Vo 1 = ( -hfe 1 * Ib 1 ) ( Rc 1 // Zi 2 ) Av 1 = Vo 1 Vi Vi = ( Ib 1 * hie 1 ) Av 1 = ( - hfe * Ib 1 ) ( Rc 1 // Zi 2 ) = -hfe 1 ( Rc 1 // Zi 2 ) ( Ib 1 * hie 1 ) hie 1 RB = 3.3K // 15 K = 2.7 KΩ hie 1 = hie 2 = hfe * 25 mV = 500 Ω Zi 2 = ( 27 K // 500 ) = 421 Ω Avi = ( -200 ) ( 680 // 421 ) = -104 500

La ganancia de voltaje de la 2° etapa Av 2

Vo 2 = (-hfe Ib 2 ) ( Rc 2 // Rl ) Av 2 = Vo 2 Vo 1 Vo 1 = ( Ib 2 * hie 2 ) Av 2 = (-hfe Ib 2 ) ( Rc 2 // Rl ) = -hfe ( Rc 2 // Rl ) ( Ib 2 * hie 2 ) hie 2 Av 2 = -200 ( 680 // 1000 ) = -162 500 Avt = Av 1 * Av 2 = ( -104 ) ( -162 ) = 16848 Zi = ( Rb 1 // hie 1 ) = ( 2.7 K // 500 ) = 421 Ω Zo = Rc 2 = 680 Ω

8888

Análisis del circuito con retro S-P

Suponiendo: R1 = 100 Ω R2 = 4.7 KΩ ββββ = ___R1___ = 0.0208 R1 + R2

La ganancia de la 1° etapa Av 1

hie 1 = Vt hfe Icq RB 1 = R11 // R12 R´= ( R1 // R2 ) ( 1+ hfe ) R´= ( 100 // 4.7 K ) ( 1 + 200 ) = 19.68 KΩ

Av 1 = Vo 1 = ( -hfe Ib ) ( Rc 1 // Zi 1 ) = -hfe ( Rc 1 // Zi 2 ) = -2.57 Vi Ib ( hie + R´) ( hie 1 + R´)

9999

La ganancia de la 2° etapa

Av 2 = ( -hfe Ib 2 ) ( Rc 2 // ( R1 + R2 ) // Rl ) Ib 2 hie 2 Av 2 = -hfe ( Rc 2 // ( R1 + R2 ) // Rl ) hie 2 Av 2 = -149 Avt = ( Av 1 * Av 2 ) = ( -2.57 ) ( -149 ) = 382.93

Avf = __Avt___ = 43 1 + ββββ Avf Diferencia de 5 Avf ≈≈≈≈ _1_ = ___1___ = 48 ββββ 0.0208 Av´ =_ Av Req_ = 16848 ( 827 ) = 9245.7 Req + Zo (827 + 680 ) Como Av = 16848 y Req = ( R1 + R2 ) // Rl Req = 827 Ω Avf = ___Av´___ = __ 9245__ = 47.8 ⇒ Semejante a los otros 1 + ββββ Av´ 1 + 192.3 dos procedimientos Zif = Zi ( 1 + ββββ Av´t )

Zif = 421 ( 1 + 0.208 ( 375 ) ) = 3704 Ω Zof = ____Zo____

1 + ββββ Av´t Zof = _______680_______ = 77.27 Ω 1 + ( 0.0208 * 375 )

10101010



1. Medir el punto Q en ambas etapas.

2. Medir Vi, Vo, Ii, Io.

3. Obtener los valores de Av, Ai, Zi, Zo.


5. Realizar una tabla comparativa entre el amplificador EC-EC a lazo abierto y el retroalimentado.


Conclusiones.






5.- ¿Cuáles son las ventajas de la retroalimentación?

11111111

Equipo.

5. Osciloscopio.


7. Multimetro.


Material.


12121212

Amplificador Operacional

retroalimentado.

Objetivos.

Medir y comprobar la ganancia de voltaje de un amplificador operacional retroalimentado.



1.- Defina que es un OPAMP.

2.- Tipos de retroalimentación empleada con OPAMP.

3.- Conexión S-S, S-P, P-P, P-S.


Obtener:

1. Diseñar un amplificador con retroalimentación: S-S, S-P, P-P, P-S empleando un OPAMP.

2. Realizar el cálculo de Av.


Practica

3

13131313

Se propone considerar el siguiente análisis:

RETRO S-P ( RETRO DE VOLTAJE NO INVERSOR )

R1 y R2 ⇒ elementos de retro

* Con la retro S-P el amplificador operacional se comporta como un amplificador de voltaje con Zi⇒∞ y Zo⇒0 * La retro se hace a través del divisor de voltaje que forman R1 y R2, tomando una muestra de voltaje que es proporcional a la señal de salida. * La diferencia entre el voltaje de entrada y el voltaje de retro se denomina voltaje de error. Expresado como: Verror = V1 - V2 Este voltaje se amplifica y se obtiene el voltaje de salida Vo = A ( Verror ) ECUACIONES DEL CIRCUITO El factor de retro β βVo = UR2 ⇒ βVo = __Vo R2__ ⇒ βVo = ___R2___ R1 + R2 Vo R1 + R2 ββββ = ____R2____ R1 + R2

14141414

La ganancia de lazo cerrado ALC -El voltaje de retro URl = V2 = βVo -El voltaje de error Verror = U2 - U1 ⇒ Verror = Vi - βVo -El voltaje de salida Vo = ALA ( Verror )

Sustituyendo Verror Vo = ALA ( Vi - βVo ) Vo = ALA Vi - ALA βVo Vo + ALA βVo = ALA Vi Vo ( 1 + ALA βVo ) = ALA VI Vo =____ALA______ = ALC Vi 1 + β ALA

Si en la ecuación anterior ALA β >> 1 ALC = __ALA = 1 ALA β β La ganancia en función de los elementos de retro Como ALC = 1 y β = __R2___ β R1 + R2 ALC = R1 + R2 = R1 + 1 R2 R2

La impedancia de entrada Zif = Zi ( 1 + ββββ ALA ) La impedancia de salida Zof = _____Zo____

1+ ββββ ALA

15151515

RETRO S-S ( RETRO DE CORRIENTE NO INVERSORA )

* La retro se hace a través de Rf tomando un voltaje y retroalimentándolo a la entrada inversora * Con este tipo de retro el circuito se comporta como un convertidor perfecto de voltaje a corriente con Zi ⇒∞ y Zo ⇒∞ ECUACIONES DEL CIRCUITO El factor de retro β Vo = V2 ⇒ βVo =__Vo Rf__ ∴ β = ___Rf____ Rf + Rl Rf + Rl

La relación Io / Vi La corriente de salida Io =___Vo____ Rl + Rf

El voltaje de salida Vo = ALC Vi

Sustituyendo Vo en la ecuación de Io Io = ALC Vi ⇒ Io = ___ALC____ Rl + Rf Vi Rl + Rf como ALC = 1 y β = Rf + Rl β Rf

16161616

Io = _1_ = gm Vi Rf gm = _1_ , Siemens

ΩΩΩΩ

RETRO P-P ( RETRO INVERSORA DE VOLTAJE )

* Con este tipo de retro el circuito se comporta como un convertidor perfecto de corriente a voltaje con Zi ⇒ 0 y Zo ⇒ 0 * La señal de retro se hace a través de Rf a la entrada inversora ECUACIONES DEL CIRCUITO β Io = Vo como Vo = Io Rl Rf βIo = Io Rl ⇒ β Io = _Rl ∴ β = Rl Rf Io Rf Rf De la ganancia de lazo cerrado ALC = 1 = ___1___ = Rf β _Rl Rl Rf ALC = Rf Rl

17171717

La relación de conversión Vo / Io El voltaje de salida Vo = ALA ( Verror ) ∴ Verror = __Vo__ ALA El voltaje de salida también se puede expresar como Vo = Ii Rf - Verror Vo - Ii Rf + Verror = 0 como Verror = Vo ALA Vo - Ii Rf + Vo ALA

factorizando Vo Vo ( 1 + ( 1/ ALA ) ) - Ii Rf = 0 ( Vo ) ALA + 1 - Ii Rf = 0 ALA ( Vo ) ALA + 1 = Ii Rf ALA

Como ALA >> 1 Vo ALA = Ii Rf ALA Vo = Rf Ii RETRO P-S ( RETRO INVERSORA DE CORRIENTE )

18181818

* Con esta retro el circuito se comporta como un amplificador perfecto de corriente con Zi ⇒ 0 y Zo ⇒ ∞ * La retro se hace a través del divisor de corriente que forman R1 y R2 donde la corriente en R1 se retroalimenta a la entrada inversora. ECUACIONES DEL CIRCUITO El factor de retro β β Io = Ir1 β Io = __Io R2__ ⇒ β Io = ____R2____ R1 + R2 Io R1 + R2 β = ___R2___ R1 + R2

La ganancia de lazo cerrado ALC = 1 =_____1_____ = R1 + R2 = R1 + R2 β __R2___ R2 R2 R2 R1 + R2 ALC = Io = R1 + 1 Ii R2

COMPARACIÓN DE CARACTERÍSTICAS DE LA RETRO NEGATIVA EN AMPLIFICADORES

OPERACIONALES

Retro Otro nombre

Aplicación Parámetro de salida

S-P Retro no inversora de voltaje

Amplificador de voltaje Voltaje de salida

S-S Retro no inversora de corriente

Convertidor de voltaje a corriente

Corriente de salida

P-P Retro inversora de voltaje

Convertidor de corriente a voltaje

Voltaje de salida

P-S Retro inversora de corriente

Amplificador de corriente

Corriente de salida

19191919



1. Medir Vi, Vo.

2. Obtener los valores de Av.



Conclusiones.






20202020

Equipo.

1. Osciloscopio.


3. Multimetro.


Material.


21212121

Oscilador Cambio de Fase.

Objetivos.

Comprobar el funcionamiento de un oscilador cambio de fase observando la señal de salida.



1.- Características y circuito básico de un oscilador cambio de fase.

2.- Diseño y funcionamiento de un oscilador cambio de fase.

3.- Aplicaciones de un oscilador cambio de fase.


Obtener:

1. Diseñar un oscilador cambio de fase.

2. Realizar el cálculo de Fo.

3. Realizar la simulación electrónica del oscilador para obtener las formas de onda esperadas (Vo).

Practica

4

22222222

Análisis para determinar la ecuación para fo y la ganancia mínima que deberá tener el amplificador Definimos Z1 = _1_ ; Z2 = R jWc I1, I2, I3 Corrientes de malla Para encontrar el voltaje de retro Eg se determina I3, ya que Z3I3 = Eg

-----Ecuaciones de cada malla----- Para la malla 1 Av Eg = I1Z1 + I1Z2 - I2Z0 + 0 Av Eg = Y1 ( Z1 + Z2 ) - I2Z2 + 0 ⇒ ecuación 1 Para la malla 2 0 = I2Z1 + I2Z2 + I2Z2 - I1Z2 - I3Z2 0 = -I1Z2 + Y2 ( Z1 + 2Z2 ) - I3Z2 ⇒ ecuación 2 Para la malla 3 0 = I3Z1 + I3Z2 + I3Z2 - I2Z2 + 0 0 = -I2Z2 + Y3 ( Z1 + 2Z2 ) ⇒ ecuación 3

23232323

-----Sistema de ecuaciones-----

Av Eg = Y1 ( Z1 + Z2 ) - I2Z2 + 0 ecuación 1 0 = -I1Z2 + Y2 ( Z1 + 2Z2 ) - I3Z2 ecuación 2 0 = -I2Z2 + Y3 ( Z1 + 2Z2 ) ecuación 3 Para determinar I3 = ∆ I = _determinante de I3_ ∆ S determinante general Z1 + Z2 -Z2 Av Eg -Z2 Z1 + 2Z 2 0 0 -Z2 0 ∆I 3 = Z1 + Z2 -Z2 Av Eg -Z2 Z1 + 2Z 2 0

∆I3 = ( Z2 )2 Av Eg ∆I3 = Z2 2 Av Eg Z1 + Z2 -Z2 0 -Z2 Z1 + 2Z2 -Z2 0 -Z2 Z1 + 2Z2 ∆S = Z1 + Z2 -Z2 0 -Z2 Z1 + 2Z2 -Z2

∆S = [ (Z1 + Z2) ( Z1 + 2z2 )2 ] - [ ( Z2 )2 ( Z1 + 2Z2 ) + ( Z1 + Z2 ) ( Z2 )2 ]

∆S = [ ( Z1 + Z2 ) ( Z12 + 4Z1 Z2 + 4Z22 ) ] - ( Z1 Z22 + Z1Z22 + Z23 )

∆S = Z13 + 4Z12 Z2 + 4Z1 Z22 + Z12 Z2 + 4Z1 Z22 + 4Z3 - Z1 Z22 - 2Z23 - Z1 Z22 -Z23

24242424

∆S = Z13 5Z12 Z2 + 6Z1Z22 + 2Z23

I3 = ________Z22 Av Eg___________ Z13 5Z12 Z2 + 6Z1Z22 + 2Z23 Eg = ______ Z2 Z22 Av Eg________ = _______ Av Eg Z23__________ Z13 5Z12 Z2 + 6Z1Z22 + 2Z23 Z13 5Z12 Z2 + 6Z1Z22 + 2Z23

Dividiendo entre Z23 Av = 1 + 6 Z1 + 5 Z12 + Z13 Z2 Z22 Z23 si Z1 __1__ y Z2 = R y α = Z1 jWc Z2 Av = 1 + 6α + 5α 2 + α3 Av = 5α 2 + 1 + α3 + 6 α parte real parte imaginaria Para determinar fo consideramos la parte imaginaria y la igualamos a cero ya que a la frecuencia de oscilación no deberá existir defasamiento

α3 + 6α = ; como = Z1 = 1/ jWc = __ 1__ Z2 R jWc R __1__ 3 + 6 ___1__ = 0 jWc R jWc R

25252525

-1 __ 1_ 3 + __ 6__ = 0 j Wc R jWc R __1__ 3 = __6__ ⇒ 6 = Wc R __1__ 3 Wc R Wc R Wc R 6 = __1__ 2 Wc R ( 6 ) ½ = __1__ ⇒ W = _____ 1____ Wc R ( 6 ) ½ R C Como Wo = 2ππππ fo fo = ______1______ ecuación general para la malla 2π ( 6 ) ½ R C con resistencias a tierra fo = __( 6 ) ½ __ ecuación general para la malla 2π R C con condensadores a tierra Para determinar la ganancia mínima del amplificador consideramos la parte real Av = 5 2 + 1 Av = 5 __1__ 2 + 1 jWCR como j2 = -1 y __1__ 2 = 6 W RC

26262626

Av = -5 ( 6 ) +1 Av = -30 + 1

Av = -29

Malla con resistencias a tierra con elementos discretos

Malla con condensadores a tierra con elementos discretos

27272727

Malla con condensadores a tierra con elementos activos

Malla con resistencias a tierra con elementos activos



1. Medir Vo.

2. Medir Fo.


4. Graficar Vo.

28282828

Conclusiones.


1.- ¿La señal de salida es completamente senoidal? ¿Por qué?

2.- ¿La señal de salida oscila a la frecuencia calculada?

3.- ¿Qué tan diferentes son los valores calculados de los medidos? ¿Por qué?

Equipo.

1. Osciloscopio.

2. Multimetro.


Material.


29292929

Oscilador Puente de Wien.

Objetivos.

Comprobar el funcionamiento de un oscilador puente de Wien observando la señal de salida.



1.- Características y circuito básico de un oscilador puente de Wien.

2.- Diseño y funcionamiento de un oscilador puente de Wien.

3.- Aplicaciones de un oscilador puente de Wien.


Obtener:

1. Diseñar un oscilador puente de Wien.



Practica

5

30303030

Análisis para determinar la ecuación para la frecuencia de oscilación ( fo ) y el valor de la ganancia mínima que debe tener el amplificador. La malla de retro definiendo el factor de retro

β = _V2_ V1

Por divisores de voltaje

V2 = _V1 Zp_ V2 Zp

Las impedancias Zs y Zp

Zs = R1 + Xc1 = R1 - jXc1

Zp = R2 // Xc2 = _ -jXc2 R2_ -jXc2 + R2

Sustituyendo Zp y Zs en la ecuacion de β __ -jXc2 R2___ β= __zp___ = ______ R2 - jXc2_________ Zs + Zp ( R1 - jXc1 ) - jXc2 R2__ R2 - jXc2 Resolviendo el denominador

R1 - jXc1 - _jXc2 R2_ = ( R1 - jXc1 ) ( R2 - jXc2 ) - jXc2 R2 1 R2 - jXc2 R2 - jXc2

31313131

= R1 R2 - jXc2 R1 - jXc1 R2 - Xc1 Xc2 - jXc2 R2

R2 - jXc2 - jXc2 R2 β = ____________jXc2- R2_________________________ R1 R2 - jXc2 R1 - jXc1 R2 - Xc1 Xc2 - jXc2 R2 R2 - jXc2 β = _______________- jXc2 R2_______________________ R1 R2 - Xc1 Xc2 - jXc2 R1 - jXc1 R2 - jXc2 R2 Parte real Parte imaginaria Para determinar la ecuación para la frecuencia de oscilación ( fo ) tomamos la parte real y la igualamos a cero ya que el criterio de fase establece que a la fo existirá un defasamiento de 0º de la señal.

∴ R1 R2 - Xc1 Xc2 = 0

R1 R2 = Xc1 Xc2

R1 R2 = _ 1___ * __1__ Wo C1 Wo C2

R1 R2 =____1____ Wo = 2 π fo

Wo 2 C1 C2

fo 2 =_________1_________ ( 2 π ) 2 C1 C2 R1 R2 fo =________ 1___________ Fórmula general ( 2 π ) ( C1 C2 R1 R2 ) ½

32323232

Si C1 = C2 = C y R1 = R2 = R

∴ fo = _____1________ 2π ( C 2 R 2 ) ½

fo = ___1___

2ππππ R C

CIRCUITO OSCILADOR PUENTE DE WIEN CON ELEMENTOS DISCRETOS Y CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL

En el circuito R2 no se pone físicamente sino que se considera la impedancia de entrada ( Zi = Rb1 // hie1 )

Ra y Rb ⇒ retro negativa

R1 C1 y R2 C2 ⇒ retro positiva

33333333

R3 y R4 ⇒ retro negativa

R1 C1 y R2 C2 ⇒ retro positiva

Para determinar la ganancia mínima tomamos parte imaginaria y

tomando el criterio de fase y el de magnitud ββββ A =1 ∴∴∴∴ A = 1 / ββββ como β = _________Xc2 R2_________ jXc2 R1 - jXc1 R2 - jXc2 R2

A = jXc2 R1 - jXc1 R2 - jXc2 R2 Xc2 R2 A = jXc2 R1 - jXc1 R2 - jXc2 R2 = R1 + Xc1 + 1 Xc2 R2 Xc2 R2 Xc2 R2 R2 + Xc2

Si R1 = R2 y Xc1 = Xc2

Amin = 1+1+1 = 3

Amin = 3

34343434



1. Medir Vo.

2. Medir Fo.


4. Graficar Vo.

Conclusiones.




3.- ¿Qué tan diferentes son los valores calculados de los medidos? ¿Por qué? ¿Cuál es el rango de frecuencias en el que operan los osciladores RC?

Equipo.

1. Osciloscopio.

2. Multimetro.


Material.


35353535

Oscilador Colpitts.

Objetivos.

Comprobar el funcionamiento de un oscilador Colpitts observando la señal de salida.



1.- Características y circuito básico de un oscilador Colpitts.

2.- Diseño y funcionamiento de un oscilador Colpitts.

3.- Aplicaciones de un oscilador Colpitts.


Obtener:

1. Diseñar un oscilador Colpitts.



Practica

6

36363636

ANALISIS GENERAL DE LOS OSCILADORES LC

Representación a bloques

Circuito equivalente

Del circuito equivalente La ganancia sin retro A = Vo Vi Vo = ( - Av Vi ) ( ZL ) ZL + Zo Vo = _-Av ZL_ = A Vi ZL + Zo ZL = ( Z1 + Z3 ) // Z2 = ( Z1 + Z3 ) Z2 Z1 + Z2 + Z3 El factor de retro: el voltaje de retro es UZ1 βVo = UZ1

37373737

β Vo =_Z1 Vo_ ⇒ β = ___Z1___ Z1+ Z3 Z1 + Z3 Haciendo el producto βA Como __-Av ZL__ = A ZL + Zo Sustituyendo ZL Z1 Z2 + Z2 Z3 A = - Av Z1 + Z2 + Z3 Z1 Z2 + Z2 Z3 Z1 + Z2 + Z3 + Zo Y β = ___Z1___ Z1 + Z3 Z1 Z2 + Z2 Z3 Aβ = - Av Z1 + Z2 + Z3 ___ Z1__ Z1 Z2 + Z2 Z3 Z1 + Z3 Z1 + Z2 + Z3 + Zo Resolviendo Z1 Z2 + Z2 Z3 + Zo = Z1 Z2 + Z2 Z3 + (Z1 + Z2 + Z3 )( Zo ) Z1 + Z2 + Z3 Z1 + Z2 + Z3 _____Z2 ( Z1 + Z3 )___ Aβ = ____-Av ( Z1 + Z2 + Z3 )____________ ___Z1___ Z1 Z2 + Z2 Z3 + (Z1 + Z2 + Z3 )( Zo ) Z1 + Z3 Z1 + Z2 + Z3 Aβ = __________-Av Z1 Z2_____________ Z2 ( Z1 + Z3 ) + Zo ( Z1 + Z2 + Z3 ) Como Z1, Z2 y Z3 serán reactancias

38383838

Zi = jX1 Z2 = jX2 Z3 = jX3 A β = __________- Av jX1 jX2_________________ jX2 ( jX1 + jX3 ) + Zo ( jX1 + jX2 + jX3 ) Aβ = ____________Av X1 X2_____________ jZo ( X1 + X2 + X3 ) - X2 ( X1 + X3 ) parte real parte imaginaria Para cumplir con el criterio de fase se toma la parte imaginaria y se iguala a cero, ya que a la frecuencia de oscilación no debe existir defasamiento. X1 + X2 + X3 = 0 ∴ X3 = -X1 - X2 Para cumplir con el criterio de magnitud la parte real y el

producto Aββββ = 1 Aβ = ___Av X1 X2____ -X2 ( X1 + X3 ) Como X3 = -X1 - X2 y Aβ = 1 1= ______Av X1 X2_____ ⇒ 1 = Av X1 X2 -X2 ( X1 + (-X1 - X2)) X2 X2 1 = Av X1 ∴ Av = X2 X2 X1

De la ecuación X3 = -X1 - X2 si X2 y X1 son reactancias capacitivas X3 deberá ser reactancia inductiva y el circuito oscilador con esta malla se denomina oscilador Colpitts

39393939

De la ecuacion X1 + X2 + X3 = 0 X1 = X2 ⇒ reactancias capacitivas X3 ⇒ reactancia inductiva Sustituyendo en la ecuación anterior _- 1__ - __1__ + Wo L = 0 Wo C1 Wo C2 Multiplicando por Wo _Wo__ - __Wo__ + Wo 2 L = 0 Wo C1 Wo C2 Wo 2 L = _1_ + _1_ como Wo = 2π fo C1 C2 ( 2π fo ) 2 L = _1_ + _1_ C1 C2 fo 2 = _1_ + _1_ = C2 + C1 = C2 + C1 ___C1___C2__ __C2 C1__ ( 2π ) 2 L ( 2π ) 2 L ( 2π ) 2 L

40404040

Fo = _1_ _Ci + C2__ = _1_ __1___ 2π L ( C1 C2 ) 2π L ceq Si C1 = C2 Ceq = _C1 C2_ C1 + C2 De la ecuación Av = X2 como X1 = X2 = reactancia inductiva X1 _- 1___ Av =_Wo C2__ = Wo C1 Si C1 = C2 __- 1__ Wo C2 Wo C1

Av min = 1

Circuito oscilador Colpitts con BJT

41414141

Circuito oscilador Colpitts con JFET

Circuito oscilador Colpitts con amplificador operacional



1. Medir Vo.

2. Medir Fo.


4. Graficar Vo.

42424242

Conclusiones.





Equipo.

1. Osciloscopio.

2. Multimetro.


Material.


43434343

Oscilador Hartley.

Objetivos.

Comprobar el funcionamiento de un oscilador Hartley observando la señal de salida.



1.- Características y circuito básico de un oscilador Hartley.

2.- Diseño y funcionamiento de un oscilador Hartley.

3.- Aplicaciones de un oscilador Hartley.


Obtener:

1. Diseñar un oscilador Hartley.



Practica

7

44444444

Recordando que para cumplir con el criterio de fase se toma la parte imaginaria y se iguala a cero, ya que a la frecuencia de oscilación no debe existir defasamiento. X1 + X2 + X3 = 0 ∴ X3 = -X1 - X2 Para cumplir con el criterio de magnitud la parte real y el

producto Aββββ = 1 Aβ = ___Av X1 X2____ -X2 ( X1 + X3 ) Como X3 = -X1 - X2 y Aβ = 1 1= ______Av X1 X2_____ ⇒ 1 = Av X1 X2 -X2 ( X1 + (-X1 - X2)) X2 X2 1 = Av X1 ∴ Av = X2 X2 X1

De la ecuación X3 = -X1 - X2 si X1 y X2 son reactancias inductivas y X3 es una reactancia capacitiva el circuito se denomina oscilador Hartley.

45454545

Circuito oscilador Hartley con BJT

Circuito oscilador Hartley con amplificador operacional



1. Medir Vo.

2. Medir Fo.


4. Graficar Vo.

46464646

Conclusiones.




3.- ¿Qué tan diferentes son los valores calculados de los medidos? ¿Por qué? ¿Cuál es el rango de frecuencias en el que operan los osciladores LC?

Equipo.

1. Osciloscopio.

2. Multimetro.


Material.


47474747

Oscilador de Cristal.

Objetivos.

Comprobar el funcionamiento de un oscilador de cristal observando la señal de salida.



1.- Características y circuito básico de un oscilador de cristal.

2.- Diseño y funcionamiento de un oscilador de cristal.

3.- Aplicaciones de un oscilador de cristal.


Obtener:

1. Diseñar un oscilador de cristal.



Practica

8

48484848

Si se sabe que el cristal puede reemplazar al circuito LC en el oscilador y que la frecuencia de un oscilador controlado por cristal es muy estable. Se sugiere comprobar el funcionamiento del siguiente circuito. En el se muestra un oscilador controlado por cristal, cuyo circuito básico es el de un oscilador Colpitts.

A continuación se muestran algunos circuitos osciladores con cristal.

49494949



1. Medir Vo.

2. Medir Fo.


4. Graficar Vo.

Conclusiones.





Equipo.

1. Osciloscopio.

2. Multimetro.


Material.


50505050

Limitadores y recortadores.

Objetivos.

Experimentar y comprobar el funcionamiento de los circuitos limitadores y recortadores empleando componentes discretos.



1.- Características y circuitos básicos de los circuitos limitadores y recortadores.

2.- Diseño y funcionamiento de los limitadores y recortadores.

3.- Aplicaciones de los limitadores y recortadores.


Obtener:

1. Diseñar cada uno de los diversos circuitos limitadores y recortadores mencionados en la bibliografía.

2. Realizar la simulación electrónica de los circuitos para obtener las formas de onda esperadas (Vo vs Vi).

Practica

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51515151

RECORTADORES SERIE

52525252

RECORTADORES PARALELO

RECORTADO DOBLE POLARIZADO

53535353



1. Medir Vo.

2. Medir Vi.


Conclusiones.


1.- ¿Cuál es el comportamiento de los circuitos limitadores?

2.- ¿Cuál es el comportamiento de los circuitos recortadores?

3.- ¿Cuáles son las principales ventajas de los circuitos experimentados?

Equipo.

1. Osciloscopio.

2. Generador de funciones

3. Multimetro.


Material.


54545454

Circuitos Fijadores.

Objetivos.

Experimentar y comprobar el funcionamiento de los circuitos fijadores empleando componentes discretos.



1.- Características y circuitos básicos de los circuitos fijadores.

2.- Diseño y funcionamiento de los circuitos fijadores.

3.- Aplicaciones de los circuitos fijadores.


Obtener:

1. Diseñar cada uno de los diversos circuitos fijadores mencionados en la bibliografía.

2. Realizar la simulación electrónica de los circuitos para obtener las formas de onda esperadas (Vo vs Vi).

Practica

10

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CIRCUITO FIJADOR DE NIVEL POSITIVO

--Funcionamiento--- 1.- Si en el primer semiciclo de Vi es el positivo, D está bloqueado ( no conduce ) y C permanece prácticamente descargado debido a la alta constante de tiempo RC, mucho mayor que la duración del semiciclo. 2.- Cuando aparece el semiciclo negativo, D se polariza directamente con lo cual presenta muy baja resistencia y C se carga al valor pico negativo de Vi con la polaridad indicada. 3.- Al llegar nuevamente el semiciclo positivo D se bloquea y C permanece prácticamente a la totalidad de su carga debido a la alta constante de tiempo RC. En este momento la tensión de salida Vo vale entonces la suma de Vi y Uc ya que las dos tensiones quedan en serie con respecto a la salida, por lo tanto, Vo ≈ 2Vp 4.- De esta forma se consigue cargar el condensador durante el primer semiciclo negativo al valor Vp y hacerlo permanecer así indefinidamente pudiéndolo sustituir por una fuente de la misma tensión Vp y la misma polaridad como se muestra en la siguiente figura.

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CIRCUITO FIJADOR NEGATIVO

---Funcionamiento--- La diferencia con el fijador positivo radica , exclusivamente en la inversión del diodo que provoca el cambio de polaridad en la carga de C y por lo tanto, el signo con la suma de Vi, por lo cual el eje de referencia es Vp en sentido negativo quedando todos los valores de Vo por debajo de cero. CIRCUITO FIJADOR POSITIVO POLARIZADO POSITIVAMENTE

---Funcionamiento---

La fuente de tensión Vr proporciona un voltaje adicional que carga al condensador a una tensión prácticamente constante, equivalente a la suma de la tensión Vp y de Vr, consiguiendo de esta forma un desplazamiento adicional del eje de referencia al que se producía en el fijador positivo sin polarizar. Hay que observar que cuando C se carga la polaridad de Vi y de Vr están en serie y por ello se suman, como se ve en el diagrama de tensiones de Vo.

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CIRCUITO FIJADOR POSITIVO POLARIZADO NEGATIVO

---Funcionamiento---

Estudiando las polaridades de Vi durante el semiciclo de carga de C, que es el negativo y de Vr se aprecia que éstas se restan por estar en oposición de polaridad, por lo tanto el desplazamiento conseguido en este caso es menor, quedando parte del semiciclo negativo con valores inferiores a cero, como se muestra en el diagrama de tensiones. CIRCUITO FIJADOR NEGATIVO POLARIZADO NEGATIVAMENTE

---Funcionamiento--- Su respuesta es similar a la del fijador positivo polarizado positivamente solamente que el Vr es negativo y a partir de ese punto se tiene la variación de la señal de Vo.

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FIJADOR NEGATIVO POLARIZADO POSITIVAMENTE

---Funcionamiento--- La acción de este circuito es similar al fijador positivo polarizado negativamente, solamente que la acción de Vr es positiva, por lo tanto, se desplaza este valor positivamente. CALCULO DE CIRCUITOS FIJADORES λ = RT C Tp = __T ⇒ Tiempo 2 de pulso

λ = ( R // Rr ) C

λλλλ ≈≈≈≈ RC T = _1_ f En el circuito se debe cumplir que: λλλλ >>>>>>>> Tp

λλλλ = 100Tp Como λ= RC 100 Tp = RC ∴ C = 100 Tp R Y que: R = ( Rr * Rf )½

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1. Medir Vo.

2. Medir Vi.


Conclusiones.


1.- ¿Cuál es el comportamiento de los circuitos fijadores?

2.- ¿Cuáles son las principales ventajas de los circuitos fijadores?

Equipo.

1. Osciloscopio.

2. Generador de funciones

3. Multimetro.


Material.


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Multivibrador Biestable y

Monoestable.

Objetivos.

Experimentar y comprobar el funcionamiento de los multivibradores biestable y monoestable empleando componentes discretos.



1.- Características y circuitos básicos de los multivibradores biestable y monoestable.

2.- Diseño y funcionamiento de los multivibradores biestable y monoestable.

3.- Métodos de disparo y aplicaciones de los multivibradores biestable y monoestable.


Obtener:

1. Diseñar cada uno de los diversos multivibradores biestable y monoestable mencionados en la bibliografía.

Practica

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2. Realizar la simulación electrónica de los circuitos para obtener las formas de onda esperadas.

En el multivibrador biestable para producir el cambio de estado se tendrá que aplicar impulsos de polaridad adecuada a las bases de los transistores.

FUNCIONAMIENTO AL APLICAR UN PULSO EXTERNO DE DISPARO

1.- Los diodos D1 y D2 hacen que el circuito responda a impulsos de única polaridad ( positivos o negativos ) 2.- Suponiendo T2 en saturación y T1 en corte R1 y R2 quedarían a potenciales próximos a Vcc y tierra respectivamente. 3.- Si en Vd ( voltaje de disparo ) aplicamos una onda cuadrada de amplitud suficiente el circuito cambiara de estado cada vez que se produzca un flanco de bajada ( invirtiendo D1 y D2 en un flanco de subida ), debido al efecto diferenciador producido por C1 R1 y C2 R2. Cuando cada uno de ellos se conmute a tierra a través de T1 o de T2 respectivamente. De esta forma el circuito se comporta como un divisor de frecuencia, ya que la frecuencia de Vo1 y Vo2 es la mitad que la de Vd, ya que como en cualquier onda cuadrada se presenta un flanco de bajada por ciclo y como un ciclo d Vo1 o Vo2 representa un

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estado de corte y otro de saturación de los transistores, son precisos dos flancos de bajada y por lo tanto dos ciclos de Vd para obtener uno de Vo1 o Vo2; por ello la frecuencia de salida es la mitad de la de Vd según se muestra en el sincrograma siguiente. SINCROGRAMA MULTIVIBRADOR BIESTABLE

DISEÑO DE MULTIVIBRADOR BIESTABLE 1.- Calculo de dos circuitos interruptores simétricos -Asignar Ic sat, calcular Rc y Rb, suponiendo T1 = T2 Por lo tanto: Rb1 = Rb2 Rc1 = Rc2 2.- λλλλ = R1 C1 = R2 C2 T = 1 / f λ < T

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El multivibrador monoestable pertenece a los de funcionamiento excitado, ya que permanecen en un estado determinado, mientras no se les aplique una señal exterior que les haga cambiar al estado contrario, para posteriormente, regresar nuevamente al de reposo y permanecer en él hasta la presencia de un nuevo impulso de excitación. Por lo tanto, este multivibrador posee un estado permanente y otro transitorio. El multivibrador monoestable no es estrictamente un oscilador pero en determinadas circunstancias se puede comportar como tal, aunque siempre controlado por una señal exterior. CIRCUITO MULTIVIBRADOR MONOESTABLE Suponemos inicialmente T2 en saturación, debido a la ausencia de tensión en la base de T1, este permanecerá en corte ya que Vo 2 = 0. En estas circunstancias C1 se carga a través de R1 y de la unión base-emisor de T2 y el circuito permanece en esta situación indefinidamente. Circuito de carga de C1 *Si aplicamos un impulso de amplitud suficiente en Vo 1, T1 pasara a saturación, por lo que Vo 1 se hará prácticamente cero y en la base de

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T2 se reflejara una tensión negativa de valor aproximado a -Vcc que hará que T2 pase al corte; por lo tanto Vo 2 tomará un valor aproximado a Vcc y la base de T1 quedara polarizada positivamente a través de R3 y R4, que garantizan que T1 permanezca en saturación. Desde el instante en que T1 pasa a saturación, C1 comienza a descargarse a través de R2 y T1, y lo hará en un tiempo t = 0.69 R2 C1. Circuito de descarga de c1 * Una vez descargado empezara a cargarse en sentido contrario, esto es, la placa conectada a la base de T2 se hará positiva y una vez que alcanza tensión suficiente en este punto T2 pasara a saturación, por lo que Vo 2, se hace cero y de nuevo T1 pasa al corte hasta la aparición de un nuevo impulso de disparo. * D1 no tiene mas misión que aplicar solamente los impulsos negativos de Vo a la base de T2. SINCROGRAMA

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Un multivibrador monoestable puede emplearse como generador de onda cuadrada simétrica a partir de una señal de impulsos de corta duración si se diseña el circuito para que el tiempo que dure el estado transitorio sea la mitad del periodo de la señal de disparo. Se puede emplear como circuito de retardo o circuito de repolarización, ya que un impulso de corta duración puede hacer permanecer al circuito en un estado determinado durante un tiempo previamente fijado, es decir, a partir de un impulso de corta duración se puede conseguir otro de duración mayor. DISEÑO DE MULTIVIBRADORES MONOESTABLES Circuito inversor -Dar Ic sat, Vcc Calcular Rc1 = Rc2 = Vcc Ic sat Calcular R3 = Rb1 = Vcc - Ube Ibsat Ib sat = Ic sat 10 Para los valores de C1 R2 -La constante de tiempo t = 0.69 R2 C1 El periodo de la señal de disparo T = 2 t f = 1 T

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Para el circuito diferenciador T <<<< λλλλ

λλλλ = RC



1. Medir la señal de salida.

2. Graficar la señal de salida.

Conclusiones.


1.- ¿Cuál es el comportamiento de los multivibradores biestables?

2.- ¿Cuál es el comportamiento de los multivibradores monoestables?

Equipo.

1. Osciloscopio.

2. Multimetro.


Material.


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Multivibrador Astable y Schmitt

Trigger

Objetivos.

Experimentar y comprobar el funcionamiento de los multivibradores astable y schmitt trigger empleando componentes discretos.



1.- Características y circuitos básicos de los multivibradores astable y schmitt trigger.

2.- Diseño y funcionamiento de los multivibradores astable y schmitt trigger.

3.- Sincronización del multivibrador astable.

4.- Curva de histéresis del multivibrador schmitt trigger.

5.- Aplicaciones de los multivibradores astable y schmitt trigger.

Practica

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Obtener:

1. Diseñar cada uno de los diversos multivibradores astable y schmitt trigger mencionados en la bibliografía.

2. Realizar la simulación electrónica de los circuitos para obtener las formas de onda esperadas.

Un multivibrador astable es un oscilador, cuya frecuencia depende de la carga y descarga de condensadores. Estas cargas y descargas son provocadas por la conmutación de los transistores. A continuación se muestra la configuración básica de un multivibrador astable: * Si en el circuito suponemos T1 = T2, R1 = R4, R2 = R3 y C1 = C2 la forma de cualquiera de las salidas será simétrica, es decir, la duración de ambos niveles de tensión de cada ciclo será idéntica y la frecuencia de salida viene determinada por los valores de C1, C2, R2 y R3, si se rompe la igualdad de los componentes anteriores, la forma de onda de salida será asimétrica. * Las formas de onda de salida Vo1 y Vo2 , están desfasadas 180° ; mientras una esta en su nivel superior la otra esta en el inferior. Esto es debido a la situación de T1 en corte y T2 en saturación y viceversa. * Una vez alcanzada la situación de T2 y T1 en corte, C1 se empezara a cargar a través de T2 ( cortocircuito ) y R1, y, como el punto de unión

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de C1 y R2 esta conectado a la base de T2 es insuficiente para que T2 permanezca saturado, con lo que al conducir menos tensión Vo2 aumentara iniciando el proceso descrito anteriormente, pero en sentido contrario, es decir, llevando a T1 a saturación y a T2 al corte. Mientras C1 adquiría carga para provocar tal cambio, C2 se va descargando. Lo expuesto hasta aquí se puede considerar el proceso de arranque de la oscilación. Recordando que: * C1 estaba prácticamente descargado * C2 estaba totalmente cargado * T1 estaba en corte * T2 estaba en saturación En estas circunstancias, C2 encuentra un camino de descarga a través de R3 y T2 ( cortocircuito ) y C1 se carga a través de la unión base-emisor de T2 y de R1

Momentáneamente, la base de T1 se encuentra sometida a un potencial de -Vcc aproximadamente. A partir del instante en que T2 pasa a saturación ,C2 se empieza a descarga, tardara un tiempo

T2 = 0.69 C2 R3

En un tiempo de menor duración se habrá cargado C1, ya que

C1 = C2 y R1 <<<<<<<< R3 Un vez que C2 se ha descargado totalmente empezara a cargarse en sentido contrario, esto es, el punto de unión de C2 y R3 será ligeramente positivo, por lo que también se aplicara polarización directa a la base de T1, que provocara el cambio en el circuito y que

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sitúa T1 en saturación y a T2 en corte, comenzando T2 a cargarse a través de su circuito de carga y C1 a descargarse a través de R2 y T1 ( saturación ). De forma análoga el proceso anterior, la base de T2 se encuentra en el instante de la conmutación sometida a un potencial negativo próximo a -Vcc que va disminuyendo según se carga C1; lo hará en un tiempo

T1 = 0.69 R2 C1 Una vez extinguida la carga de C1, este adquiere una pequeña carga en sentido contrario, que hará de nuevo conmutar al circuito, pasando T2 a saturación y a T1 a corte, con lo que se inicia un nuevo ciclo, por lo tanto se deduce que un ciclo tendrá un periodo

T = t2 + t1 como C1 = C2 y R2 = R3 tendremos que: T 2(0.69 R2 C1 )

T = 1.38 R2 C1 Esta expresión es válida para un circuito simétrico, en caso contrario la duración del ciclo será: T = t1 + t2 = 0.69 R2 C1 + 0.69 C2 R3 , por lo que, en cualquiera de los dos casos, la frecuencia de oscilación es conocida con facilidad. SINCROGRAMA

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CIRCUITO ASTABLE MEJORADO

En el circuito Schmitt Trigger dos valores finitos de voltaje de entrada son la causa de que en el circuito ocurra el cambio de estado en los transistores. Debido a que el circuito cambiara de estada solo en estos niveles de voltaje de entrada, este circuito es utilizado para discriminar una señal entre ciertos niveles de voltaje o como generador de onda cuadrada. CIRCUITO BÁSICO

SINCROGRAMA

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FUNCIONAMIENTO BÁSICO * cuando no se tiene voltaje de entrada ( Vi ), T1 se encontrara en corte y T2 en saturación * La caída de tensión en Re es definida como Ve y a un tiempo t1 el voltaje de salida es Ve 2 + Vce sat * La amplitud del voltaje de entrada aplicada para que T1 conduzca es llamada potencial superior de disparo ( UTP ) o nivel superior de disparo. UTP = Ve 2 + Ube 2 Ve 2 → Caída de tensión en Re cuando T2 conduce a saturación.

Ube 2 → Valor necesario de polarización mínima para llevar al

transistor a la región activa. * La amplitud de voltaje requerida para que T2 regrese a su estado de saturación se le conoce como nivel inferior de disparo ( LTP ). * El circuito no podrá regresar a su estado inicial hasta que el voltaje en R2 sea equivalente a la caída de tensión en Re cuando T1 conduce. * La amplitud del voltaje de entrada para el cual esta acción de conmutación ocurre, es menor que UTP debido a que el voltaje es una fracción del voltaje de entrada amplificada que se tiene de Vc 1 a tierra. * La frecuencia de salida de este dispositivo no va a depender de la señal de entrada, sino del numero de veces que ésta alcance un valor superior al de referencia fijado. Si la señal de entrada alcanza intervalos constantes de tiempo valores superiores al de referencia, la señal de salida será de igual frecuencia a la de entrada. En este caso, el disparador se convierte en un dispositivo sencillo y útil par, a partir de una señal, por ejemplo senoidal, otra rectangular de igual frecuencia. * El voltaje de nominado de histeresis es: Vh = UTP - LTP. Este voltaje se consigue con la resistencia de emisor, común a ambos transistores, que hace retroalimentación de un transistor a otro.

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1. Medir la señal de salida.

2. Graficar la señal de salida.

Conclusiones.


1.- ¿Cuál es el comportamiento de los multivibradores astables?

2.- ¿Cuál es el comportamiento de los multivibradores schmitt trigger?

Equipo.

1. Osciloscopio.

2. Multimetro.


Material.


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