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MANUAL DE LABORATORIO INEL-4077

Preparado por: Cesar Augusto Aceros Moreno

Corregido por:

Michael A. Rodrguez Meyer

Versin: Agosto 13 de 2007

UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO RECINTO UNIVERSITARIO DE MAYAGUEZ

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA Y COMPUTADORAS

2007

CONTENIDO CARTA AL ESTUDIANTE Practica 1: Elementos bsicos para el trabajo de Laboratorio. Practica 2: Serie y Paralelo de Resistencias. Practica 3: Leyes de Kirchhoff y Superposicin. Practica 4: Diodo Semiconductor. Practica 5: Aplicaciones del Diodo Semiconductor. Practica 6: Reguladores de Voltaje. Practica 7: Transistor 1. Practica 8: Transistor 2. Practica 9: Amplificador Operacional. Practica 10: Circuitos de Lgica.

CARTA AL ESTUDIANTE

Apreciado Estudiante: Desde que fui estudiante y ahora en mis anos de trabajo dedicados a la docencia, he tenido la experiencia de que los estudiantes hemos tomado y toman los laboratorios como algo accesorio y solo un requisito que cumplir. Esto es algo que creo ha sido fruto de unos manuales de laboratorio ridos que buscan hacer prcticas complicadas que no conectan la teora con la prctica de una forma que el estudiante disfrute. El propsito de este manual es tratar de corregir los errores que creo siempre han tenido los manuales de laboratorio y que sea para ustedes una oportunidad de crecimiento personal (este en ultimas debera ser el fin de la educacin). Espero que sea una experiencia de enriquecimiento para sus vidas. El camino del conocimiento es un camino que solamente uno decide cuando arranca a recorrer y los maestros nos acompaan en los primeros pasos, espero que este manual y las practicas con sus instructores sean una motivacin para que ustedes inicien ese camino y sigan adelante. La electrnica puede ser apasionante y enamoradora aparte de ser una fuente de soluciones para muchos problemas en sus vidas. Las prcticas tendrn al final una serie de preguntas que el estudiante deber responder de manera personal para saber si ha alcanzado los propsitos para los cuales la prctica fue diseada. Las prcticas no deben ser vistas como entes separados, todas estn entrelazadas y se necesitan. Particularmente importantes son las practicas 1 a la 4 que son la base para seguir adelante. Por ultimo este manual no pretende ser una camisa de fuerza y como todo en la vida siempre estar inconcluso y sus aportaciones son valiosas para el enriquecimiento del mismo. Cualquier sugerencia ser un placer incluirla. ( [email protected] )

mailto:[email protected]

PRACTICA 1 ELEMENTOS BSICOS PARA EL TRABAJO DE LABORATORIO.

Elementos requeridos: 10 Resistencias de valores aleatorios. Algunas cosas necesarias para la prctica: Qu es la corriente elctrica? La corriente elctrica es el flujo de electrones de un sitio a otro debido a una diferencia de potencial o voltaje. La mejor analoga de un sistema elctrico es un sistema hidrulico. En la figura aparecen dos sistemas uno elctrico y uno hidrulico que son equivalentes. En el sistema hidrulico la bomba impulsa fluido por las tuberas, en el sistema elctrico la Fuente de Corriente tiene la misma funcin solo que impulsa electrones en el circuito. La funcin de la resistencia en el sistema hidrulico es un estrechamiento que genera una cada de presin, esto es anlogo al voltaje que cae en la resistencia. La relacin entre corriente y voltaje estn definidos por la ley de Ohm (V=IR, donde V es voltaje, I es corriente y R es la resistencia).

El voltaje es anlogo a la presin y la corriente es anloga al flujo de fluido en la tubera. Qu pasa si la bomba de agua de la anterior figura vara continuamente de flujo, es decir, va desde cero a un mximo de presin y despus vuelve a un mnimo de presin y as sucesivamente? Qu crees que va a pasar con el flujo en la tubera? Lo que va a pasar es que el flujo en la tubera va a estar variando continuamente. Esto es lo que en la electricidad conocemos como AC (Corriente Alterna), porque continuamente est variando el valor del voltaje en la lnea. Un ejemplo de esto es la toma elctrica de nuestras casas. Las variaciones en el voltaje de las tomas son relativamente rpidas en trminos humanos (60 Hz, sea, 60 veces en un segundo). La electricidad es muy hermosa y ms fcil de lo que puedes pensar. Usa tu imaginacin para entenderla y veras que aprenders algo que a juzgar de mucha gente es muy difcil.

Al terminar la practica usted como estudiante deber:

- Identificar los valores de resistencias. - Medir resistencias elctricas con multimetro. - Ser capaz de montar circuitos elctricos en Breadboards.

Breadboard: Un Breadboard es un dispositivo que permite el montaje de circuitos electrnicos. Muchas veces varios dispositivos estarn conectados a un mismo punto, conocido como un nodo. En el Breadboard, varios puntos pueden estar contenidos en un mismo nodo dependiendo de su posicin en dicho Breadboard. La destreza del estudiante para el montaje de los circuitos ser fundamental para las prcticas por venir. En las siguientes figuras se muestra un Breadboard y los puntos que son comunes en el mismo.

Para entender como estn conectados los nodos, la siguiente figura muestra las conexiones internas del Breadboard.

Entendiendo Diagramas de Circuitos: A medida que realicen las prcticas, notarn que se usan diagramas para representar la estructura fsica de los circuitos. A continuacin se presenta una lista de los diferentes componentes elctricos y sus representaciones correspondientes en los diagramas:

Resistencia Fuente de Voltaje DC

Resistencia Variable o Potenciometro Diodo

Voltmetro

Nodo

Ampermetro

Amplificador Operacional

Fuente de Corriente

Switch

Fuente de Voltaje

Transistor

Fuente de Voltaje AC

Tranformador

Capacitor Ground o Tierra

Cdigos de Colores para resistencias: Las resistencias (como seguramente ya lo han experimentado en las materias relacionadas con Electricidad) son elementos fundamentales para la construccin de circuitos elctricos y sus valores se miden en Ohmios. Resistencias funcionan como barreras que impiden el flujo de corriente. Los fabricantes de resistencias manejan una codificacin para especificar los valores de las resistencias, asignando colores a cada uno de los nmeros del 0 al 9 como se ve en la siguiente tabla. Las resistencias vienen de cuatro o cinco bandas. Las de cinco bandas se llaman resistencias de precisin.

Nmero Color Nmero Color

0 Negro 5 Verde 1 Marrn 6 Azul 2 Rojo 7 Violeta 3 Anaranjado 8 Gris 4 Amarillo 9 Blanco

Ahora que sabemos los colores, qu hacemos con ellos? Bueno con los colores se puede revisar una resistencia y se tendr lo siguiente. Ver la siguiente figura:

Como se puede ver hay bandas de color. De las cuales las primeras 3 son el valor de la resistencia y la cuarta es la tolerancia, en el caso de resistencias de cuatro bandas. En las resistencias de cinco bandas, las primeras 4 son el valor de la resistencia y la quinta es la tolerancia. Son de particular inters para el curso las 3 o 4 primeras porque gracias a ellas podrn determinar el valor de una resistencia. La penltima banda representa el valor de ceros en el valor de la resistencia. La siguiente tabla muestra el valor de la tolerancia basado en el color de la ltima banda. Usualmente se puede identificar cual es la ltima banda por su ancho. La banda de tolerancia tiende a ser mas ancha de las dems bandas. La tolerancia va al final del valor de la resistencia encontrado de la forma: xxx x %.

Valor Color Valor Color 1% Marrn 10% Plateado 2% Rojo 5% Dorado

Algunos Ejemplos:

Colores Nmeros Valores Valor

Marrn Negro Rojo - Rojo 1 0 - 2 1 - 0 00 (2 ceros) 1000 Ohms = 1 K

2% Anaranjado Anaranjado

Anaranjado - Dorado 3 3 - 3 3 3 000 (3

ceros) 33000 Ohms = 33

K 5% Verde Azul Negro - Plateado 5 6 - 0 5 6 (0 ceros) 56 Ohms 10% Azul Gris Marrn - Marrn 6 8 1 6 8 (1 ceros) 680 Ohms 1%

Para las resistencias de cinco bandas el procedimiento es el mismo, por ejemplo ahora una resistencia con los siguientes colores: Marrn Negro Negro Marrn - Plateado es en nmeros 1 0 0 1 (1 ceros), lo que equivale a 1000 Ohmios = 1 K 10%. Montaje de circuitos en Breadboard: Los montajes de circuitos en breadboard, para el estudiante principiante son normalmente un poco confusos. Me propongo dar a ustedes unos tips para que puedan facilitar el paso de pasar del dibujo al breadboard. Tip 1: USE EL BOARD SIN TEMOR. Un breadboard tiene suficiente espacio para los circuitos de este curso. No tema usar una cantidad de espacio considerable en el mismo. Los estudiantes tienden a armar los circuitos muy pegados los componentes, esto es una causa comn de fallas a la hora de probar el circuito. Tip 2: TRATE DE ARMAR EL CIRCUITO COMO ESTA EN EL DIBUJO. Es una buena forma de saber donde esta cada cosa. Esto facilitara a la hora de fallas encontrar un componente. Tip 3: NO TEMA USAR JUMPERS: Si aun no sabe lo que es un jumper. Un jumper es un cable que une dos sitios en el breadboard. No tema usarlos son muy tiles en especial para cumplir el tip 2 respecto a montar los circuitos como estn dibujados. Tip 4: LA PRACTICA HACE AL MAESTRO: No se quede parado mirando a su compaero montar el circuito, involcrese en el trabajo y aprender. Al principio seguramente no le gustara como quedan los circuitos pero si usted es un auto-critico de su trabajo vera que su destreza para montaje de circuitos ira mejorando. Ahora que ya tienes los tips para montajes en el Breadboard, empecemos. PROCEDIMIENTO:

1. Lectura de Resistencias: Tomen 10 resistencias, lean los valores en las mismas de acuerdo al cdigo de colores y posteriormente mide el valor con el multimetro.

Valor Ledo Valor Medido 1 2 3 4 5

6 7 8 9 10

2. Mediciones de Corriente y Voltaje.

Tome 2 resistencias y colquelas en el valor de R. Llene la siguiente tabla. Vs = 12 Voltios.

Resistencia V (Voltios) A (Amperios)

3. Uso del Osciloscopio y del generador:

Usando un generador de funciones, monte el siguiente circuito. Ajuste el generador para: Forma de onda: Senosoidal Frecuencia : 1 KHz Vpp : 5 V

Como es la seal en el osciloscopio, dibuje la forma de onda en la prxima grafica:

Ya terminamos, ahora deber contestar las siguientes preguntas:

1) Por qu crees que un Breadboard es til para la electrnica? 2) Por qu son tiles los jumpers en un circuito montado en Breadboard? 3) Para qu se utilizan las resistencias? 4) Qu significado tiene la tolerancia de una resistencia? 5) Qu diferencia fundamental existe entre el generador AC y una fuente DC?

Mencione conclusiones de esta prctica.

PRACTICA 2 SERIE Y PARALELO DE RESISTENCIAS

Elementos requeridos: 2 Resistencias de 1 K. 2 Resistencias de 2 K. Al terminar la practica usted como estudiante deber:

- Distinguir entre un montaje de resistencias en serie y paralelo. - Que la corriente es la misma para resistencias en serie. - Que el voltaje es el mismo para resistencia en paralelo.

Qu son dispositivos en serie y paralelo? Notarn que hay varias maneras de conectar dispositivos en un circuito. Dos trminos son principales en el momento de analizar y montar circuitos: nodos y mallas. Nodos son puntos comunes en donde los terminales de dos o ms dispositivos estn localizados. Mallas son secciones de un circuito completo donde todos los componentes estan en serie. Por ejemplo, si tienes un cuadrado grande, ese cuadrado lo puedes dividir en varios cuadrados pequeos internamente. El cuadrado grande es nuestro circuito y los cuadrados pequeos que lo componen son las mallas. Se puede visualmente observar si dos dispositivos estn en serie o en paralelo mirando sus terminales. Si dos dispositivos tienen un terminal compartiendo el mismo nodo, pero su otro terminal no, es posible que los dispositivos estn en serie. Si dos dispositivos tienen un terminal compartiendo el mismo nodo y su otro Terminal tambin esta compartiendo otro nodo con el otro dispositivo, es posible que estn en paralelo.

Nota que en este caso la resistencia 1 esta compartiendo un Terminal con la resistencia 2 en el nodo A. Sin embargo en otro Terminal de la resistencia 1 esta siendo compartida con Vx, no con la resistencia 2.

Nota que en este caso la resistencia 1 esta compartiendo un Terminal con la resistencia 2 en el nodo A y su otro Terminal tambin con la resistencia 2 en el nodo B. Otra nota es que hay dos mallas en este circuito. Una malla contiene Vx y la resistencia 1, mientras que el otro contiene la resistencia 1 y 2.

Resistencia Equivalente En la primera prctica, aprendimos la Ley de Ohm y su importancia para los circuitos elctricos. Podemos obtener el voltaje total, o sea, el voltaje que se est supliendo al circuito, multiplicando la corriente total que est pasando por el circuito completo por la resistencia total del circuito. Para circuitos sencillos como los que estaban ilustrados anteriormente, necesitamos saber como encontrar el valor resistivo total del circuito. La forma de entender este concepto es imaginar que a los circuitos anteriores estuviramos substituyendo las dos resistencias por una sola con un valor equivalente para que el circuito siga funcionando igual. Para resistencias en serie, la resistencia equivalente es igual a la suma de los valores de cada resistencia individual. Para resistencias en paralelo, la resistencia equivalente es igual al recproco de la suma de todos los valores recprocos de las resistencias individuales. Esta tcnica de buscar la resistencia equivalente de dos o ms resistencias ser de gran ayuda al analizar circuitos. Req (Serie) = Ri = R1 + R2 Req (Paralelo) = ( (Ri)-1)-1 = ((1 / R1) + (1 / R2))-1 Midiendo Voltaje y Corriente en Serie o Paralelo En un circuito, la corriente que pasa por el circuito es generada por el voltaje que se esta supliendo al circuito. La corriente fluye por todo el circuito y pasa a travs de cada dispositivo. A medida que la corriente pasa por cada dispositivo, se puede medir un valor de voltaje en cada dispositivo. Dado que la corriente entra y sale por un dispositivo, siempre se mide la corriente en un nodo. Se coloca el ampermetro en el nodo de inters y la corriente entra por un terminal del ampermetro y sale por el otro Terminal sin molestar el flujo del circuito. Voltaje es medido en un dispositivo o varios. Se coloca el voltmetro sobre el dispositivo o rea de inters, donde un terminal del voltmetro toca el comienzo del rea de inters o el primer terminal del dispositivo y el otro Terminal del voltmetro toca el final del rea de inters o el segundo terminal del dispositivo. Siguiendo este principio, se dice que se mide corriente en serie y el voltaje en paralelo. Dado que la misma corriente esta pasando por todos los dispositivos de una misma malla y estos dispositivos a su vez todos estn en paralelo, el valor de corriente de dispositivos en serie es igual. El voltaje se estar dividiendo entre los dispositivos, por lo tanto, el voltaje de dispositivos en serie es distinto usualmente. Para circuitos en paralelo, lo

mencionado es inverso. El voltaje por dispositivos en paralelo es igual, pero la corriente es distinta. Divisores de Voltaje y Corriente Hay momentos cuando queremos analizar la corriente o el voltaje que pasa por un punto especfico de un circuito con resistencias solamente sin medirlo directamente. Dependiendo del arreglo del circuito, podemos calcular esto fcilmente usando un concepto llamado divisores. Como sugiere el nombre, divisores asocian el comportamiento de cmo se divide el voltaje o corriente de la fuente entre las resistencias del circuito en forma matemtica. Nota que para usar un divisor utiliza valores de resistencias o resistividad, por lo tanto, se puede aplicar este concepto a componentes como capacitares, pero solo trabajaremos con resistencias para efectos de esta informacin.

La forma genrica para un divisor de voltaje es: VOUT = VIN (R contenidos / R total). En el circuito a la izquierda, supongamos que queremos Vy. Tuviramos que hacer un divisor de voltaje entre el punto B y C, donde VIN = Vx y R contenido = R3. Ya que todas las resistencias estn en serie, R total = R1 + R2 + R3. Para el circuito a la derecha, queremos Vz, por lo tanto, R contenido ahora seria igual a R3 + R4 y R total = R1 + R2 + R3 + R4. Los divisores de corriente siguen el mismo concepto, pero su forma genrica es de la forma: IOUT = IIN (R total / R contenidos). PROCEDIMIENTO 1. Resistencias en Serie.

Monte el siguiente circuito:

Una forma de montar este circuito es la siguiente (OJO: No es la nica):

Con una fuente V1=12 V. Para los valores de R1 y R2. Llene la siguiente tabla:

R1 R2 VR1 VR2 IR1 IR21K 1K 1K 2K 2K 1K 2K 2K

2. Resistencias en Paralelo. Monte el siguiente circuito:

Con una fuente V1=12 V. Para los valores de R1 y R2. Llene la siguiente tabla:

R1 R2 VR1 VR2 IR1 IR21K 1K 1K 2K 2K 1K 2K 2K

3. Combinacin de Resistencias en Serie y Paralelo: Monte el siguiente circuito:

Con una fuente V1=12 V. Para los valores de R1, R2, R3 y R4 indicados. Llene la siguiente tabla:

R1 R2 R3 R4 VR1 VR2 IR1 IR21K 1K 2K 2K

VR3 VR4 IR3 IR4

Responda las siguientes preguntas:

1) Cmo es la corriente IR1 e IR2 en el circuito serie? 2) Cmo es el voltaje VR1 y VR2 en el circuito paralelo? 3) Qu pasa en el circuito de serie y paralelo con la corriente Is y las corrientes IR1,

IR3 e IR4? Diga sus conclusiones de esta prctica.

PRACTICA 3 LEYES DE KIRCHHOFF Y SUPERPOSICION.

Elementos requeridos: 4 Resistencias de 1 K. 1 Resistencia de 10 K. 1 Resistencia de 330 . Al terminar la practica usted como estudiante deber:

- Entender las leyes de voltaje y corriente de Kirchhoff. - Poder determinar la corriente o voltaje en cualquier punto de un circuito. - Saber como determinar valores en circuitos con mltiples fuentes de voltaje.

La Ley de Voltajes de Kirchhoff (KVL) En el siglo XIX, un fsico alemn de nombre Gustav Kirchhoff aumenta nuestro conocimiento fundamental sobre los circuitos elctricos, espectroscopia y radiacin. Entre sus contribuciones, dos conceptos fueron de gran importancia para el anlisis de circuitos. Estos dos conceptos fueron nombrados las leyes de Kirchhoff en reconocimiento al fsico. La ley de voltaje es una ley de conservacin del campo electroesttico de los circuitos y explica que la suma de voltajes alrededor de una malla cerrada debe ser igual a cero.

Para el circuito ilustrado, la fuente de voltaje Vx suple un voltaje al circuito. Si medimos las corrientes que pasan por las resistencias y usamos la ley de Ohm para determinar el voltaje en cada resistencia, vamos a notar que la suma ser igual a Vx. Este efecto muestra la KVL porque solamente hay un voltaje suplida al circuito, mientras que las otras muestran cuanto del voltaje suplido est en cada dispositivo. Podemos apreciar esto en forma matemtica como Vx = VR1 + VR2, o sea, Vx - VR1 - VR2 = 0. La Ley de Corrientes de Kirchhoff (KCL) La otra ley de Kirchhoff es una ley de conservacin de carga y explica que suma de corrientes en un circuito debe ser igual a cero. Esta ley aplicada a los nodos de un circuito nos muestra que la suma de corrientes que entran a un nodo debe ser igual a la suma de corrientes que salen del mismo nodo. Recuerda que la corriente en un circuito fluye por el circuito como agua por un sistema de tubera, por lo tanto, si el sistema de tubera se divide en un punto en tres tubos ms pequeos, el agua contina su camino por cada tubo

dividindose entre ellos. En la siguiente ilustracin, podemos notar que la corriente producida por la fuente fluye por la primera malla, pero cuando llega al nodo A, se divide en dos corrientes que pasarn por la resistencia 1 y 2. Matemticamente esto se muestra como IVx = IR1 + IR2, o sea, IVx IR1 IR2 = 0. Superposicin Si tuviramos mltiples fuentes de voltaje en serie en una malla, el voltaje total suplido al circuito seria la suma de los voltajes de cada fuente. Esto es as porque, como aprendimos anteriormente en KVL, todos los voltajes suplidos en una malla cerrada sumados a los voltajes medidos en los componentes de la malla sern igual a cero. Sin embargo, muchas veces tenemos que analizar circuitos con dos o ms fuentes de voltaje en mallas paralelas. Hay varias tcnicas para hacer esto como usar los teoremas de Thevenin y Norton, pero la discutida a continuacin se conoce como superposicin. La idea bsica es analizar el circuito con una fuente a la vez, donde las dems fuentes se sustituyen por un corto circuito (Short Circuit: un rea de un circuito donde la malla esta cerrada, pero no hay ningn dispositivo) o como si las fuentes suplieran 0 voltios. Luego se simplifica el circuito usando los conceptos aprendidos de KVL, KCL y circuitos en paralelo y en serie hasta llegar al punto de inters. Con uno de los valores necesarios, se procede a hacer lo mismo para las dems fuentes hasta terminar el anlisis. Lo siguiente es un ejemplo:

R1 = 0.33k , R2 = 1.00k , R3 = 0.33k , I3 (corriente por R3) = 3.00m A Necesitamos Vx, Vy

Si I3 es 3mA y R3 es 0.33k, podemos determinar el voltaje por el dispositivo usando la ley de Ohm V = IR. V3 ser entonces 1V.

Por cada en voltaje por un dispositivo podemos concluir que el voltaje en punto

A es 1V. Esto es debido a que el voltaje por R3 es la cada entre punto A menos punto B. Punto B esta en Ground, as que su voltaje es 0. Por lo tanto V3 = VA VB, as que 1V = VA 0. Esto termina VA = 1V.

Si queremos 1V en el punto A, significa que la suma de lo que sale desde el punto

de vista de las fuentes debe dar a 1V. Para nuestro caso vamos a imaginarnos que queremos 0.5V por cada malla del circuito. NOTA: Esta divisin fue arbitrario, pero la SUMA debe dar 1V.

Ahora aplicamos Superposicin para encontrar los voltajes de las fuentes. Vamos

a ver Vx. Imaginamos que la otra fuente est apagada. Esto nos produce el circuito:

Nota que tenemos un circuito serie-paralelo. Sabes que el voltaje que queremos

por R2 es 0.5V, pero R3 esta en paralelo con R2. Ya que voltajes en un circuito paralelo son iguales, el voltaje es igual para R2 y R3. Podemos simplificar nuestro circuito encontrando la resistencia equivalente R23:

El voltaje por R23 debe ser 0.5V y su valor en ohmios es de 0.25k. Nota que

tenemos un circuito en serie. Por divisores de voltajes podemos determinar Vx, ya que sabemos el voltaje por R23. Vx = 0.5 / (0.25 / 0.58).

Ya sabemos Vx, ahora hacemos los mismos pasos para Vy. Obtendremos 3.33V.

Con esto sabemos una de las combinaciones para obtener 3mA por el punto B. PROCEDIMIENTO 1. Montaje del Circuito para Superposicin: Monte el siguiente circuito:

2. Anlisis del Circuito: Encuentre el valor de Vx para que la corriente pasando por R5 sea de 1.5 mA. Usa el mtodo de superposicin discutido en la teora. Anote los resultados de su anlisis en la tabla que sigue. Luego conecte las fuentes de voltaje como se muestra en la figura del circuito utilizando el valor de voltaje de tu resultado. Mida las corrientes y voltajes en cada resistencia y anote sus resultados en la tabla.

Componente Valor Calculado Valor Medido

Vx R1 R2 R3 R4 R5 R6


1) Explica donde se cumple la ley de Kirchhoff de voltaje en el circuito anterior. 2) Explica donde se cumple la ley de Kirchhoff de corriente en el circuito anterior. 3) Qu valor debe tener Vx para que R4 tuviera una corriente de 3.5 mA? 4) Qu valor debe tener Vx para que R5 tuviera una corriente de 3.5 mA?

Diga sus conclusiones de esta prctica.

PRACTICA 4 DIODO SEMICONDUCTOR.

Elementos requeridos: 1 Diodo 1N4001. 1 resistencia de 560 . 1 resistencia de 330 . 1 LED. Al terminar la practica usted como estudiante deber:

- Entender el principio de un diodo semiconductor. - Saber como es la caracterstica de un diodo semiconductor. - Conocer las regiones de operacin de un diodo semiconductor.

Qu es un diodo? Un diodo es un dispositivo electrnico que restringe el flujo direccional de cargas. La idea bsica es que un diodo puede bloquear el flujo de corriente en una direccin y permitir el flujo en la otra direccin. Pueden visualizar un diodo como una vlvula de retencin en un sistema de agua. La mayora de los diodos usados hoy da son semiconductores de unin p-n, o sea, unin de material tipo p (nodo) y tipo n (ctodo). Los diodos son manufacturados de silicio (Si) o germanio (Ge). Modos de Operacin Un diodo puede dejar pasar corriente o bloquearlo dependiendo de la direccin en que est entrando la corriente por sus materiales. La direccin de entrada indica el modo de operacin del diodo y denota su comportamiento en relacin a la corriente. Cuando la corriente entra por el nodo o lado positivo, el diodo permite el flujo de corriente y se dice que el diodo esta en el modo de polarizacin directa o Foward Bias. Cuando la corriente entra por el ctodo o lado negativo, el diodo bloquea el flujo de corriente y se dice que el diodo esta en el modo de polarizacin inversa o Reverse Bias. Con estos dos modos de operacin, se puede graficar la relacin de I-V caracterstica del diodo. Observando la grfica a continuacin, podemos notar que cuando el diodo est en polarizacin directa y con aproximadamente 0.6 a 0.7 V, permite el flujo continuo de corriente.

Light Emitting Dioses (LEDs) Existen variedades de diodos con operaciones distintas. Algunos ejemplos de tipos de diodos son Schottky, Switching, Zener y Avalanche. Un tipo de diodo que se utilizar en varias ocasiones en este manual es el diodo emisor de luz o LED. Este tipo de diodo funciona como cualquier otro tipo de diodo con la excepcin de que tiene un filamento que se calienta cuando el diodo esta en polarizacin directa. Este filamento produce luz al calentarse como una bombilla. PROCEDIMIENTO 1. Curva caracterstica de un diodo semiconductor: (Polarizacin Directa) Monte el siguiente circuito:

Con el valor de R1 = 560 y el diodo 1N4001. Llene la siguiente tabla:

Vs Id Vd Vs Id Vd 0.5 15 1 20 2 25 3 30 4 6 8 10 12

2. Curva caracterstica de un diodo semiconductor: (Polarizacin Inversa) Monte el siguiente circuito:

Con el valor de R1 = 560 y el diodo 1N4001. Llene la siguiente tabla:

Vs Id Vd 0.5 4 8 12 20 25

3. Curva caracterstica de un diodo semiconductor: (Polarizacin Directa) Monte el siguiente circuito:

Con el valor de R1 = 330 y colocando el LED en la posicin del diodo. Llene la siguiente tabla:

Vs Id Vd Vs Id Vd 0.5 15 1 20 2 25 3 30

4 6 8 10 12

4. Curva caracterstica de un diodo semiconductor: (Polarizacin Inversa) Monte el siguiente circuito:

Con el valor de R1 = 330 y colocando el LED en la posicin del diodo. Llene la siguiente tabla:

Vs Id Vd 0.5 4 8 12 20 25

DIBUJE LOS DATOS DE LAS 4 TABLAS EN EXCEL O EN PAPEL MILIMETRADO. Obtenga una regresin que genere una funcin que se aproxime a estos puntos. Responda las siguientes preguntas:

1) Un diodo es un elemento bi-direccional? 2) Qu diferencias encuentra entre un diodo y una resistencia? 3) Cmo es el comportamiento del LED en polarizacin directa e inversa?


PRACTICA 5 APLICACIONES DEL DIODO SEMICONDUCTOR.

ADVERTENCIA

EN ESTE LABORATORIO SE VA A MANEJAR LINEA AC DE 120 VAC, QUE ES POTENCIALMENTE PELIGROSA.

PRECAUCIONES ADICIONALES DEBEN SER TOMADAS PARA ASEGURAR LA SALUD DE LOS ESTUDIANTES Y EVITAR DANOS EN LOS EQUIPOS.

Elementos requeridos: 1 Transformador con tap central. 2 Diodos 1N4001/02/03 o 04 1 Resistencia de 220 Ohmios (1/2W) 1 Condensador de 100 uF (16 V) Al terminar la practica usted como estudiante deber:

- Conocer experimentalmente como funciona un rectificador. - Saber la funcin del condensador de filtrado del rectificador.

Rectificadores En los circuitos elctricos, a veces solo tenemos corriente alterna (AC). La corriente AC flucta entre un valor mnimo y mximo como una onda senosoidal. Sin embargo, muchas veces necesitamos corriente directa (DC) la cual se mantiene en un valor constante. Para este propsito se utilizan los rectificadores. Los rectificadores son aplicaciones de los diodos semiconductores que convierten corriente AC a DC a travs de un proceso llamado rectificacin. La idea bsica de un rectificador es filtrar o eliminar la parte negativa de cada ciclo de corriente, haciendo que la fluctuacin se mantenga cercana a un valor constante. Rectificadores de Media Onda y Onda Completa Los rectificadores se pueden construir de dos tipos: media onda y onda completa. En los rectificadores de media onda o Half Wave, la parte negativa de la onda es eliminada y en la salida solo se ve la parte positiva o mitad de la onda completa. En los rectificadores de onda completa o Full Wave, la parte negativa se invierte al lado positivo de la onda. Dado que ondas repiten cada ciclo, esto produce un efecto en la salida ms cercana a un valor constante. En ambos casos, la salida no es completamente constante, pero dado las repeticiones de las ondas y rapidez de frecuencia, se parece mucho a un valor constante. Filtros de Salida Hay formas de aproximar la salida de los rectificadores a un valor constante ms aun. Si se aade un filtro en la salida del rectificador, se puede eliminar la pequea cada de

corriente que ocurre cuando la onda baja al valor negativo del ciclo. Un filtro comn es aadir un capacitor, conocido como un capacitor de reserva, en la salida. Cuando la corriente aumenta con cada onda positiva, el capacitor se va a cargar y cuando la corriente disminuye a su valor negativo, el capacitor se descarga ms lento que la disminucin de la corriente de la onda. Este efecto hace que la onda nunca toque el punto de cero corriente. La salida todava no es perfecta y produce una pequea fluctuacin llamado rizado o ripple, pero logra que el valor de la salida este mas cerca de un valor constante.

PROCEDIMIENTO

1. Rectificador con Tap Central (Full-wave) Monte el siguiente circuito:

Los diodos son los 1N400X. La resistencia es la de 220 ohmios (cuidado la resistencia puede calentarse). El TAP central del transformador debe estar en embobinados de 6 o 9 voltios. Dibuje la forma de onda de voltaje en la resistencia con el osciloscopio.

2. Quite D2, desconecta la resistencia del tap central y conecta la resistencia al transformador donde estaba D2. Vuelva a dibujar la seal en la resistencia.

Ahora agregue un condensador de 100 uF en paralelo con la resistencia como se muestra en la figura.

Vuelva a dibujar la forma de onda del voltaje en la resistencia, que es la misma del condensador porque estn en paralelo.

Ahora con el multimetro mida el voltaje y la corriente sobre la resistencia de 220 .

VR (Voltios) I R(Amperios)


1) Cul es la diferencia entre un rectificador Half-wave y uno Full-wave? 2) Cul es la funcin del condensador? 3) Cul es la funcin de este circuito?


PRACTICA 6 REGULADORES DE VOLTAJE.

Elementos requeridos: Todos los elementos de la practica 4. 1 Transformador con tap central. 2 Diodos 1N4001/02/03 o 04 1 Resistencia de 220 Ohmios (1/2W) 1 Condensador de 100 uF (16 V) Adicionales: 1 Regulador de Voltaje LM7805C. 1 Resistencia de 56 Ohmios

ADVERTENCIA EN ESTE LABORATORIO SE VA A MANEJAR LINEA AC DE 120 VAC, QUE

ES POTENCIALMENTE PELIGROSA. PRECAUCIONES ADICIONALES DEBEN SER TOMADAS PARA ASEGURAR

LA SALUD DE LOS ESTUDIANTES Y EVITAR DANOS EN LOS EQUIPOS. Al terminar la practica usted como estudiante deber:

- Saber para que sirven los reguladores de Voltaje. Qu son reguladores de voltaje? Reguladores de voltaje son dispositivos elctricos compuestos por varios otros componentes internamente que estn diseados para mantener un nivel constante de voltaje en su salida. La idea general es que el regulador de voltaje recibe un valor de voltaje en su entrada e internamente la regula para que en la salida se reciba un voltaje constante designado. El mtodo que usa el regulador para regular el voltaje de entrada es lo que denota el tipo de regulador que es. Algunos ejemplos de reguladores de voltajes son lineales, switching y zener. El regulador lineal funciona internamente como una resistencia variable que continuamente ajusta un sistema de divisor de voltaje para mantener una salida especifica. El regulador switching usa transistores para funcionar como un switch de prender y apagar para mantener el voltaje de salida. Los reguladores zener utilizan la regin de cada del diodo tener para mantener su salida constante. Cuando una entrada mas alta que el valor constante del regulador es recibida, el regulador de voltaje ajusta el voltaje y disipa calor. El regulador LM7805 usado en esta prctica es un regulador lineal. PROCEDIMIENTO

Monte el siguiente circuito con R=56 Ohmios:

Tome las siguientes medidas con D1 y D2 (R=56 Ohmios):

Vin Vout IR

Remueva D2 y tome las siguientes medidas:

Vin Vout IR


1) Qu diferencias encuentra entre el Vin y el Vout? 2) Cul es la funcin del regulador de Voltaje?


LM78XXSeries Voltage RegulatorsGeneral DescriptionThe LM78XX series of three terminal regulators is availablewith several fixed output voltages making them useful in awide range of applications. One of these is local on cardregulation, eliminating the distribution problems associatedwith single point regulation. The voltages available allowthese regulators to be used in logic systems, instrumenta-tion, HiFi, and other solid state electronic equipment. Al-though designed primarily as fixed voltage regulators thesedevices can be used with external components to obtain ad-justable voltages and currents.

The LM78XX series is available in an aluminum TO-3 pack-age which will allow over 1.0A load current if adequate heatsinking is provided. Current limiting is included to limit thepeak output current to a safe value. Safe area protection forthe output transistor is provided to limit internal power dissi-pation. If internal power dissipation becomes too high for theheat sinking provided, the thermal shutdown circuit takesover preventing the IC from overheating.

Considerable effort was expanded to make the LM78XX se-ries of regulators easy to use and minimize the number ofexternal components. It is not necessary to bypass the out-

put, although this does improve transient response. Input by-passing is needed only if the regulator is located far from thefilter capacitor of the power supply.

For output voltage other than 5V, 12V and 15V the LM117series provides an output voltage range from 1.2V to 57V.

Featuresn Output current in excess of 1An Internal thermal overload protectionn No external components requiredn Output transistor safe area protectionn Internal short circuit current limitn Available in the aluminum TO-3 package

Voltage RangeLM7805C 5V

LM7812C 12V

LM7815C 15V

Connection Diagrams

Metal Can PackageTO-3 (K)

Aluminum

DS007746-2

Bottom ViewOrder Number LM7805CK,LM7812CK or LM7815CK

See NS Package Number KC02A

Plastic PackageTO-220 (T)

DS007746-3

Top ViewOrder Number LM7805CT,LM7812CT or LM7815CT

See NS Package Number T03B

May 2000LM

78XX

Series

VoltageR

egulators

2000 National Semiconductor Corporation DS007746 www.national.com

PRACTICA 7 TRANSISTOR 1

Elementos requeridos: 1 Transistor 2N3904 (NPN) 1 Transistor 2N3906 (PNP) 1 Resistencia de 100 K 1 Resistencia de 1K Al terminar la practica usted como estudiante deber:

- Saber como reconocer fsicamente un transistor - Determinar con un multimetro los terminales de un transistor. - Diferenciar los transistores NPN y PNP. - Saber como se polariza un transistor.

Qu es un transistor? Transistores son dispositivos semiconductores usados comnmente como amplificadores o switches elctricamente controlados. Los transistores han sido uno de los componentes claves en la electrnica moderna gracias a su flexibilidad, confiabilidad y bajo costo. Miles de transistores son utilizados en circuitos integrados que componen la mayora de los equipos digitales y electrnicos hoy da. Reemplazaron los tubos de vaco en el siglo XX por su pequeo tamao, bajo costo, habilidad para controlar corrientes altas, alta eficiencia, largo periodo de vida, bajo disipacin de potencia, entre otras caractersticas. Internamente los transistores estn compuestos por material tipo p y n como los diodos. Se puede casi visualizar un transistor como dos diodos unidos de cierta forma. Tipos de Transistores Existen varios tipos de transistores dependiendo de sus materiales y configuracin interna. Los ms comunes son los transistores de unin bipolar (bipolar junction) o BJT y los transistores de efecto de campo (field effect) o FET. Los BJT son usados para amplificar y switching y su nombre es derivado de su funcionamiento interno que utiliza el movimiento de electrones y huecos. Tienen tres terminales denotados colector (C), base (B) y emisor (E), donde cada terminal esta conectado a uno de los materiales que componen el BJT. La relacin de las corrientes y voltajes que pasan por estos terminales dicta sus regiones de operacin y sus relaciones matemticas para anlisis de circuitos. Los BJT tienen tres tipos de configuraciones internas: NPN, PNP y Heterojunction Bipolar. Los NPN tienen dos capas de material tipo N y una de tipo P entre medio. Estos BJT son los mas comnmente utilizados, ya que el movimiento de electrones es mucho mas rpido que el movimiento de huecos y esto permite controlar mayores valores de corriente y produce mayor rapidez de operacin. Los PNP tienen dos capas de material tipo P y una de tipo N entre medio. Estos BJT funcionan con el movimiento de huecos. Los ltimos BJT estn compuestos por materiales semiconductores distintos al material N

y P. Son tiles por su habilidad de controlar frecuencias bien altas hasta varios cientos de GHz.

Los FET utilizan el campo elctrico para controlar la conductividad de los canales semiconductores. Pueden ser construidos de una variedad de materiales, pero el ms comn es el silicio. Los FET tienen tres terminales de importancia para su funcionamiento y anlisis, la cual son: gate (G), drain (D) y source (S). Hay varios tipos de FET, por ejemplo: MOSFET, JFET, CMOS, MESFET, entre otros. Vienen de dos variedades: canal P y canal N. Dado que en este manual no se utilizan los FET, no entraremos en detalle sobre sus ecuaciones o funcionamiento interno.

Regiones de Operacin Los transistores bipolares tienen cuatro regiones de operacin principales, parecido a los diodos. En cada regin, la corriente es controlado de forma distinta y las uniones o diodos internos estn en un modo distinto.

Foward Active o Activa: Unin E-B en polarizacin directa, unin B-C en polarizacin inversa, corriente del C-E es proporcional a la corriente de la base, para variaciones pequeas de corriente de base la proporcin es grande.

Reverse Active o Inversa: Unin E-B en polarizacin directa, unin B-C en polarizacin inversa, relacin de corrientes es inversa al modo activo.

Saturation o saturacin: Ambos uniones en polarizacin directa, BJT funciona como un switch abierto dejando pasar toda corriente por ella.

Cutoff o saturacin: Ambos uniones en polarizacin inversa, BJT funciona como un switch cerrado bloqueando toda corriente por ella.

Ecuaciones Tericas:

Donde VT es el voltaje termal 26 mV, T es la ganancia de corriente de base comn en activo corto circuito (0.98 a 0.998), F es la ganancia de corriente en C-E activo 20 a 500, R es la ganancia de corriente en C-E inversa 0 a 20 y IES o IS es la corriente inversa de saturacin del diodo en el B-E 1015 a 1012 A. PROCEDIMIENTO

1. Medicin de transistores. Vamos a medir los transistores que tenemos:

Con ayuda de los datasheets del transistor NPN, revise cuales son los terminales. Llene la siguiente tabla con los valores del multmetro:

Punta ROJA Punta NEGRA Voltaje en el Multimetro Base Emisor Base Colector

Colector Emisor Emisor Colector Emisor Base

Colector Base Repita el procedimiento pero ahora para el otro transistor (el PNP):

Punta ROJA Punta NEGRA Voltaje en el Multimetro Base Emisor Base Colector

Colector Emisor Emisor Colector Emisor Base

Colector Base

2. Polarizacin de transistores. Monte el siguiente circuito, con los siguientes valores: RB=100 K RC=1K

Vcc=15 V VBB variable. Ahora llene la siguiente tabla (No olvide que los valores de corriente se calculan, lo mismo que el valor de hFE):

VBB VBE VCE IC = (VCC-VCE) / RB IB = (VBB-VBE) / RC hFE=IC/IB1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Grafique en EXCEL o en papel milimetrado (IC vs VCE) e (IC vs IB):

Ic

VCEIB

Ic


- Cul es la diferencia de un transistor PNP y NPN? - Qu significa el hFE? - Un transistor es un elemento que amplifica corriente o voltaje? Justifique su

respuesta. Diga sus conclusiones de esta prctica.

CB E

TO-92

C

B

E

BC

C

SOT-223

E

NPN General Purpose AmplifierThis device is designed as a general purpose amplifier and switch.The useful dynamic range extends to 100 mA as a switch and to100 MHz as an amplifier.

Absolute Maximum Ratings* TA = 25C unless otherwise noted

*These ratings are limiting values above which the serviceability of any semiconductor device may be impaired.NOTES:1) These ratings are based on a maximum junction temperature of 150 degrees C.2) These are steady state limits. The factory should be consulted on applications involving pulsed or low duty cycle operations.

Symbol Parameter Value UnitsVCEO Collector-Emitter Voltage 40 VVCBO Collector-Base Voltage 60 VVEBO Emitter-Base Voltage 6.0 VIC Collector Current - Continuous 200 mA

TJ, Tstg Operating and Storage Junction Temperature Range -55 to +150 C

2001 Fairchild Semiconductor Corporation

Thermal Characteristics TA = 25C unless otherwise notedSymbol Characteristic Max Units

2N3904 *MMBT3904 **PZT3904PD Total Device Dissipation

Derate above 25C6255.0

3502.8

1,0008.0

mWmW/C

RJC Thermal Resistance, Junction to Case 83.3 C/WRJA Thermal Resistance, Junction to Ambient 200 357 125 C/W

*Device mounted on FR-4 PCB 1.6" X 1.6" X 0.06."**Device mounted on FR-4 PCB 36 mm X 18 mm X 1.5 mm; mounting pad for the collector lead min. 6 cm2.

2N3904 MMBT3904

SOT-23Mark: 1A

PZT3904

2N3904 / M

MB

T3904 / PZT3904

2N3904/MMBT3904/PZT3904, Rev A

Electrical Characteristics TA = 25C unless otherwise notedSymbol Parameter Test Conditions Min Max Units

V(BR)CEO Collector-Emitter BreakdownVoltage

IC = 1.0 mA, IB = 0 40 V

V(BR)CBO Collector-Base Breakdown Voltage IC = 10 A, IE = 0 60 VV(BR)EBO Emitter-Base Breakdown Voltage IE = 10 A, IC = 0 6.0 VIBL Base Cutoff Current VCE = 30 V, VEB = 3V 50 nAICEX Collector Cutoff Current VCE = 30 V, VEB = 3V 50 nA

OFF CHARACTERISTICS

ON CHARACTERISTICS*

SMALL SIGNAL CHARACTERISTICS

SWITCHING CHARACTERISTICS

*Pulse Test: Pulse Width 300 s, Duty Cycle 2.0%

NPN (Is=6.734f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=74.03 Bf=416.4 Ne=1.259 Ise=6.734 Ikf=66.78m Xtb=1.5 Br=.7371 Nc=2Isc=0 Ikr=0 Rc=1 Cjc=3.638p Mjc=.3085 Vjc=.75 Fc=.5 Cje=4.493p Mje=.2593 Vje=.75 Tr=239.5n Tf=301.2pItf=.4 Vtf=4 Xtf=2 Rb=10)

Spice Model

fT Current Gain - Bandwidth Product IC = 10 mA, VCE = 20 V,f = 100 MHz

300 MHz

Cobo Output Capacitance VCB = 5.0 V, IE = 0,f = 1.0 MHz

4.0 pF

Cibo Input Capacitance VEB = 0.5 V, IC = 0,f = 1.0 MHz

8.0 pF

NF Noise Figure IC = 100 A, VCE = 5.0 V,RS =1.0k,f=10 Hz to 15.7kHz

5.0 dB

td Delay Time VCC = 3.0 V, VBE = 0.5 V, 35 ns

tr Rise Time IC = 10 mA, IB1 = 1.0 mA 35 ns

ts Storage Time VCC = 3.0 V, IC = 10mA 200 ns

tf Fall Time IB1 = IB2 = 1.0 mA 50 ns

hFE DC Current Gain IC = 0.1 mA, VCE = 1.0 VIC = 1.0 mA, VCE = 1.0 VIC = 10 mA, VCE = 1.0 VIC = 50 mA, VCE = 1.0 VIC = 100 mA, VCE = 1.0 V

40701006030

300

VCE(sat) Collector-Emitter Saturation Voltage IC = 10 mA, IB = 1.0 mAIC = 50 mA, IB = 5.0 mA

0.20.3

VV

VBE(sat) Base-Emitter Saturation Voltage IC = 10 mA, IB = 1.0 mAIC = 50 mA, IB = 5.0 mA

0.65 0.850.95

VV

2N3904 / M

MB

T3904 / PZT3904NPN General Purpose Amplifier

(continued)

CB E

TO-92

C

B

E

BC

C

SOT-223

E

PNP General Purpose AmplifierThis device is designed for general purpose amplifier and switchingapplications at collector currents of 10 A to 100 mA.

Absolute Maximum Ratings* TA = 25C unless otherwise noted

*These ratings are limiting values above which the serviceability of any semiconductor device may be impaired.

Symbol Parameter Value UnitsVCEO Collector-Emitter Voltage 40 VVCBO Collector-Base Voltage 40 VVEBO Emitter-Base Voltage 5.0 VIC Collector Current - Continuous 200 mA

TJ, Tstg Operating and Storage Junction Temperature Range -55 to +150 C

2001 Fairchild Semiconductor Corporation

Thermal Characteristics TA = 25C unless otherwise notedSymbol Characteristic Max Units

2N3906 *MMBT3906 **PZT3906PD Total Device Dissipation

Derate above 25C6255.0

3502.8

1,0008.0

mWmW/C

RJC Thermal Resistance, Junction to Case 83.3 C/WRJA Thermal Resistance, Junction to Ambient 200 357 125 C/W

*Device mounted on FR-4 PCB 1.6" X 1.6" X 0.06."**Device mounted on FR-4 PCB 36 mm X 18 mm X 1.5 mm; mounting pad for the collector lead min. 6 cm2.

2N3906 MMBT3906

SOT-23Mark: 2A

PZT3906

2N3906 / M

MB

T3906 / PZT3906

NOTES:1) These ratings are based on a maximum junction temperature of 150 degrees C.2) These are steady state limits. The factory should be consulted on applications involving pulsed or low duty cycle operations.3) All voltages (V) and currents (A) are negative polarity for PNP transistors.

2N3906/MMBT3906/PZT3906, Rev A

Electrical Characteristics TA = 25C unless otherwise notedSymbol Parameter Test Conditions Min Max Units

OFF CHARACTERISTICS

ON CHARACTERISTICS

SMALL SIGNAL CHARACTERISTICS

SWITCHING CHARACTERISTICS

V(BR)CEO Collector-Emitter Breakdown Voltage* IC = 1.0 mA, IB = 0 40 VV(BR)CBO Collector-Base Breakdown Voltage IC = 10 A, IE = 0 40 VV(BR)EBO Emitter-Base Breakdown Voltage IE = 10 A, IC = 0 5.0 VIBL Base Cutoff Current VCE = 30 V, VBE = 3.0 V 50 nAICEX Collector Cutoff Current VCE = 30 V, VBE = 3.0 V 50 nA

hFE DC Current Gain * IC = 0.1 mA, VCE = 1.0 VIC = 1.0 mA, VCE = 1.0 VIC = 10 mA, VCE = 1.0 VIC = 50 mA, VCE = 1.0 VIC = 100 mA, VCE = 1.0 V

60801006030

300

VCE(sat) Collector-Emitter Saturation Voltage IC = 10 mA, IB = 1.0 mAIC = 50 mA, IB = 5.0 mA

0.250.4

VV

VBE(sat) Base-Emitter Saturation Voltage IC = 10 mA, IB = 1.0 mAIC = 50 mA, IB = 5.0 mA

0.65 0.850.95

VV

fT Current Gain - Bandwidth Product IC = 10 mA, VCE = 20 V,f = 100 MHz

250 MHz

Cobo Output Capacitance VCB = 5.0 V, IE = 0,f = 100 kHz

4.5 pF

Cibo Input Capacitance VEB = 0.5 V, IC = 0,f = 100 kHz

10.0 pF

NF Noise Figure IC = 100 A, VCE = 5.0 V,RS =1.0k,f=10 Hz to 15.7 kHz

4.0 dB

td Delay Time VCC = 3.0 V, VBE = 0.5 V, 35 ns

tr Rise Time IC = 10 mA, IB1 = 1.0 mA 35 ns

ts Storage Time VCC = 3.0 V, IC = 10mA 225 ns

tf Fall Time IB1 = IB2 = 1.0 mA 75 ns

Spice ModelPNP (Is=1.41f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=18.7 Bf=180.7 Ne=1.5 Ise=0 Ikf=80m Xtb=1.5 Br=4.977 Nc=2 Isc=0 Ikr=0Rc=2.5 Cjc=9.728p Mjc=.5776 Vjc=.75 Fc=.5 Cje=8.063p Mje=.3677 Vje=.75 Tr=33.42n Tf=179.3p Itf=.4 Vtf=4Xtf=6 Rb=10)

*Pulse Test: Pulse Width 300 s, Duty Cycle 2.0%NOTE: All voltages (V) and currents (A) are negative polarity for PNP transistors.

2N3906 / M

MB

T3906 / PZT3906PNP General Purpose Amplifier

(continued)

PRACTICA 8 TRANSISTOR 2

Elementos requeridos: 1 Transistor 2N3904 3 Resistencias de 10 K 1 Resistencia de 100 1 Resistencia de 47 K 1 Resistencia de 6.8 K 1 Resistencia de 2.2 K 2 Condensadores de 1 uF. 1 Condensador de 100 uF. Al terminar la prctica usted como estudiante deber:

- Saber que los transistores permiten construir amplificadores de seales. - Conocer un amplificador Emisor Comn.

Emisor Comn: El emisor comn o common emitter es una topologa bsica de los BJT que se utiliza comnmente como un amplificador de voltajes pequeas. El nodo del emisor del transistor es conectado a tierra, el nodo de la base recibe la seal de entrada y el nodo del colector se utiliza como la salida. El trmino comn proviene de la relacin mencionada de los nodos. En este caso, el emisor al estar conectado a tierra es un nodo comn para el funcionamiento del transistor. Existen otras topologas basadas en este mismo principio como el colector comn (common collector) y base comn (common base). La equivalente del emisor comn en los FET se llama el source comn o common source. Caractersticas de Seal Pequea:

Ganancia de voltaje:

Ganancia de corriente:

Resistencia de entrada:

Resistencia de salida:

Donde gm es la transconductancia en siemens dado por: , es la

corriente de colector, VT es el voltaje termal 26 mV, la cual es la ganancia de corriente a frecuencias bajas (tambin conocido como hFE) y

.

PROCEDIMIENTO

1. Amplificador a transistores. Monte el siguiente amplificador:

2. Polarizacin Para el amplificador de la figura anterior mida los siguientes valores de polarizacin (con el multmetro).

Punto de medida Valor VB

VE

VC

Calcule el valor de re = 26mV/IC

re = ______________ Calcule el valor de hFE= IC/IB? hFE=______________

3. Parte AC Con el osciloscopio determine la ganancia del amplificador? Av1 = Vo/Vin = ___________________ Ahora quite el condensador de 100 uF y mida la ganancia. Av2 = Vo/Vin = ___________________ Responda las siguientes preguntas:

- A qu se debe la diferencia entre los dos valores de ganancia (Av1 y Av2)? - Cmo es la fase entre Vin y Vo para este amplificador?


PRACTICA 9 AMPLIFICADOR OPERACIONAL.

Elementos requeridos: 1 Amplificador Operacional LM741. 1 Resistencia de 1K 2 Resistencias de 10 K 1 Resistencias de 5 K 1 Resistencia de 330 Ohmios Qu son los amplificadores operacionales? Los amplificadores operacionales, o OP-AMP, son amplificadores de voltaje de alta ganancia con entradas diferenciales y usualmente una salida. Normalmente la salida de los OP-AMP son controlados por un lazo de retroalimentacin negativa que determina casi en totalidad el voltaje de salida para cierta entrada. El trmino de entradas diferenciales de voltaje proviene de la idea que uno de las entradas del OP-AMP es inverso (V-), mientras el otro no es inverso (V+). Idealmente el OP-AMP amplifica solo la diferencia de voltaje entre las dos entradas. El trmino de retroalimentacin proviene de la idea que la salida del OP-AMP tiene un cable que conecta parte de esta salida a una de las entradas. En la retroalimentacin negativa, la salida esta conectada a la entrada inversa. En retroalimentacin positiva, la salida esta conectada a la entrada no inversa. Si la salida no esta conectada a ninguna de las entradas, se conoce como que el OP-AMP esta trabajando en lazo abierto o open loop. La ganancia de salida en estos casos se puede determinar por la relacin de sus entradas y la ganancia del lazo abierto:

Los OP-AMP reciben dos entradas denotadas V+ y V_ y deben ser polarizadas por unos valores especificados de fuente negativa y positiva denotados VS+ y VS_. Tipos de OP-AMP y Aplicaciones Los OP-AMP se usan para una variedad de aplicaciones elctricas. Algunos ejemplos son: comparadores de voltaje, rectificadores de precisin, convertidores digital a anlogo, osciladores, filtros, diferenciadores, integradores y pre-amplificadores de audio y video. Los OP-AMP tambin son utilizados en una variedad de aplicaciones de circuitos lineales, donde las entradas son comparadas de alguna forma y la salida muestra el resultado. Lo siguiente son algunos ejemplos:

No Inversores: Amplifican un voltaje de entrada. Inversores: Invierten y amplifican un voltaje de entrada. Diferencias: Muestra en la salida la diferencia o resta de las dos entradas. Diferenciales: Muestra en la salida la diferencia o resta entre las dos entradas

despus de ser multiplicadas por una cierta constante.

Sumadores: Muestra en la salida la suma de varias entradas de voltaje. Integradores: Muestra en la salida la integracin de una seal de entrada a travs

del tiempo. Comparadores: Muestra en la salida el valor de uno de las entradas al OP-AMP

de fuente (VS) dependiendo de cual entrada era ms alta. Si V1 > V2, la salida es VS+. Si V1 < V2, la salida es VS_.

PROCEDIMIENTO

1. Amplificador Inversor: Monte el siguiente amplificador con el Operacional LM741.

Calcule la ganancia del amplificador: Av = Vo/Vin = ________________________

2. Amplificador NO Inversor:

Monte el siguiente amplificador con el Operacional LM741.

Calcule la ganancia del amplificador: Av = Vo/Vin = ________________________

3. Comparador: Monte el siguiente circuito

Con los valores de R1 y R2 de la tabla. Anote primero el valor del Voltaje de Referencia. Luego empiece a variar Vin desde 0 voltios y encuentre el valor en el que los LED intercambian encendido. Ese valor de voltaje apntelo en la tabla.

R1 R2 VREF Vin (Cambio de LED) 10K 10K 10K 5K 5K 10K


- Tiene ventajas el uso de amplificadores operacionales sobre el uso de transistores?

- De las 3 aplicaciones, cul es no lineal? Justifique su respuesta. - Qu usos vislumbra para el circuito 3?


LM741Operational AmplifierGeneral DescriptionThe LM741 series are general purpose operational amplifi-ers which feature improved performance over industry stan-dards like the LM709. They are direct, plug-in replacementsfor the 709C, LM201, MC1439 and 748 in most applications.

The amplifiers offer many features which make their appli-cation nearly foolproof: overload protection on the input and

output, no latch-up when the common mode range is ex-ceeded, as well as freedom from oscillations.

The LM741C is identical to the LM741/LM741A except thatthe LM741C has their performance guaranteed over a 0C to+70C temperature range, instead of 55C to +125C.

Features

Connection Diagrams

Metal Can Package Dual-In-Line or S.O. Package

00934102

Note 1: LM741H is available per JM38510/10101

Order Number LM741H, LM741H/883 (Note 1),LM741AH/883 or LM741CH

See NS Package Number H08C

00934103

Order Number LM741J, LM741J/883, LM741CNSee NS Package Number J08A, M08A or N08E

Ceramic Flatpak

00934106

Order Number LM741W/883See NS Package Number W10A

Typical Application

Offset Nulling Circuit

00934107

August 2000LM

741O

perationalAm

plifier

2004 National Semiconductor Corporation DS009341 www.national.com

Absolute Maximum Ratings (Note 2)If Military/Aerospace specified devices are required,please contact the National Semiconductor Sales Office/Distributors for availability and specifications.

(Note 7)

LM741A LM741 LM741C

Supply Voltage 22V 22V 18VPower Dissipation (Note 3) 500 mW 500 mW 500 mW

Differential Input Voltage 30V 30V 30VInput Voltage (Note 4) 15V 15V 15VOutput Short Circuit Duration Continuous Continuous Continuous

Operating Temperature Range 55C to +125C 55C to +125C 0C to +70C

Storage Temperature Range 65C to +150C 65C to +150C 65C to +150C

Junction Temperature 150C 150C 100C

Soldering Information

N-Package (10 seconds) 260C 260C 260C

J- or H-Package (10 seconds) 300C 300C 300C

M-Package

Vapor Phase (60 seconds) 215C 215C 215C

Infrared (15 seconds) 215C 215C 215C

See AN-450 Surface Mounting Methods and Their Effect on Product Reliability for other methods ofsoldering

surface mount devices.

ESD Tolerance (Note 8) 400V 400V 400V

Electrical Characteristics (Note 5)Parameter Conditions LM741A LM741 LM741C Units

Min Typ Max Min Typ Max Min Typ Max

Input Offset Voltage TA = 25C

RS 10 k 1.0 5.0 2.0 6.0 mVRS 50 0.8 3.0 mVTAMIN TA TAMAXRS 50 4.0 mVRS 10 k 6.0 7.5 mV

Average Input Offset 15 V/C

Voltage Drift

Input Offset Voltage TA = 25C, VS = 20V 10 15 15 mVAdjustment Range

Input Offset Current TA = 25C 3.0 30 20 200 20 200 nA

TAMIN TA TAMAX 70 85 500 300 nAAverage Input Offset 0.5 nA/C

Current Drift

Input Bias Current TA = 25C 30 80 80 500 80 500 nA

TAMIN TA TAMAX 0.210 1.5 0.8 AInput Resistance TA = 25C, VS = 20V 1.0 6.0 0.3 2.0 0.3 2.0 M

TAMIN TA TAMAX, 0.5 MVS = 20V

Input Voltage Range TA = 25C 12 13 VTAMIN TA TAMAX 12 13 V

LM74

1

www.national.com 2

Electrical Characteristics (Note 5) (Continued)Parameter Conditions LM741A LM741 LM741C Units

Min Typ Max Min Typ Max Min Typ Max

Large Signal Voltage Gain TA = 25C, RL 2 kVS = 20V, VO = 15V 50 V/mVVS = 15V, VO = 10V 50 200 20 200 V/mVTAMIN TA TAMAX,RL 2 k,VS = 20V, VO = 15V 32 V/mVVS = 15V, VO = 10V 25 15 V/mVVS = 5V, VO = 2V 10 V/mV

Output Voltage Swing VS = 20VRL 10 k 16 VRL 2 k 15 VVS = 15VRL 10 k 12 14 12 14 VRL 2 k 10 13 10 13 V

Output Short Circuit TA = 25C 10 25 35 25 25 mA

Current TAMIN TA TAMAX 10 40 mACommon-Mode TAMIN TA TAMAXRejection Ratio RS 10 k, VCM = 12V 70 90 70 90 dB

RS 50, VCM = 12V 80 95 dBSupply Voltage Rejection TAMIN TA TAMAX,Ratio VS = 20V to VS = 5V

RS 50 86 96 dBRS 10 k 77 96 77 96 dB

Transient Response TA = 25C, Unity Gain

Rise Time 0.25 0.8 0.3 0.3 s

Overshoot 6.0 20 5 5 %

Bandwidth (Note 6) TA = 25C 0.437 1.5 MHz

Slew Rate TA = 25C, Unity Gain 0.3 0.7 0.5 0.5 V/s

Supply Current TA = 25C 1.7 2.8 1.7 2.8 mA

Power Consumption TA = 25C

VS = 20V 80 150 mWVS = 15V 50 85 50 85 mW

LM741A VS = 20VTA = TAMIN 165 mW

TA = TAMAX 135 mW

LM741 VS = 15VTA = TAMIN 60 100 mW

TA = TAMAX 45 75 mW

Note 2: Absolute Maximum Ratings indicate limits beyond which damage to the device may occur. Operating Ratings indicate conditions for which the device isfunctional, but do not guarantee specific performance limits.

LM741

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PRACTICA 10 CIRCUITOS DE LOGICA.

Elementos requeridos: 2 Two Bit Adders 7482. 5 Resistencias de 330 Ohmios Qu son compuertas lgicas? Compuertas lgicas en electrnica son componentes compuestos utilizados para realizar una operacin lgica y devolver una salida lgica. Salidas y entradas lgicas toman la forma de un cero (high de voltaje) o uno (low de voltaje) lgico. La idea bsica es que se puede utilizar varias compuertas bsicas para hacer una o varias ecuaciones lgicas que pueden evaluar dicha o dichas funciones en base a ciertas entradas. Esta lgica se usa en circuitos integrados para llevar a cabo decisiones de control. Las compuertas bsicas son AND, OR, NOT, XOR, XNOR, NAND y NOR. Con estas compuertas se puede hacer una variedad de ecuaciones lgicas y aplicaciones lgicas. Tablas de la Verdad y Compuertas Un concepto muy importante en el momento de evaluar ecuaciones y compuertas lgicas son las tablas de la verdad o truth tables. Estas tablas representan todas las posibles entradas, clculos formulados basndose en las entradas y resultados. La forma de hacer una tabla de la verdad es sencilla. Se escribe una letra por cada variable lgica o bit de entrada. Luego se evala cada compuerta basndose en las entradas. Al final se combinan las compuertas en cada ecuacin y se llega a un resultado final.

Aplicaciones de los Circuitos Lgicos: Hay una variedad de diferentes aplicaciones que se pueden hacer con las compuertas y ecuaciones lgicas. Un componente que se puede producir con compuertas lgicas es el sumador o adder. La idea bsica de este componente es sumar dos nmeros binarios y regresar en la salida el resultado binario. Por ejemplo, si los nmeros entrados fueran 0101 (01 o 1 y 01 o 1), el resultado seria 10 (1 + 1 = 2). Existen dos tipos de sumadores: las completas y las medias (Full o Half). Las medias suman dos nmeros binarios y regresan un resultado con un nmero llamado el carry. Este valor carry es un bit binario adicional en el caso de que se suma el valor mximo que puede retener el sumador. En binario, un nmero de un solo bit sumado a otro nmero de un solo bit puede producir un nmero de un bit o dos. Los sumadores completos son iguales, pero aceptan tambin un carry de entrada. La ventaja de esto es que se puede obtener un sumador de ms dgitos conectando varios sumadores pequeos en cascada por sus valores de carry. PROCEDIMIENTO

1. Tablas de la Verdad y Ecuaciones Lgicas: Observa el siguiente circuito lgico y trata de construir la tabla de la verdad completa para el circuito. No se olvide que cada compuerta y combinacin de compuertas debe ser una columna separada en la tabla:

2. Full Adder de 4 bits:

Monte un Full Adder de 4 bits utilizando los dos Full Adders de 2 bits. Recuerda que el primer carry in va a tierra. Conecte cada resistencia de 330 a cada sum de los Adders y al ltimo carry out, luego las resistencias van a tierra. Utilice un voltaje de 3V para simular un 1 lgico. Llene la siguiente tabla con sus resultados: Entradas (A11, A12, B11, B12,

A21, A22, B21, B22) Salidas Calculadas (S11,

S12, S21, S22, C22) Salidas Medidas (S11, S12,

S21, S22, C22) Ej. 00 00 00 00 Ej. 00 00 0 Ej. 00 00 0

01 01 00 10 10 00 10 00 10 00 01 01 00 01 00 01 00 10 10 00

Configuracin de Terminales del 7482:


- Cul es la diferencia entre un Half Adder y un Full Adder? - Qu otras aplicaciones se pueden hacer con las compuertas lgicas?


manual de laboratorio de inel-4077 - …academic.uprm.edu/ajdiaz/manual/manual_inel4077.pdf · el...

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