manual de prácticas de dispositivos digitales

5/er Cuatrimestre

INGENIERÍA MECATRÓNICA DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

PRACTICAS DE LABORATORIO

MECATRÓNICA

UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 2

INGENIERÍA EN MECATRÓNICA

DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

CUADERNILLO DE PRÁCTICAS

Elaboró Gerson Villa González

13 de agosto del 2012

Fecha de revisión

Responsable Dr. Ricardo Oscar Magos Pérez

INGENIERÍA MECATRÓNICA


DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

5° CUATRIMESTRE

Prácticas Página

Práctica 1 Probador de Continuidad

6

Práctica 2 Probador de Diodos 11

Práctica 3 Probador de Transistores

16

Práctica 4 Obtención de las curvas características de un Transistor

22

Práctica 5 Análisis de un amplificador de baja señal en emisor común

35

Práctica 6 Fuente estabilizada regulable de 1.2 a 25V / 4A

45

Practica 7 Reguladores de voltaje de tres terminales

51

Práctica 8 Generador de Ondas 60

OBJETIVO:

Objetivo general del curso. Al finalizar el cuatrimestre el alumno tendrá los conocimientos necesarios de instrumentación y medición materia que será base para poder llevar materias derivadas de la Carrera.

PRACTICA RELACION EN EL TEMARIO SEMANA DE APLICACIÓN

1. Probador de

continuidad

Entender el funcionamiento de la continuidad en un circuito.

PERMANENTE DURANTE EL CUATRIMESTRE

2. Probado de Diodos Entender el funcionamiento de los diodos 3. Probador de

Transistores • Entender el funcionamiento de los transistores pnp y npn


4. Obtención de las curvas características de un Transistor

• Obtener las curvas características de salida de un transistor a partir de datos experimentales. • Observar las curvas características de un transistor con el osciloscopio. • Familiarizarte con la polarización de un transistor • Aprender a probar transistores • Aprender a medir la ganancia de corriente de un transistor "

5. Análisis de un amplificador de baja señal en emisor común

• Familiarizarse con las características y la operación de un amplificador de baja señal en la configuración común (EC). • Medir los voltajes y las corrientes de polarización de un amplificador EC • Aprender a medir la ganancia de voltaje (AV), la impedancia de entrada (Zi) y la impedancia de salida (Zo) de un amplificador. • Confirmar la validez y exactitud de los procedimientos de análisis explicados en clase, mediante la comparación de resultados esperados teóricamente con los obtenidos en la práctica. • Comprobar que en un amplificador EC la señal de salida esta defasada 180º con respecto a al señal de entrada. • Medir la respuesta en frecuencia de un amplificador EC • Evaluar como varía la ganancia de voltaje de un amplificador EC con los diferentes valores de la resistencia de carga. • Determinar los factores que causan distorsión en un amplificador EC. • Utilizar el amplificador EC como un preamplificador de micrófono para una etapa de potencia.

6. Fuente estabilizada regulable de 1.2 a 25V / 4A

• El alumno comprenda el funcionamiento del amplificador operacional • Aprenda a construir una fuente de poder regulada, multipropósito

7. Reguladores de voltaje de tres terminales

• Examinar el funcionamiento de una fuente de alimentación con regulador fijo • Examinar el funcionamiento de una fuente de alimentación con regulador ajustable • Evaluar el comportamiento de una fuente de alimentación regulada con y sin carga

8. Generador de Ondas "• Comprender el funcionamiento de un generador de onda • Utilizar un osciloscopio con dos canales y una base de tiempo, para comprobar las señales de un generador de onda "


INDICACIONES DE EMPLEO Y USO DE LABORATORIOS Para el ingreso al área de laboratorios de Electrónica de la Carrera de Ingeniero Mecatrónico y Comunicaciones y Electrónica debe cumplir con la normatividad señalada:

1. El acceso al área de laboratorios será controlado por personal de seguridad y en su caso por personal docente responsable del grupo, personal aislado solo con autorización del coordinador del área.

2. El uso de bata para personal administrativo

3. El personal docente deberá ingresar con bata.

4. Para el personal de alumnos es Obligatorio llevar guantes de látex, batas, lentes de protección, zapatos cerrados, conforme a las actividades que realizara y apego al reglamento correspondiente.

5. Para la realización de técnicas y procedimientos es responsabilidad de cada uno de los

alumnos supervisados por sus docentes entregaran desde una semana previa hasta con 24 horas de antelación vales de material a la coordinación de laboratorios, a fin de prever la disponibilidad de los recursos necesarios para el efecto.


PRACTICA 1

LABORATORIO DE

ELECTRÓNICA

Probador de continuidad


INTRODUCCIÓN Este valioso instrumento permite saber si un circuito conduce o no corriente y si lo hace apropiadamente. Objetivos de aprendizaje.

Entender el funcionamiento de la continuidad en un circuito.

Materiales provistos por el laboratorio

INVESTIGACIÓN PREVIA

Que es un amplificador operacional

Como funcionan los amplificadores

EQUIPO:

UNIVERSIDAD: ALUMNO:

Juego de Puntas Necesarias a criterio del alumno (Caimán - Caimán, BNC-BNC,BNC –Caimán, Caimán – Banana, Banana - Banana)

1 Computadora con Multisim

MATERIALES:


1 Diodos LED rojo de 5mm

1 Protoboard

1 Circuito integrado LM386

1 Resistencia de 330 ,1/ 4W

2 Resistencias de 3.3 ,1/ 4k W

1 Resistencia de 1 ,1/ 4k W

1 soporte de batería de 9V

1 Conector para batería de 9V

2 Caimanes (Uno Negro y Rojo)


1 Bocina de 8 / 0.5W

1 Condensador cerámico de 0.47 / 25F V

1 Condensador electrolítico de 220 /16uF V

1 Base de 8 pines para circuito integrado

PROCEDIMIENTO

MARCO TEÓRICO:

El circuito empleado en el presente proyecto está conformado por un sencillo oscilador

construido a base de un amplificador operacional, cuya frecuencia puede ser controlada variando

el valor del condensador C2.

En el circuito se ha interrumpido el camino que lleva el voltaje de alimentación y en cada uno de

sus extremos se ha colocado una punta de prueba, de tal forma que, cuando se checa un elemento

conductor en buen estado, este sirve como puente entre los dos extremos y lleva al circuito el

voltaje de alimentación, haciendo que este emita un tono. En caso tal que el elemento conductor

se encuentre abierto o en mal estado, el voltaje de alimentación no llegará al circuito y por tanto

no se activarán ni el diodo LED, ni el oscilador. Como esta es la condición en que permanece el

circuito, no existe ningún riesgo de que la batería pueda descargarse, a menos que se dejen

unidas las dos terminales de prueba.

Figura 1. Diagrama esquemático del probador de continuidad

Teoría de funcionamiento


El circuito empleado en el presente proyecto esta conformado por un sencillo oscilador

construido a base de un amplificador operacional, cuya frecuencia puede ser controlada variando

el valor del condensador C2.

En el circuito se ha interrumpido el camino que lleva el voltaje de alimentación y en cada uno de

sus extremos de ha colocado una punta de prueba, de tal forma que, cuando se checa un elemento

en buen estado, este sirve como puente entre los dos extremos y lleva al circuito el voltaje de

alimentación, haciendo que este emita un tono.

En caso tal de que el elemento conductor se encuentre abierto o en mal estado, el voltaje de

alimentación no llegara al circuito y por tanto no se activaran ni el diodo LED, ni el oscilador.

Como esta es la condición en que permanece el circuito, no existe ningún riesgo de que la

batería pueda descargarse a menos que se dejen unidas las dos terminales de prueba.

Procedimiento:

1. Antes de empezar a ensamblar el circuito debe de asegurarse de que tiene disponibles todos los componentes y materiales necesarios. Para ello revise cuidadosamente la lista que se le proporciona al principio de la práctica.

2. Proceda armar el circuito 3. Prueba del circuito. Para saber si el probador esta en buen o mal

estado, basta con unir las dos puntas de prueba; en ese momento deberá escuchar un sonido agudo y el diodo LED encenderá. Si esto no sucede, revise que las conexiones estén bien hechas y que los componentes se encuentren en la posición correcta.

4. A continuación se muestran algunos ejemplos prácticos en los que puede ser empleado el probador de continuidad.

Figura 2. Prueba de conductores, de pistas de circuitos impresos y

prueba de fusibles. 5. Arme el circuito en Multisim y obtenga sus conclusiones

NOTAS PARA LOS ALUMNOS: (OPTATIVO) El reporte final de la práctica deberá ser entregado a máquina o en procesador de

textos (PC) sin excepción.

Las prácticas impresas solo sirven de guía y referencia.

No se aceptan copias fotostáticas del reporte final.

La entrega del reporte final de la práctica es por alumno.


CONCLUSIONES DE APRENDIZAJE:

RECURSOS BIBLIOGRAFICOS:

Fascinating I.C Projects, P.K. Aggarwal,Editorial BPB, 1990. Power Supplies for All Occasions, M.C. Sharma, Editorial BPB, 1990.

Fundamentos de microelectrónica, nano electrónica y fotónica Albella Martín, José

María Pearson 2005

Electrónica: teoría de circuitos Boylestad, Robert L. Pearson 1997

Fundamentals of semiconductor devices Anderson,Betty Lise McGraw Hill 2005


Probador de Diodos

LABORATORIO DE

ELECTRÓNICA PRACTICA 2


INTRODUCCIÓN Como sabemos el diodo es un elemento semiconductor el cual permite que corriente circule y en una sola dirección ahora bien existen varias clases de diodos, también un led es tipo de diodo el cual emite luz cuando se polariza de forma correcta, existen casos en que no sabemos cual es la polaridad de un led ó en que dirección circula la corriente por un diodo, para estos pequeños inconvenientes hemos elaborado un pequeño circuito el cual, si colocamos un diodo en las puntas de prueba y el led enciende nos indica cual es la polaridad del diodo, si colocamos el diodo y el led no enciende tendríamos que cambiar la posición del diodo, si aun así no enciende el led llegaríamos a la conclusión que esta quemado, si colocamos un led emisor de luz también sabríamos cual es la parte positiva y la parte negativa ó si esta quemado.. Objetivos de aprendizaje. • Entender el funcionamiento de los diodos. Materiales provistos por el laboratorio


Que es un diodo

Como funcionan los diodos de Silicio y Germanio

Curvas características de los Diodos

EQUIPO:


1 Multímetro

1 Osciloscopio de dos canales



MATERIALES:


2 Diodos LED rojo de 5mm

1 Protoboard

1 Transformador M500 (110 ó 220V/6V, 200mA


2 Resistencias de 330 ,1/ 4 ,5%W

1 Cable de alimentación con enchufe

2 Caimanes (Uno Negro y Rojo)

PROCEDIMIENTO

MARCO TEÓRICO:

El empleo de instrumentos de prueba en electrónica es indispensable, muchos de ellos pueden

tener un costo muy elevado; sin embargo, algunos de ellos pueden ser elaborados por usted

mismo, aun precio económico y de acuerdo a sus propias necesidades.

El circuito que presentamos a continuación es muy útil como probador de diodos, el cual, sin

necesidad de procedimientos complejos ni demorados y en un solo paso, le indica si el diodo

sometido a la prueba se encuentra en mal o en buen estado; en tal caso, le indicará cual de las

terminales es el ánodo y cual es el cátodo. En la figura 1 se muestra el diagrama esquemático.

Figura 3. Diagrama esquemático

Marco Teórico


De acuerdo a las condiciones en que se encuentra el diodo que se está sometiendo a la prueba,

pueden presentarse las siguientes opciones:

Si el diodo esta abierto, no habrá una trayectoria continua para la circulación de la

corriente, por lo tanto no se encenderá ningún diodo LED.


Si el diodo esta en cortocircuito, no se presentará oposición al paso de la corriente en

ninguna dirección; por ello en cada alternancia de la corriente se encenderá un diodo

LED. Aunque aparentemente vemos encendidos los dos al mismo tiempo, esto se debe a

que los cambios de dirección de corriente son tan rápidos que no alcanzamos a

percibirlos.

Si el diodo se encuentra en buen estado, encenderá un solo diodo LED, aquel que se

encuentre orientado en la misma dirección del diodo que se esta probando, indicando cual

es el cátodo del diodo de prueba.

En resumen los resultados de las pruebas:

Estado de los LED Estado del diodo

1 No se enciende

ninguno

Abierto

2 Se encienden los dos

Malo

3 Se enciende uno

Bueno

Procedimiento:


7. Proceda armar el circuito 8. Prueba del circuito. Una vez ensamblado el circuito, revise

detenidamente que todas las conexiones hayan sido hechas correctamente; de ser así, conecte el circuito a la red eléctrica, ningún LED debe encenderse. Posteriormente conecte el diodo que desea probar por medio de los caimanes. Observe si se encienden los diodos LED y verifique el estado del diodo de acuerdo a la tabla. En caso de que el diodo se encuentre un buen estado, observe cual de los diodos LED esta encendido, esto nos indicara cual es el cátodo del diodo.

9. Arme el circuito en Multisim y obtenga sus conclusiones NOTAS PARA LOS ALUMNOS: (OPTATIVO) El reporte final de la práctica deberá ser entregado a máquina o en procesador de









Fundamentos de microelectrónica, nanoelectrónica y fotónica Albella Martín, José

María Pearson 2005 Electrónica: teoría de circuitos Boylestad, Robert L. Pearson 1997 Fundamentals of semiconductor devices Anderson, Betty Lise McGraw Hill 2005


Rectificador de Media Onda

LABORATORIO DE



INTRODUCCIÓN

Uno de los componentes de mayor uso en la electrónica es el transistor, el marco el principio de

la electrónica moderna y en la actualidad es ampliamente utilizado en una gran cantidad de

circuitos electrónicos. Por esta razón es conveniente que todo aficionado o experto a la

electrónica tenga su alcance un instrumento que le permita enterarse de forma fácil y rápida si

estos componentes se encuentran en buen o en mal estado.

El circuito que presentamos a continuación es muy útil como probador de transistores, el cual, en

un solo paso, le indica mediante la emisión de un tono si el transistor sometido a prueba esta

bueno o malo.

En la figura 1 se muestra el diagrama esquemático del circuito.

Figura 1. Diagrama esquemático del probador de transistores


Figura 4. Diagrama esquemático del probador de continuidad

Marco Teórico


El circuito probador de transistores es básicamente un oscilador transistorizado, que como su

nombre lo indica, cambia de estado continuamente debido a que se realimenta tomando parte de

la señal de salida y llevándola a la entrada mediante condensadores.

Una vez seleccionado el tipo de transistor que se desea probar, y de acuerdo a las condiciones en

que se encuentre el mismo, puede presentarse una de las siguientes opciones:

Si el transistor esta en buen estado, se escucha un tono agudo, debido a que este completa el circuito oscilador.

Si el transistor se encuentra averiado, no escuchara ningún sonido. Objetivos de aprendizaje.

Entender el funcionamiento de los transistores pnp y npn.



Que es un transistor PNP

Que es un transistor NPN


EQUIPO:




MATERIALES:

UNIVERSIDAD:

ALUMNO:

1 Transistor NPN 2N3904

1 Transistor PNP 2N3906

1 Protoboard

2 Condensadores electrolíticos de 1 /16uF V

2 Condensadores cerámicos de 0.1 / 50uF V

2 Resistencias de 1 ,1/ 4k W

3 Resistencias de 33 ,1/ 4k W

1 Conector de batería de 9V


1 Interruptor de 3 tiros un polo


3 Caimanes de diferente color (rojo, negro, blanco)

4 Segmentos de 20 cm de cable AWG-20 de diferente color (rojo, negro,

blanco)

PROCEDIMIENTO


2. Proceda armar el circuito 3. Prueba del circuito. Una vez ensamblado el circuito, revise

detenidamente que todas las conexiones hayan sido hechas


correctamente. De ser así, coloque el interruptor en su punto medio y conecte la batería al circuito; no debe escucharse ningún sonido. Posteriormente, conecte el transistor que desea probar por medio de los caimanes, teniendo en cuenta que sus terminales queden sujetados en el mismo orden indicado. Conmute el interruptor hacia la posición que representa el tipo al cual pertenece el transistor (NPN o PNP). Si el transistor esta en buen estado, deberá escuchar un tono agudo, si no escucha nada, esto indicara que el transistor este averiado. Si lleva el interruptor a la posición que representa el tipo contrario al que pertenece el transistor, no debe escuchar ningún sonido. Nota. Si no le agrada el tono o la intensidad del sonido que emite el parlante, puede modificarlo a su gusto cambiando la frecuencia, esto puede hacerlo variando los valores de los condensadores C2 y C4. Si instala condensadores de mayor valor (capacidad), la frecuencia será menor y el sonido será mas grave; mientras que si cambia dichos condensadores por unos de menor valor, la frecuencia se hará mayor y por consiguiente el tono será más agudo.










Fundamentos de microelectrónica, nanoelectrónica y fotónica Albella Martín, José María Pearson 2005

Electrónica: teoría de circuitos Boylestad, Robert L. Pearson 1997 Fundamentals of semiconductor devices Anderson, Betty Lise McGraw Hill 2005


Análisis de un amplificador de baja señal en emisor común

LABORATORIO DE



INTRODUCCIÓN

El 2N3904 es un transistor NPN de propósito general. Puede ser utilizado como amplificador o

como interruptor. Esta especificado para una corriente máxima de colector (IC) de 200mA y un

voltaje colector-emisor (VCE) máximo de 40V. Su ganancia de corriente ó hFE puede ser

entre 40 y 300.

Este parámetro varía mucho de un transistor a otro, aunque sean de la misma referencia ye l

mismo fabricante. La máxima potencia que puede disipar es de 625mW, lo cual implica que el

producto C CEI V debe mantenerse siempre por debajo de este valor.

En esta práctica utilizaremos el transistor 2N3904 en la configuración emisor común, que es la

más empleada en amplificadores. Este modo de conexión se denomina así porque el emisor es la

terminal común a los circuitos de entrada y salida Objetivos de aprendizaje.

Familiarizarse con las características y la operación de un amplificador de baja señal en la

configuración común (EC).

Medir los voltajes y las corrientes de polarización de un amplificador EC

Aprender a medir la ganancia de voltaje (AV), la impedancia de entrada (Zi) y la impedancia

de salida (Zo) de un amplificador.

Confirmar la validez y exactitud de los procedimientos de análisis explicados en clase,

mediante la comparación de resultados esperados teóricamente con los obtenidos en la

práctica.

Comprobar que en un amplificador EC la señal de salida esta defasada 180º con respecto a

al señal de entrada.

Medir la respuesta en frecuencia de un amplificador EC

Evaluar como varía la ganancia de voltaje de un amplificador EC con los diferentes valores

de la resistencia de carga.

Determinar los factores que causan distorsión en un amplificador EC.

Utilizar el amplificador EC como un preamplificador de micrófono para una etapa de

potencia.



Que es un transistor

Como funciona un transistor

Interpretar las hojas de especificaciones o Datasheet de un transistor

EQUIPO:





1 Multímetro Digital

1 Fuente regulada de 12V/1A

1 Osciloscopio

1 Generador de Onda

MATERIALES:


1 Transistor NPN de propósito general 2n3904 o equivalente (Q1)

1 Protoboard

2 Resistencias de 110 ,1/ 4 1, Lk W R R

1 Resistencia de 2.2 ,1/ 4 2k W R

1 Resistencia de 3.9 ,1/ 4 ck W R

2 Resistencias de 21 ,1/ 4 ,E Lk W R R

1 Resistencia de 3100 ,1/ 4 Lk W R

2 Condensadores electrolíticos de 4.7 / 25 1, 2F V C C

1 Condensador electrolítico de 47 / 25 EF V C

1 Micrófono electrect (MIC1) (opcional)

1 Resistencia de 3.3 ,1 / 4 ( )( )Mk W R opcional

Alambre telefónico #24AWG para conexiones

PROCEDIMIENTO 1. Análisis de corriente continúa. Arme sobre el Protoboard el circuito

de la figura 1a, correspondiente a un amplificador de baja señal en emisor común desarrollado alrededor de un transistor bipolar (Q1).


Asegúrese de utilizar puentes de alambre fácilmente removibles en las ramas indicadas para facilitar la medición de las corrientes del

circuito , ,B CI I etc . En la figura 1b se muestra la fotografía de

nuestro montaje experimental. Si su multímetro posee la función de prueba de transistores, antes de instalar Q1 mida su ganancia de

corriente estática , o hcc FE , figura 1c.

Figura 1.Amplificador en emisor común polarizado, sin fuente de señal ni carga. Se puede utilizar una fuente de alimentación de 12 (VCC) una construida alrededor de un regulador LM340T12. Usted puede utilizar una fuente de 12V ya ensamblada, tal como las fuentes proporcionadas en el laboratorio.

2. Voltajes de polarización. Configurando su DMM como voltímetro de CD, mida todos los voltajes de polarización del circuito en condiciones de reposo, como se indica en la figura 2.


Figura 2. Midiendo los voltajes de polarización.


3. Calcule los mismos voltajes anteriores en forma teórica, siguiendo el método de análisis en corriente continua simplificado, que se denota a continuación como ejemplo. Asuma que el valor de las resistencias corresponde al indicado por su código de colores;

12 ; 0.7cc BEV V V V es muy pequeña comparada con 1 2 e R RI I ;

203 (puede ser este valor, puede variar al que usted mida).

Compare sus resultados teóricos con los medidos en la práctica.

4. Corrientes de polarización. Configurando su DMM como micro amperímetro o miliamperímetro de CD, según corresponda, mida todas las corrientes de polarización del circuito en condiciones de reposo (Q), como indica en la figura 3. En cada caso, retire solamente el puente asociado a la corriente que desea medir. Una vez medida esta corriente, reinstale el puente y haga lo mismo en otra parte del circuito.


Figura 3. Midiendo las corrientes de polarización.

5. Calcule las mismas corrientes anteriores en forma teórica, siguiendo

el mismo método anterior y haciendo las mismas presunciones. Compare sus resultados teóricos con los medidos en la práctica, como se ilustra a continuación.


6. Análisis de señal. Conecte al circuito de la figura 1 la fuente de señal (vs) y la resistencia de carga (RL), como se indica en la figura 4a.

Utilice como carga una resistencia de 10 1k RL y como fuente de

señal un generador de señales de audio de buena calidad. En la figura 4b se muestra una fotografía de nuestro montaje experimental. Como fuente de señal puede utilizar el generador de ondas proporcionado por el laboratorio.

Figura 9. Amplificador en emisor común practico, con fuente de señal y carga

7. Conecte el canal 1 X del osciloscopio a la entrada del

amplificador, como se indica en la figura 10, para visualizar y medir

la señal de voltaje de entrada iv . Utilice el modo de acoplamiento

AC para desacoplar el voltaje de polarización presente en ese punto

Bv . De este modo, solamente observará la señal propiamente


dicha. Manipule entonces los controles de frecuencia y de voltaje del generador de onda hasta observar ene l osciloscopio una señal de

entrada ( )iv de 1kHz y 5 10mVp mVpp de amplitud ó Vip Vipp .

Figura 11. Midiendo el voltaje de señal de entrada iv . Situé los

controles de sensibilidad vertical /V div y base de tiempo /s div

del osciloscopio en las posiciones 5 /mV div y 0.5 /s div , para observar unos ciclos completos de la señal.

8. Conecte el canal 2Y del osciloscopio a la salida del amplificador

como se indica en la figura 12 para visualizar y medir la señal de voltaje de salida ( )ov . Nuevamente, utilice el modo de acoplamiento

(AC) par desacoplar el voltaje de polarización presente en ese punto (VC). De este modo, solamente observará la señal de salida

propiamente dicha. Mida entonces la frecuencia f y la amplitud

ó Vop Vopp de la señal obtenida.

Figura 12. Midiendo el voltaje de señal de entrada ov . Situé los

controles de sensibilidad vertical (V/div) y base de tiempo (s/div) del


osciloscopio en las posiciones 0.2V/div y 0.5s/div, para observar unos cinco ciclos completos de la señal.

9. Calcule la ganancia de voltaje de la etapa Av relacionando la

amplitud de la señal de salida ó Vop Vopp con la amplitud de la

señal de entrada ó Vip Vipp . Como se denota a continuación:

10. Siguiendo el método de análisis, calcule teóricamente el valor esperado de la ganancia de voltaje (Av) para este circuito. Compárelo con el obtenido en la práctica. Asuma inicialmente que

' 25 / Er e mV I , aunque en la práctica puede ser hasta el doble de

este valor 50 / EmV I . En nuestro caso obtuvimos:

Esta ganancia (163), basada en la presunción de que ' 25 / Er e mV I

, es 1.2 veces mayor que la obtenida en la práctica (136), lo cual implica que el valor real de 'r e debe ser:

Calculando nuevamente la ganancia de voltaje (Av) bajo esta condición obtenemos:

11. Repita los pasos 8,9 y 10 utilizando las resistencias de carga

1 2 y de 100 3k RL k RL . Notará que en el primer caso, la

ganancia de voltaje (Av) disminuye, mientras que en el segundo


aumenta con respecto a su valor para 10LR k . Hecho esto, instale

nuevamente esta última 1RL y continúe con el siguiente paso.

Figura 13. Comparando la fase de la señal de salida ov con

respecto a la de entrada iv

12. Observe al mismo tiempo las dos señales en el osciloscopio,

como se indica en la figura 12. Notará que la señal de salida ov

aparece amplificada pero invertida con respecto a la señal de

entrada iv . Por tanto, el circuito introduce un desplazamiento de

fase de 180º. Esta es una característica muy importante de los amplificadores de emisor común.

13. Impedancia de salida. Retire la resistencia de carga LR .

Mida entonces la amplitud del voltaje de señal de salida bajo esta condición, como se indica en la figura 13. Llame a este voltaje Vo’p para distinguirlo del voltaje de salida con carga (Vop). Hecho esto reinstale RL. Calcule entonces la impedancia de salida del amplificador (Zo) a partir de la siguiente formula basada ene l hecho de que Zo y la resistencia de carga RL forman un divisor de voltaje excitado por Vo’p:


Figura 14. Midiendo el voltaje de señal sin carga (Vo’) como paso previo para el cálculo de la impedancia de salida (Zo) del amplificador.

14. Siguiendo el método de análisis, calcule teóricamente el valor esperado de la impedancia de salida (Zo) para este circuito. Compárelo con el obtenido en la práctica. Asuma que roe es muy grande comparada con RC.

15. Impedancia de entrada (Zi). Retire la entrada del amplificador la

fuente de señal (Vs). Mida entonces la amplitud de voltaje de señal que entrega esta ultima en condiciones de circuito abierto, como se indica en la figura 15. Llame este voltaje Vi’p = Vs para distinguirlo del voltaje de entrada con carga (Vip). Hecho esto vuelva a conectar la fuente de señal. Calcule entonces la impedancia de entrada del amplificador (Zi) a partir de la siguiente formula, basada ene l hecho de que Zi y la resistencia de la fuente de señal (Rs) forman un divisor de voltaje excitado por Vs o Vi’p:


Figura 15. Midiendo el voltaje de la fuente de señal de entrada sin carga (Vi’ o Vs) como paso previo para el calculo de la impedancia de entrada (Zi) del amplificador.

Esta ultima 1.5k es la impedancia de entrada (Zi) medida, de nuestro

amplificador. 16. Arme el circuito en Multisim y obtenga sus conclusiones










Análisis de un amplificador de baja señal en emisor común

LABORATORIO DE



INTRODUCCIÓN

El 2N3904 es un transistor NPN de propósito general. Puede ser utilizado como amplificador o

como interruptor. Esta especificado para una corriente máxima de colector (IC) de 200mA y un

voltaje colector-emisor (VCE) máximo de 40V. Su ganancia de corriente ó hFE puede ser

entre 40 y 300.

Este parámetro varía mucho de un transistor a otro, aunque sean de la misma referencia ye l

mismo fabricante. La máxima potencia que puede disipar es de 625mW, lo cual implica que el

producto C CEI V debe mantenerse siempre por debajo de este valor.

En esta práctica utilizaremos el transistor 2N3904 en la configuración emisor común, que es la

más empleada en amplificadores. Este modo de conexión se denomina así porque el emisor es la

terminal común a los circuitos de entrada y salida.

Inicialmente, centraremos nuestro interés en analizar cuantitativamente como se comporta la

corriente de colector (IC) en función del voltaje colector-emisor (VCE) para diferentes valores

de la corriente de base (IB). Los resultados obtenidos los representaremos en una gráfica, la cuál

corresponderá a una familia de curvas características de salida para este tipo de dispositivo en

particular. También aprenderemos un método para visualizar directamente estas curvas en un

osciloscopio y derivar información a partir de ellas Objetivos de aprendizaje.

Obtener las curvas características de salida de un transistor a partir de datos

experimentales.

Observar las curvas características de un transistor con el osciloscopio.

Familiarizarte con la polarización de un transistor

Aprender a probar transistores

Aprender a medir la ganancia de corriente de un transistor.



Que es un transistor

Como funciona un transistor

Interpretar las hojas de especificaciones o Datasheet de un transistor

EQUIPO:






1 Fuente regulada de 12V, 9V

MATERIALES:


1 Diodos rectificador 1 4004N o equivalente (D1)

1 Protoboard

1 Transformador (MAGOM M504 o equivalente)

Primario: 120V/60Hz ó 220V/50Hz

Secundario: 9V

Corriente: 450mA

1 Resistencia de 22 ,1/ 2W RB

1 Resistencia de 100 ,1/ 2 1W RC

1 Resistencia de 220 ,1/ 2 2W RC

1 Transistor NPN 2N3904 o equivalente 1Q

1 Potenciómetros de 5k (P1, P2)

PROCEDIMIENTO

1. Tome el transistor 2N3904. Identifique la base (B), el colector (C) y el emisor (E), figura 1. Observe la forma de la capsula y los datos inscritos en ella.


Figura 1. Identificase la base (B), el colector (C) y el emisor (E).

2. Con su multímetro configurado como óhmetro o como probador de diodos, pruebe las uniones BE y BC en condiciones de polarización directa ye n condiciones de polarización inversa, como se indica en las figuras 3a y 3b respectivamente. Deberá obtener una lectura de baja resistencia en el primer caso y de alta resistencia en el segundo, ¿por qué?. También deberá obtener una lectura de alta resistencia entre el colector (C) y el emisor (E), con cualquier polaridad de las puntas de prueba, ¿por qué?.

Figura 3 .Prueba de las uniones BE y BC en polarización directa. (b) Prueba de las uniones BE y BC en polarización inversa.

3. Si su multímetro posee la función de probador de transistores, mida

también la ganancia de corriente ó FEh , como se muestra en la

figura 4.


Figura 4. Midiendo la ganancia de corriente.

Figura 5. Circuito Experimental para determinar las curvas

características de salida del transmisor.

4. Arme ahora sobre el Protoboard el circuito de prueba mostrado en la

figura 5. En el lugar de los medidores de corriente y A mA ,

coloque puentes de alambre fácilmente removibles. Utilizaremos el potenciómetro P1 para fijar la corriente de base (IB) y el potenciómetro P2 para fijar el voltaje colector-emisor (VCE). Las resistencias RB y RC limitan las corrientes IB e IC a valores seguros. La fuente de alimentación del colector (VCC) puede ser externa o como manera opcional sobre el mismo Protoboard utilizando un regulador de tres terminales de 12V (LM340T12) y unos pocos componentes asociados.

Figura 6. Fotografía del Montaje.

5. Retire el puente del circuito de base e instale en su lugar el multímetro, configurado como micro amperímetro, para medir la corriente de base (IB). Gire lentamente el potenciómetro P1 hasta que la corriente de base (IB) sea de 150 A , figura 7.


Figura 7. Midiendo la corriente de base (IB) Retire el multímetro y reinstale el puente del circuito de base. Mida entonces el voltaje resultante entre base y emisor (VBE), figura 8. Anote los resultados obtenidos.

Figura 8. Midiendo el voltaje base-emisor (VBE)

6. Con su multímetro configurado como voltímetro de CD, mida el

voltaje entre colector y emisor (VCE), girando lentamente el potenciómetro P2 hasta que la lectura sea de 6V o un valor muy próximo, figura 9.

Figura 9. Midiendo el voltaje colector-emisor (VCE) Retire entonces el puente del circuito de colector e instale en su lugar el multímetro, configurado como miliamperímetro, para medir la


corriente de colector (IC), figura 10. Anote los valores obtenidos. Hecho esto, retire el multímetro y reinstale el puente de colector.

Figura 10. Midiendo la corriente de colector.

7. Repita el paso 6 para diferentes valores de IB, desde 250 A hasta

0 A , en pasos de 50 A . En cada caso, repita el paso 7 para

diferentes valores de VCE, desde 12V hasta 0V, en pasos de 2V. Si es necesario, elimine la resistencia de colector (RC) por un puente. Registre todos los resultados obtenidos en una tabla de datos como la figura 11.

Figura 11. Tabla de datos

8. Utilizando los datos de la tabla anterior, dibuje para 150IB A la

curva característica de color correspondiente en una plantilla como la de la figura 12. Para ello represente cada pareja de valores VCE e IC por un punto y luego estos últimos mediante un trazo continuo. La gráfica obtenida es la curva solicitada. Identifíquela como 150IB A

. repita el mismo procedimiento para los otros valores de IB registrados. Su resultado final será una familia de curvas características de colector, las cuales describen el comportamiento del transistor para una gran variedad de condiciones de funcionamiento del circuito. Derive sus propias conclusiones.


Figura 11. Plantilla para graficar las curvas características de

colector.

9. Las curvas características de colector de nuestro transistor particular pueden ser también visualizadas en un osciloscopio de dos canales operando en el modo X Y . Para ello, puede utilizarse un montaje como el de la figura 12a. En las figuras 12b hasta la figura 12f se aprecian algunas de las curvas obtenidas. En este caso, el canal X (entrada horizontal) monitorea el voltaje colector-emisor (VCE), mientras que el canal Y (entrada vertical) monitorea el voltaje sobre la resistencia de colector (VTC), el cual es directamente proporcional a la corriente de colector (IC). Seleccionando unos factores de escala adecuados para estas entradas, pueden hacerse medidas de corriente y voltaje muy precisas.


Figura 12. Visualizando las curvas características de salida en un osciloscopio. El efecto neto del rectificador de media onda formado por el diodo D1 y el secundario del transformador T1 es variar automáticamente el voltaje de alimentación de colector (VCC), y por tanto el voltaje colector-emisor (VCE) entre cero y un valor máximo (13V, aproximadamente). Este efecto se denomina un barrido de voltaje.









Fascinating I.C Projects, P.K. Aggarwal,Editorial BPB, 1990. Power Supplies for All Occasions, M.C. Sharma, Editorial BPB, 1990. Fundamentos de microelectrónica, nanoelectrónica y fotónica Albella Martín, José



Fuente estabilizada regulable de 1.2 a 25V / 4A

LABORATORIO DE



INTRODUCCIÓN

En electrónica, una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la

red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos

circuitos del aparato electrónico al que se conecta (ordenador, televisor, impresora, router, etc.).

Clasificación

Las fuentes de alimentación, para dispositivos electrónicos, pueden clasificarse básicamente

como fuentes de alimentación lineal y conmutada. Las lineales tienen un diseño relativamente

simple, que puede llegar a ser más complejo cuanto mayor es la corriente que deben suministrar,

sin embargo su regulación de tensión es poco eficiente. Una fuente conmutada, de la misma

potencia que una lineal, será más pequeña y normalmente más eficiente pero será más compleja

y por tanto más susceptible a averías.

Fuentes de alimentación lineales

Las fuentes lineales siguen el esquema: transformador, rectificador, filtro, regulación y salida.

En primer lugar el transformador adapta los niveles de tensión y proporciona aislamiento

galvánico. El circuito que convierte la corriente alterna en continua se llama rectificador, después

suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como un filtro de condensador. La regulación, o

estabilización de la tensión a un valor establecido, se consigue con un componente denominado

regulador de tensión. La salida puede ser simplemente un condensador. Esta corriente abarca

toda la energía del circuito, esta fuente de alimentación deben tenerse en cuenta unos puntos

concretos a la hora de decidir las características del transformador.

Fuentes de alimentación conmutadas

Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante

transistores en conmutación. Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores

polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los mismos

conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 kHz típicamente) entre corte (abiertos) y

saturación (cerrados). La forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores con

núcleo de ferrita (Los núcleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias) para

obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son rectificados (Con

diodos rápidos) y filtrados (inductores y condensadores) para obtener los voltajes de salida de

corriente continua (CC). Las ventajas de este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo,

mayor eficiencia y por lo tanto menor calentamiento. Las desventajas comparándolas con fuentes

lineales es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe ser

cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos próximos a estas fuentes.


Las fuentes conmutadas tienen por esquema: rectificador, conmutador, transformador, otro

rectificador y salida.

La regulación se obtiene con el conmutador, normalmente un circuito PWM (Pulse Width

Modulation) que cambia el ciclo de trabajo. Aquí las funciones del transformador son las mismas

que para fuentes lineales pero su posición es diferente. El segundo rectificador convierte la señal

alterna pulsante que llega del transformador en un valor continuo. La salida puede ser también

un filtro de condensador o uno del tipo LC.

Las ventajas de las fuentes lineales son una mejor regulación, velocidad y mejores características

EMC. Por otra parte las conmutadas obtienen un mejor rendimiento, menor costo y tamaño.

Recordar que un amplificador operacional (comúnmente abreviado A.O., op-amp u OPAM), es

un circuito electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas

y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G)

(ganancia):

( ) el mas conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741.

Además un transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de

amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en

inglés de transfer resistor (resistencia de transferencia). Actualmente se encuentran

prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores

de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos

celulares, etc Objetivos de aprendizaje.

El alumno comprenda el funcionamiento del amplificador operacional

Aprenda a construir una fuente de poder regulada, multipropósito.



Que es un amplificador operacional

Como funciona un amplificador

Interpretar las hojas de especificaciones o Datasheet de un amplificador operacional

EQUIPO:


Juego de Puntas Necesarias a criterio del alumno (Caimán - Caimán,


Caimán – Banana, Banana - Banana)



MATERIALES:


1 Transformador de 25V-6A

1 Transistor 2N3055 o equivalente

1 Transistor BD137 o equivalente

1 Transistor BC327 o equivalente

1 Protoboard

1 Capacitor electrolítico de 10000 F

1 Diodo Zener de 12V a 1W o equivalente

1 Resistencia de 1.2 ,1 / 2k W

1 Resistencia de 1 ,1/ 2k W

2 Diodos 1N4148 o equivalentes

1 Amplificador Operacional UA741

1 Capacitor Cerámico de 100nF

1 Capacitor Electrolítico de 10 / 63uF V

1 Resistencia de 33 ,1W


1 Potenciómetro de 4.7k


Alambre telefónico #24AWG para conexiones


PROCEDIMIENTO

Como se observa en el circuito se puede decir que consta de tres etapas. La primera (formada por el transformador, el puente rectificador y el capacitor electrolítico de 10000µF), el cual se encarga de aislar y reducir la tensión de red, rectificar y filtrar. La segunda etapa (formada por el transistor de BC327, el circuito integrado y los componentes anexos) se encarga de proporcionar una tensión de referencia la cual será empleada para determinar, junto con el potenciómetro y sus resistencias de tope, la tensión a aplicar sobre el transistor driver y éste sobre el de potencia. La tercera etapa (formada por los transistores BD137 y 2N3055) se encargan de dejar pasar la corriente en forma controlada, por así decirlo, haciendo las veces de reguladores serie. Cabe aclarar que éstos efectúan una regulación resistiva y no conmutada (switching) por lo que la tensión en el emisor no es pulsante. Luego tenemos un pequeño filtro de salida formado por el capacitor electrolítico y los bornes.

El transformador debe proporcionar una tensión de 25V con una capacidad de corriente de 6A y la tensión de su primario deberá ser escogida de acuerdo a la red eléctrica de tu zona, en nuestro caso la red eléctrica de nuestra zona es de 127 V/ 60Hz. El transistor 2N3055 deberá estar montado sobre un buen disipador de calor, mientras que para el BD137 bastará con un disipador del tipo clip. El capacitor de 100nF, conectado en paralelo con la alimentación del µA741 deberá estar lo mas próximo posible a éste para optimizar el filtrado de la fuente.

De manera opcional se puede colocar un LED con una resistencia de 2.2Kilos en serie, tomado desde la salida del puente rectificador para indicar su funcionamiento. El color de la lámpara queda a nuestro antojo. Pero no le pongas de las parpadeantes porque producen ruido e interferencia, además de ser molesto este tipo de luces.

Si desea conectar un voltímetro para tener medición permanente de la tensión deberá colocarlo en paralelo con los bornes, siempre verificando la correcta polaridad de dicho instrumento. Si quiere conocer la corriente que circula por el circuito alimentado deberá colocar un amperímetro en serie con la vía positiva de la salida de esta fuente.


Recuerde que la actual salida ingresa al terminal negativo del instrumento y el termina positivo del instrumento representa la nueva salida. Si en alguno de los medidores (o en ambos) optase por colocar instrumental electrónico (que requiera alimentación) ésta deberá ser tomada siguiendo el siguiente esquema teórico: A la salida del transformador colocar un pequeño puente de diodos con capacidad para 1A. Filtrar la continua resultante con un electrolítico de 4700µF y con un cerámico de 100nF. Colocar un regulador de tensión en serie de la línea 78xx de acuerdo a la tensión requerida por el o los instrumentos. Es aconsejable, a la salida del regulador de tensión, colocar otro capacitor cerámico de 100nF en paralelo para filtrar el posible rizado que genere el circuito regulador. Si bien era más fácil colocar un regulador a la salida del puente rectificador de potencia; si la fuente fuese cargada al límite de su capacidad el puente entraría en calor, haciendo caer ligeramente la tensión continua y esto puede afectar la operación de los instrumentos. Recordar que la mayoría de estos instrumentos utilizan tensiones de referencia que toman desde la línea de alimentación y no desde la vía a medir. 10. Arme el circuito en Multisim y obtenga sus conclusiones








Fascinating I.C Projects, P.K. Aggarwal, Editorial BPB, 1990. Power Supplies for All Occasions, M.C. Sharma, Editorial BPB, 1990. Fundamentos de microelectrónica, nanoelectrónica y fotónica Albella Martín, José

María Pearson 2005


Electrónica: teoría de circuitos Boylestad, Robert L. Pearson 1997 Fundamentals of semiconductor devices Anderson, Betty Lise McGraw Hill 2005

Reguladores de voltaje de tres terminales

LABORATORIO DE



INTRODUCCIÓN

Fuentes de alimentación reguladas Como hemos visto, es posible reducir el rizado en el voltaje de salida de un rectificador a cualquier nivel deseado utilizando un condensador de filtro suficientemente grande. Sin embargo, esto no garantiza que el voltaje sobre la carga permanezca constante. De hecho, este ultimo puede variar debido a otras causas, por ejemplo, las fluctuaciones en el voltaje de CA de entrada del transformador o los cambios en al resistencia de la carga. Para minimizar el efecto de estos factores y garantizar un voltaje de salida verdaderamente constante, la mejor solución es utilizar un regulador entre el filtro y la carga, figura 1. Las fuentes de alimentación con esta característica se denominan fuentes reguladas.

Figura 1. Estructura básica de una fuente de alimentación regulada

Objetivos de aprendizaje.

Examinar el funcionamiento de una fuente de alimentación con regulador fijo

Examinar el funcionamiento de una fuente de alimentación con regulador ajustable

Evaluar el comportamiento de una fuente de alimentación regulada con y sin carga.



Que es un regulador

Que tipos de reguladores existen


Que es una fuente de alimentación regulada variable

Que es una fuente regulada fija

Que es una fuente de alimentación con reguladores de tres terminales

Reguladores de voltaje con diodo Zener y transistor

EQUIPO:


1 Multímetro




MATERIALES:


1 Cable de potencia trifásico o monofásico

1 Transformador de Potencia (MGOM 504 o similar)

Primario: 115V ó 220V

Secundario: 9V -6V-0V-6V -9V

Corriente: 450mA

1 Puente rectificador de 1A (W04M o equivalente) (BR1)

(Traer Hoja de especificación es obligatorio del Puente rectificador)

1 Protoboard

1 Condensador de 2200 / 35 ,( 1)F V C

1 Condensador de 0.22 / 50 ,( 2)F V C

1 Condensador electrolítico de 1 / 25 ,( 3)F V C

1 Condensador electrolítico de 10 / 25 , 4F V C

1 Resistencia de 100 ,1/ 2 ( 1)W RL

1 Resistencia de 47 ,1 /1 ( 2)W RL

1 Resistencia de 220 ,1 / 2 ( 3)W RL

1 Resistencia de 220 240 ,1 / 2 ( 1)ó W R

1 Resistencia de 1.2 ,1 / 2 ( 2 )k W R A


1 Resistencia de 2.2 ,1 / 2 ( 2 )k W R B

1 Resistencia de 470 ,1/ 2 ( 2 )W R C

1 Resistencia de 820 ,1 / 2 ( 3)W R

1 LED de 20mA, cualquier color (D3)

PROCEDIMIENTO

1. Tome el regulador fijo (LM340-5 ó LM7805) e identifique sus terminales, figura 2. Familiarícese también con la información impresa en la capsula. Haga lo mismo con el regulador ajustable (LM317), figura 3. En nuestro caso por ejemplo, utilizamos un regulador LM340T5 de National. El prefijo “LM” identifica los circuitos integrados lineales de esta compañía. El número “340” indica que se trata de un regulador de voltaje fijo positivo. La letra “T” se refiere al tipo de capsula (TO-220) y la capacidad de corriente (1A). El numero “5” especifica el voltaje de salida nominal (5V). la capsula también proporcionara la fecha de fabricación y datos útiles.

Figura 2. Identificando los reguladores de tres terminales.

2. Arme sobre el Protoboard el circuito de la figura 3, correspondiente a

una fuente regulada de 5V. tenga en cuenta que C2 y C3 deben de quedar tan cerca del regulador como sea posible. Antes de instalar la


resistencia de carga (RL1), mida su valor real con el multímetro. Mida también el valor real de las otras resistencias de carga (RL2, RL3).

Figura 3. Ensamblaje de la fuente +5V sobre el Protoboard

3. Con su multímetro configurado como voltímetro para CD, mida el

voltaje de entrada del regulador (Vi), figura 4.

Figura 4. Midiendo el voltaje de entrada del regulador fijo.


4. Mida ahora el voltaje de salida (Vo), figura 5. Calcule entonces al corriente de carga (IL) y la potencia disipada por el regulador

(Potencia registrada, Preg). Esta ultima es igual a LVi Vo I . la

máxima potencia que puede disipar por si mismo cualquier regulador de la serie LM340 en capsula TO-220 es de 2W. Para potencias mayores, debe utilizarse un disipador de calor, si esto no se hace, el dispositivo podría destruirse.

Figura 5. Midiendo el voltaje de salida del regulador fijo.

5. Retire la resistencia de carga (RL1) y mida el voltaje de salida del

circuito en condiciones de circuito abierto. Designe este voltaje como Voc. Calcule entonces el porcentaje de regulación de voltaje del circuito (RV) mediante la siguiente formula:

% 100Voc Vo

RVVoc

Nota. Idealmente una fuente debería tener un porcentaje de regulación del 0%, es decir, entregar el mismo voltaje con o sin carga (Voc=Vo). En la práctica, esto no siempre sucede debido a que toda la fuente tiene una resistencia interna diferente de cero. Lo importante es que esta figura sea muy baja, digamos inferior al 1%.

6. Arme ahora sobre el Protoboard el circuito de la figura 6, correspondiente a una fuente regulada ajustable. Nuevamente, asegúrese que C2, C3 y C4 queden tan cerca del regulador como sea posible.


Antes de instalar las resistencias R1 y R2, mida sus valores reales con el multímetro. Al conectar el LED D2, indicando la presencia de voltaje de salida del regulador.

Figura 6. Montaje de la fuente ajustable sobre el Protoboard

7. Con su multímetro configurado como voltímetro para CD, mida el

voltaje de salida de la fuente (Vo), figura 7. Compare este valor con el esperado teóricamente de acuerdo a la formula:

21.25 1

1

RVo

R


Figura 7. Midiendo el voltaje de salida de la fuente ajustable

8. Para finalizar sustituya la resistencia R2 por un puente de alambre (0). Mida entonces el voltaje de salida (Vo). ¿Que sucede y por qué?

9. El comportamiento del circuito anterior puede ser también analizado con la ayuda de un osciloscopio, hágalo.

10. Arme el circuito en multisim y compruebe los resultados anteriormente mediante esta herramienta.









Generador de Ondas

LABORATORIO DE

ELECTRÓNICA

PRACTICA 8


INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN El ICL8038 es un circuito integrado monolítico capaz de producir formas de onda senoidales, cuadradas, triangulares, diente de sierra y pulsos con gran precisión. La frecuencia de la señal de salida puede seleccionarse, mediante los valores de los componentes externos, entre 0.001 Hz hasta 1Mhz. No obstante, el esquema que presentamos es un generador de funciones de audio que abarca el espectro de 20Hz hasta los 20KHz. Como que el integrado es, de hecho, un oscilador controlado por tensión, admite modulación de frecuencia a través del terminal 8, aunque en el circuito presentado esta característica no se encuentra operativa. El 8038 se encapsula en cinco versiones diferentes identificándose por los prefijos: AM, OM, AC, BC, CC. La primera letra (A,B o C) selecciona al chip en función de ciertas propiedades, tales como el encapsulado, distorsión, etc. La segunda letra identifica el margen de la temperatura de trabajo. El modelo con la letra C (comercial) abarca un margen de temperaturas desde cero hasta +70 grados centígrados y el modelo con la letra M (militar) abarca un margen de temperaturas de trabajo desde -55 grados centígrados hasta +125 grados centígrados.

INFORMACIÓN

El generador de funciones es un equipo capaz de generar señales variables en el dominio del tiempo para ser aplicadas posteriormente sobre el circuito bajo prueba.

Las formas de onda típicas son las triangulares, cuadradas y senoidales. También son muy utilizadas las señales TTL que pueden ser utilizadas como señal de prueba o referencia en circuitos digitales.

Otras aplicaciones del generador de funciones pueden ser las de calibración de equipos, rampas de alimentación de osciloscopios, etc.


Aunque existen multitud de generadores de funciones de mayor o menor complejidad todos incorporan ciertas funciones y controles básicos que pasamos a describir a continuación. Generador de funciones:

1. Selector de funciones. Controla la forma de onda de la señal de salida. Como comentábamos puede ser triangular, cuadrada o senoidal.

2. 2. Selector de rango. Selecciona el rango o margen de frecuencias de trabajo de la señal de salida. Su valor va determinado en décadas, es decir, de 1 a 10 Hz, de 10 a 100, etc.

3. Control de frecuencia. Regula la frecuencia de salida dentro del margen seleccionado mediante el selector de rango.

4. Control de amplitud. Mando que regula la amplitud de la señal de salida. 5. DC offset. Regula la tensión continua de salida que se superpone a la señal

variable en el tiempo de salida. 6. Atenuador de 20dB. Ofrece la posibilidad de atenuar la señal de salida 20 dB

(100 veces) sobre la amplitud seleccionada con el control numero 4. 7. Salida 600ohm. Conector de salida que entrega la señal elegida con una

impedancia de 600 ohmios. 8. Salida TTL. Entrega una consecución de pulsos TTL (0 - 5V) con la misma

frecuencia que la señal de salida.

UTILIZACIÓN

Lo primero que deberemos realizar será seleccionar el tipo de señal de salida que necesitamos (triangular, cuadrada o senoidal).


A continuación se debe fijar la frecuencia de trabajo utilizando los selectores de rango y mando de ajuste. Muchos generadores de funciones modernos incorporan contadores de frecuencia que permiten un ajuste preciso, no obstante y en caso de ser necesario se pueden utilizar contadores de frecuencia externos, osciloscopios o incluso analizadores de espectros para determinar la frecuencia con mayor precisión.

El siguiente paso será cargar la salida y fijar la amplitud de la señal así como la tensión de continua de offset siempre que sea necesaria, como en el caso del ajuste de frecuencia podemos utilizar distintos equipos de medida para ajustar el valor de amplitud. Para niveles de potencia bajos será necesario activar el atenuador interno del generador.

Para evitar deformaciones en las señales de alta frecuencia es indispensable cuidar la carga de salida, evitar capacidades parásitas elevadas y cuidar las características de los cables. Objetivos de aprendizaje.

Comprender el funcionamiento de un generador de onda

Utilizar un osciloscopio con dos canales y una base de tiempo, para comprobar las señales

de un generador de onda.



Que es osciloscopio

Partes de un osciloscopio

Funcionamiento de un osciloscopio


EQUIPO:





1 Fuente Regulada de Voltaje de 15V

MATERIALES:


1 Protoboard

1 Integrado ICL8038

1 Potenciómetro P1 de 10K

1 Potenciómetro P2 de 500

1 Potenciómetro P3 de 47k

1 Potenciómetro RA3 de 100k



2 Amplificadores operacionales JFET TL082

4 Resistencias de 47K

1 Resistencia de 1.8K

1 Resistencia de 18K

4 Resistencias de 100k

2 Resistencias de 47

1 Resistencia de 4.7M

2 Interruptores 1 polo tres tiros

1 Interruptor 1 polo cinco tiros

2 Capacitores Cerámicos de 10pF

1 Resistencia de 27k

2 Capacitores electrolíticos de 47 F

3 Capacitores Cerámicos de 100nF

1 Capacitor Electrolítico de 100uF

6 Resistencias de 10k

3 Resistencias de 3.3k





1 capacitor Cerámico de 10nF

1 Capacitor Cerámico de 1nF



PROCEDIMIENTO

Procedimiento:


Características técnicas: Alimentación: +/- 15V Consumo: 30mA Voltaje máximo de salida: 14Vpp Rango de frecuencias: 1Hz a 100KHz Formas de Onda: Cuadrada Triangular Senoidal Distorsión: < 1% Rangos: 5 Todo el instrumento radica en el integrado ICL8038 el cual es un oscilador controlado por tensión. Ya que el nivel de salida del integrado es fijo para cada forma de onda se ha incorporado otro circuito integrado formado por dos amplificadores operacionales de buena calidad cuya función es primeramente fijar la tensión de salida a 14Vpp para luego pasarla por una red resistiva que se encarga de entregar tres pasos de 5V, 0.5V y 0.05V respectivamente (seleccionable con S3). El ajuste fino de esta tensión se efectúa con el potenciómetro P3 el cual se recomienda sea multivueltas para darle mayor precisión al sistema. El ajuste de la distorsión se efectúa por medio de las resistencias ajustables RA2 y RA3, siendo estas para montaje en circuito impreso y del tipo multivueltas. El potenciómetro P2 permite ajustar la simetría de la señal, permitiendo corregir pequeños cambios causados por la tolerancia de los componentes. También se lo puede emplear para generar formas de onda deformadas como dientes de sierra y pulsos ultra estrechos. El control de la frecuencia de salida se realiza por medio del selector S1, que permite escoger entre rangos desde 1Hz hasta 100KHz, en múltiplos de 10. El potenciómetro P1 es el ajuste fino de dicha frecuencia. También es muy recomendable usar uno multivueltas. Se pueden instalar mas capacitores y un selector de mas posiciones para llegar hasta un capacitor de 1000µF que da la posibilidad de oscilar a 0.01Hz, aunque esto es poco usual queda a gusto del armador implementarlo o no. El potenciómetro P3 es el control de amplitud, el cual trabaja junto con S3 como selectora de escala o rango. El selector S2 permite escoger la forma de onda a obtener siendo T triangular, S senoidal y C cuadrada. Calibración del equipo:


Es una tarea si se quiere simple y fácil de realizar incluso sin disponer de un osciloscopio. Una vez conectada la tensión de alimentación comprobar que ésta este en +/-15V. A continuación se ajustará la simetría de la onda. Si tiene osciloscopio hay que conectar las puntas a la ficha de salida del generador. Una vez que la forma de onda sea visible, de la amplitud suficiente como para medirla, girar el cursor de P2 suavemente hasta que la onda visualizada sea simétrica. En caso de no disponer de un osciloscopio dejar todas las resistencias ajustables en la posición central. El ajuste de la distorsión se efectúa mediante las resistencias ajustables RA2 y RA3; la distorsión de mide sobre la onda senoidal. La obtención de dicha forma de onda se lleva a cabo por aproximación lineal por tramos, así que podría ocurrir que aparezcan líneas rectas; si RA2 y RA3 están próximas a su posición central es factible que no se aprecien dichas rectas. Para realizar una mejor aproximación puede tomarse como modelo la señal seno de la tensión alterna de distribución doméstica. Esto siempre y cuando el osciloscopio sea de doble traza. La tensión de off-set se ajusta mediante RA1. Puede comprobarse la tensión eficaz de la onda seno con un voltímetro. Hay que colocar el selector S3 en la posición 5V y se mide la tensión de la señal en una frecuencia no mayor a 10KHz para voltímetros digitales o 100Hz para voltímetros análogos. Variar RA1 hasta que la tensión medida sea 5V. Luego de esto el equipo estará correctamente calibrado y listo para operar. Nota de montaje (opcional): Colocar el equipo en un gabinete metálico para evitar que interferencias externas influyan sobre el desempeño del generador de funciones ICL8038.






manual de prácticas de dispositivos digitales

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