ELECTRNICA 1

PRACTICA

6

CIRCUITOS LIMITADORES Y FIJADORES DE NIVEL

OBJETIVO:Contribuir a desarrollar en el alumno la habilidad para analizar y disear circuitos limitadores y fijadores de nivel con diodos.MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO: OSCILOSCOPIO MULTIMETRO DIGITAL GENERADOR DE FUNCIONES 1 RESISTOR DE 100; 1 RESISTOR DE 1 K; 1 RESISTORES DE 2.2 K; 1 RESISTOR DE100 K; 1 DIODO DE SILICIO 1 DIODO DE GERMANIO 1 PILA DE 1.5 V. 1 CAPACITOR DE 1 QF

1

ELECTRNICA 1

INTRODUCCIONCIRCUITO LIMITADORLa funcin mas importante de un circuito limitador o recortador, es eliminar una porcin de una seal alternante. El proceso lo realiza generalmente un diodo y una resistencia, pero tambin se pueden agregar voltajes de CD, para proporcionar desplazamientos o cortes adicionales. El anlisis de circuitos limitadores con entradas de ondas cuadradas, es el mas fcil de realizar, ya que solo existen dos niveles de voltaje de entrada, y cada nivel se puede considerar como una entrada de CD durante el tiempo en que dicho nivel permanece. Para entradas senoidales y triangulares, se requiere un mayor nmero de valores instantneos del voltaje de entrada, para ser consideradas como niveles de CD, y por lo tanto se incrementa el nmero de anlisis requeridos para determinar los niveles de voltaje de salida. Una vez que existen un nmero suficiente de valores de voltaje de salida, se puede bosquejar la forma de onda del voltaje de salida.

CIRCUITO FIJADOR DE NIVELLos circuitos fijadores de nivel o sujetadores, se disean para fijar o sujetar una seal de entrada a un nivel deseado sin alterar la forma de onda ni el valor pico a pico. Los circuitos limitadores se distinguen de los fijadores de nivel en que stos ltimos incluyen un elemento capacitivo. Un sujetador tpico, est constituido por un diodo, una resistencia y un capacitor y en ocasiones un voltaje de CD de referencia. Para analizar este tipo de circuitos se necesita un procedimiento paso a paso. El primer paso es determinar en que parte de la seal de entrada el diodo se polariza directamente, una vez que esto se determin, se puede iniciar el anlisis, sustituyendo al diodo por un modelo equivalente lineal y determinando el voltaje a travs del capacitor y el voltaje de salida. El resto del anlisis se puede determinar fcilmente si se seleccion una red RC lo suficientemente grande para que el capacitor retenga su carga durante el semiperiodo en que el diodo permanece en circuito abierto. El anlisis de un fijador de nivel se puede verificar rpidamente, comprobando que el valor pico a pico de la seal de entrada sea el mismo que el de la seal de salida.2

ELECTRNICA 1

METODOLOGIALos alumnos divididos en equipos de trabajo, se distribuirn en las mesas de trabajo del laboratorio, solicitarn el equipo necesario en la caseta mediante un vale, y debern seguir las indicaciones del profesor, as como la gua de este manual.

DESARROLLO DE LA PRACTICAParte 1 Circuitos Limitadoresa) Construya el circuito de la figura 6.1. Mida y registre el valor de la resistencia R y el voltaje de la pila, ajuste la salida del generador de funciones para una seal de onda cuadrada de 8Vpp con una frecuencia de 1000 Hz. R = _______ V(pila) = _______

Figura 6.1 b) Para el primer semiperodo de la seal de entrada, calcule el voltaje de salida Vo es decir cuando el voltaje de entrada vale +4V Vo = _____ c) Repita el inciso b) para el valor de la onda de entrada de -4V3

ELECTRNICA 1

Vo = ____ d) Usando los resultados de los incisos b) y c) dibuje la forma de onda del voltaje de salida Vo con el eje central como lnea de cero volts, en la figura 6.2; anotando las sensibilidades seleccionadas. Time / div = ______ Volt / div = ______

Figura 6.2

e) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito de la figura 6.1, asegurndose de hacer los ajustes necesarios y de usar las mismas sensibilidades del inciso anterior, y dibuje la forma de onda observada en la pantalla en la figura 6.3.

4

ELECTRNICA 1

Figura 6.3 Compare los resultados de los incisos d) y e) y haga sus comentarios f) Invierta la polaridad de la batera en el circuito de la figura 6.1 y calcule Vo cuando la onda cuadrada aplicada vale +4V. Vo = _______ g) Repita el clculo de Vo cuando la entrada aplicada vale -4V Vo = _______ h) Usando los resultados de los incisos f) y g) , dibuje la forma de onda esperada para Vo en la figura 6.4, utilizando las mismas sensibilidades del inciso d).

5

ELECTRNICA 1

Figura 6.4 i) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito de la figura 6.1, asegurndose de hacer los ajustes necesarios y de usar las mismas sensibilidades del inciso anterior, y dibuje la forma de onda observada en la pantalla en la figura 6.5.

Figura 6.56

ELECTRNICA 1

Compare los resultados de los dos ltimos incisos y haga sus comentarios

LIMITADORES EN PARALELOa) Construya el circuito de la figura 6.6, mida y registre el valor de R, note que la entrada es ahora una onda cuadrada de 4 Vpp a 1000 Hz. R = _______

Figura 6.6 b) Calcule el valor de Vo, cuando el nivel de la onda cuadrada de entrada es +2V. Vo = _____ c) Repita el inciso anterior, cuando la onda de entrada vale -2V. Vo = _____ d) Usando los resultados de los incisos previos bosqueje la forma de onda que resultara en la figura 6.7, anotando las sensibilidades escogidas. Time / div = ______ Volt / div = ______

7

ELECTRNICA 1

Figura 6.7 e) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito de la figura 6.6, usando las sensibilidades seleccionadas en el inciso anterior y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla en la figura 6.8.

Figura 6.88

ELECTRNICA 1

Compare los resultados de los incisos previos y haga sus comentarios

ENTRADA SENOIDALa) Reconstruya el circuito de la figura 6.1 y ajuste la salida del generador para una onda senoidal de 8Vpp y 1000Hz. b) Usando el mismo procedimiento dibuje la forma de onda esperada para Vo en la figura 6.9, calculando valores de Vo para los valores de entrada indicados.

Figura 6.9

Para Vi = +4V; Vo = _____ Para Vi = -4V; Vo = _____ Para Vi = 0V ; Vo = _____ Time / div = _____ Volt / div = _____

9

ELECTRNICA 1

c) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito reconstruido y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla, en la figura 6.10.

Figura 6.10 Compare los resultados obtenidos y saque sus propias conclusiones.

CIRCUITOS FIJADORES DE NIVELa) Construya el circuito de la figura 6.11, mida y registre el valor de R. R = ______

Figura 6.11

10

ELECTRNICA 1

b) Calcule Vc y Vo para el intervalo de Vi en que el diodo puede conducir. Vc = ______ Vo = ______ c) Usando los resultados anteriores, calcule el nivel de Vo despus que Vi cambia de valor y el diodo no puede conducir. Vo = ______ f) Usando los resultados de los incisos b) y c) bosqueje la forma de onda que resultara en la figura 6.12, anotando las sensibilidades escogidas. Time / div = ______ Volt / div = ______

Figura 6.12

g) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito de la figura 6.11, usando las sensibilidades seleccionadas en el inciso anterior y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla en la figura 6.13.

11

ELECTRNICA 1

Figura 6.13 Compare los resultados de los incisos previos y saque sus conclusiones

h) Invierta los terminales del diodo del circuito de la figura 6.11 y calcule los niveles de Vc y Vo para el intervalo de Vi en que el diodo puede conducir. Vc = ______ Vo = ______ i) Usando los resultados anteriores, calcule el nivel de Vo despus que Vi cambia de valor y el diodo no puede conducir. Vo = ______ j) Usando los resultados de los incisos h) e i) bosqueje la forma de onda que resultara en la figura 6.14, anotando las sensibilidades escogidas. Time / div = ______ Volt / div = ______

12

ELECTRNICA 1

Figura 6.14 k) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito de la figura 6.11, usando las sensibilidades seleccionadas en el inciso anterior y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla en la figura 6.15.

Figura 6.15

13

ELECTRNICA 1

l)

Construya el circuito de la figura 6.16 y anote los valores medidos de R y E. R = _______ E = _______

Figura 6.16

m) Calcule Vc y Vo para el intervalo de Vi en que el diodo puede conducir. Vc = ______ Vo = ______ n) Usando los resultados anteriores, calcule el nivel de Vo despus que Vi cambia de valor y el diodo no puede conducir. Vo = ______

o) Usando los resultados de los incisos m) y n) bosqueje la forma de onda que resultara en la figura 6.17, anotando las sensibilidades escogidas. Time / div = ______ Volt / div = ______

14

ELECTRNICA 1

Figura 6.17

p) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito de la figura 6.16, usando las sensibilidades seleccionadas en el inciso anterior y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla en la figura 6.18.

Figura 6.1815

ELECTRNICA 1

q) Invierta los terminales del diodo del circuito de la figura 6.16 y calcule los niveles de Vc y Vo para el intervalo de Vi en que el diodo puede conducir. Vc = ______ Vo = ______ r) Usando los resultados anteriores, calcule el nivel de Vo despus que Vi cambia de valor y el diodo no puede conducir. Vo = ______

s) Usando los resultados de los incisos q) y r) bosqueje la forma de onda que resultara en la figura 6.19, anotando las sensibilidades escogidas. Time / div = ______ Volt / div = ______

Figura 6.19

16

ELECTRNICA 1

t)

Conecte el osciloscopio a la salida del circuito reconstruido de la figura 6.16, usando las sensibilidades seleccionadas en el inciso anterior y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla en la figura 6.20.

Figura 6.20

FIJADOR DE NIVEL CON ENTRADA SENOIDALa) En el circuito de la figura 6.16 cambie la salida del generador de funciones a una onda senoidal de 8Vpp y una frecuencia de 1000 Hz. b) Calcule Vc y Vo para el intervalo de Vi en que el diodo puede conducir. Vc = ______ Vo = ______ c) Usando los resultados anteriores, calcule el nivel de Vo despus que Vi cambia de valor y el diodo no puede conducir. Vo = ______

17

ELECTRNICA 1

d) Dibuje la forma de onda esperada para Vo en la figura 6.21, calculando valores de Vo para los valores de entrada indicados.

Figura 6.21

Para Vi = +4V; Vo = _____ Para Vi = -4V; Vo = _____ Para Vi = 0V ; Vo = _____ Time / div = _____ Volt / div = _____

e) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito reconstruido de la figura 6.16, usando las sensibilidades seleccionadas en el inciso anterior y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla en la figura 6.22.

18

ELECTRNICA 1

Figura 6.22 f) Cambie el valor de R en el circuito de la figura 6.11 por una de 1 K;y, observe el efecto en la pantalla del osciloscopio. Cmo puede explicar esto?

g) Repita lo mismo pero con una resistencia de 100 ;Comente los resultados obtenidos y saque una conclusin.

19