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ELECTRÓNICA ANALÓGICA I

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

TRABAJOS PRÁCTICOS DE LABORATORIO

EN GABINETE DE COMPUTACIÓN

CON COMPONENTES REALES

Mg. Ing. Mario O. Muñoz

AÑO 2013

(P.C.)

(Lab. Real)

Índice Uso de placa experimental tipo Poject Board y de instrumentos de laboratorio.........................................I Consideraciones sobre la realización de experiencias de laboratorio ...................................................... IV Trabajo práctico L1 - Diodos: curvas y aplicaciones................................................................................. 1 Trabajo práctico L2 - Amplificadores Básicos con Transistores Bipolares............................................... 9 Trabajo práctico L3 - Aplicaciones del transistor de efecto de campo y bipolar..................................... 13 Listado de componentes a utilizar............................................................................................................ 19

Uso de la plaqueta experimental (Project Board) En la actualidad existen diversos modelos y tamaños de plaquetas experimentales. En la Figura I podemos ver una plaqueta experimental típica.

Figura I

Líneas de alimentació

Zonas de propósitos generales

Borneras (opcional)

El experimentor de la Figura I consta de tres partes fundamentales:

• 2 líneas de alimentación. (+ y -) • 2 Borneras (circunferencias) • 2 zonas de propósitos generales (zonas centrales)

Algunos modelos no traen bornera y otros tampoco poseen línea de alimentación. La bornera no es indispensable, pero la línea de alimentación simplifica mucho el cableado del circuito. El experimentor trae una serie de puentes internos. Estos pueden observarse en la Figura II con línea continua gruesa.

Corte en las líneas

Figura II Nótese que la línea de alimentación está cortada en la mitad de la placa, por lo tanto esta conexión, de ser necesaria, deberá cablearse externamente. Lo mismo ocurre con las borneras, las cuales no tienen ningún tipo de conexión. La línea en blanco central que divide a la placa en dos, sirve para conectar circuitos integrados. Deberá colocarse cada hilera de patas en mitades distintas. Realización del cableado El conductor a utilizar tiene que ser un alambre aislado, con un diámetro aproximado de 0,6mm. Si se utiliza alambre más delgado se corre el riesgo de que aparezcan problemas de contacto muy difíciles de encontrar. Utilizar alambre más grueso puede causar daños irreversibles en la plaqueta. Se recomienda usar alambre telefónico (del tipo multipar). Ambas puntas del cable deberán pelarse (no más de 7mm, para evitar cortocircuitos). Para poder hacer un seguimiento del circuito una vez armado, los cables deben curvarse a 90°. Evitar cables largos en exceso y transversales a la plaqueta. No conviene volver a doblar para otra aplicación un cable que ya ha sido doblado, ya que éste podría cortarse (cosa que no es perceptible a simple vista debido al aislante plástico), haciendo muy difícil la detección de fallas. Se recomienda guardar los cables doblados, ya que pueden servir para algún otro proyecto. Uso de los instrumentos de laboratorio El alumno ya debe estar familiarizado con los distintos instrumentos del laboratorio (voltímetro, amperímetro, osciloscopio, frecuencímetro, generador de señales, etc.). El objetivo de esta guía es sólo recordar los conceptos básicos para una correcta utilización de los mismos.

Laboratorio de Electrónica Analógica I 2013 Página I

Laboratorio de Electrónica Analógica I 2013 Página II

Uso del voltímetro Para medir la diferencia de potencial entre dos puntos A y B de un circuito, debe conectarse un voltímetro entre los puntos A y B mencionados, tal como se muestra en la Figura III. Esta conexión recibe el nombre de conexión paralelo.

Figura III

Antes de conectar los terminales, deben verificarse que el rango de la escala seleccionada en el instrumento sea mayor que el máximo valor esperado de tensión. Si no se tiene en cuenta esta precaución, se corre el riesgo de destruir el vol-tímetro. Si no se conociera el probable valor máximo de la tensión a medir, seleccionar la mayor escala disponible e ir disminuyéndola hasta lograr la resolución deseada (cuidando que no se produzca sobrerrango). Para alargar la vida útil de la llave selectora, se recomienda desconectar el instrumento del circuito (por lo menos un terminal) cuando se realice un cambio de escala. También es de suma importancia tener presente la tensión máxima que soporta el instrumento. Este valor generalmente está grabado junto a los conectores del mismo. Uso del amperímetro Para medir la corriente que pasa por una rama del circuito, debe intercalarse un amperímetro en dicha rama, tal como se muestra en la Figura IV. Esta conexión recibe el nombre de conexión serie, en la cual el circuito a medir debe ser abierto. NO DEBE CONECTARSE JAMÁS UN AMPERÍMETRO EN PARALELO YA QUE LA CORRIENTE CIRCULANTE OCASIONARÍA LA INMEDIATA DESTRUCCIÓN DEL MISMO. Deberán tenerse las mismas precauciones con respecto a la selección de las escalas que las mencionadas para el caso del voltímetro.

Figura IV

Uso del osciloscopio El osciloscopio es un instrumento muy versátil, y permite hacer varios tipos de mediciones, dependiendo de la complejidad del equipo. Un osciloscopio típico (como los disponibles en el laboratorio) es el que podemos ver en la Figura V.

Figura V

El panel de control puede dividirse en 4 partes: 1) Canal A: Aquí debe conectarse la punta del osciloscopio (en forma paralela, como si fuera un

voltímetro). Debe ajustarse la escala con la perilla Volt/División hasta lograr la resolución deseada en las ordenadas (eje vertical). Cuando se necesite medir tensiones alternas, colocar la llave AC/GND/DC en AC. La posición GND permite centrar el haz del osciloscopio con las perillas de posición vertical. Ídem canal A. 2) Canal B:

Multímetro conectado comoAmperímetro

Multímetro conectado comoVoltímetro A

B

Laboratorio de Electrónica Analógica I 2013 Página III

3) Disparo: Aquí se puede seleccionar si la sincronización se hace con el canal A, el B, por la línea o

4) Base de tiempo: s, el cual debe modificarse en función de la frecuencia de la señal

demás, la mayoría de los osciloscopios poseen ajuste de intensidad y foco, con los cuales podemos regular el aspecto

so del frecuencímetro trumento muy sencillo de utilizar. Sólo hay que conectar los terminales del mismo en forma

por una fuente externa. Es el ajuste de las abscisaa medir. Además se dispone de regulación de la posición del haz (horizontal).

Adel haz. El haz no debe ser muy brillante, ya que esto provoca un rápido deterioro del recubrimiento interno de fósforo de la pantalla. UEl frecuencímetro es un insparalela (como en un voltímetro). Para obtener mayor precisión en la medición, elegir un tiempo de muestreo mayor. Si el frecuencímetro no fuera autorrango, evidentemente se debe seleccionar una escala adecuada para realizar las mediciones. La única precaución que debe tenerse en cuenta es la de no conectar las puntas del instrumento a una tensión mayor a la que soporta, mostrada en los conectores.

Laboratorio de Electrónica Analógica I 2013 Página IV

CONSIDERACIONES SOBRE LA REALIZACIÓN DE EXPERIENCIAS DE LABORATORIO Introducción Un ingeniero debe ser muy organizado y ordenado en el ejercicio de su profesión, por lo que los siguientes ítemes tienen como único objetivo puntualizar una metodología de trabajo a fin de que las prácticas de laboratorio resulten precisas y eficaces, a la vez que sirvan de guía para cualquier trabajo a realizar, encauzando al alumno hacia el orden y la organización. 1 - Cuaderno de notas de laboratorio Es muy importante disponer de un cuaderno de notas de laboratorio, en el cual se hará un registro de todo el trabajo relativo a la experiencia realizada. No existe una fórmula para llevar dicho cuaderno de manera mejor que otra, por lo tanto los comentarios siguientes deben ser considerados como de aplicación general y orientativos; ya que están basados en una gran experiencia y práctica. Hay que tener en cuenta un principio fundamental en el trabajo de laboratorio y es que: CUALQUIER PERSONA EXTRAÑA, CON PREPARACIÓN SIMILAR, Y SIGUIENDO LAS INDICACIONES DEL CUADERNO DE LABORATORIO, DEBE SER CAPAZ DE REPRODUCIR TODA LA EXPERIENCIA CON DATOS Y CONCLUSIONES SIMILARES. Un año, un mes o quizás pocos días después de la práctica, el mismo autor de la experiencia puede ser dicha persona extraña. EN NINGÚN CASO SE DEBE CONFIAR EN LA MEMORIA PARA COMPLETAR DETALLES CON POSTERIORIDAD. Todo debe quedar anotado. La hoja suelta o el papel borrador NO deben existir en el laboratorio. Se pueden destinar las páginas pares (lado izquierdo del cuaderno) a borrador o para realizar cálculos o anotaciones de carácter secundario. Si alguien debe seguir el trabajo realizado por otro, es muy importante la correcta organización. El cuaderno de laboratorio NO ES UN INFORME QUE DEBE PREPARARSE DESPUÉS DE REALIZAR LA EXPERIENCIA. Es el registro claro, sistemático y completo de una experiencia y es tan importante como la experiencia misma. 2 - Encabezamiento En el encabezamiento de la primera página de la experiencia de laboratorio debe aparecer el título de dicha experiencia, nombre de la persona y fecha. Esto parece trivial pero constituye un buen hábito. 3 - Objetivo Iniciando el registro debe estar indicado en forma concisa y concreta lo que se desea hallar o verificar en la experiencia. Si bien esto se destina a quien recibirá el informe, también es de gran ayuda para aclarar la experiencia que se va a desarrollar. 4 - Bibliografía Se deben anotar las lecturas y el material de referencia utilizados para preparar y desarrollar la práctica. También conviene incluir los circuitos a estudiar como esquema general del procedimiento a seguir durante la experiencia. 5 - Circuito Se debe dibujar y rotular el circuito de la experiencia de modo que resulte fácil y rápido poder reproducirlo en el futuro, y poniendo especial cuidado en registrar toda modificación introducida durante la experiencia. 6 - Instrumental Se debe anotar la lista de los instrumentos utilizados en la experiencia, siendo solamente necesario que aparezcan aquellos que tienen incidencia directa en la precisión de los datos. Generalmente los instrumentos con los que se efectúan las lecturas son los más importantes. Se debe registrar en el cuaderno que instrumento midió cada lectura, la forma como estaba conectado en el circuito y cual fue la escala seleccionada para cada medición. 7 - Procedimiento En general basta con algunos comentarios al margen de los datos. Debe tenerse siempre presente que la experiencia DEBE PODER REPRODUCIRSE EN CUALQUIER MOMENTO, A PARTIR DE LA DESCRIPCIÓN QUE SE HAGA DE LA MISMA. 8 - Datos La identificación de las tablas de datos tiene que ser lo suficientemente clara como para que sea obvio que datos se obtuvieron de cada circuito. Cada columna de datos debe estar encabezada con las unidades adecuadas. 9 - Gráficos El objetivo de una gráfica es la representación de numerosos datos en forma concisa. La representación de los datos debe realizarse sobre el tipo de papel adecuado (milimetrado, semilogarítmico, logarítmico, etc.). Cada gráfico ha de tener un encabezamiento descriptivo breve. Conviene evitar títulos como "Intensidad en función de la tensión" o "Curvas del transistor"; más bien deben ser algo como "Característica v-i del diodo 1N4001" o "Característica de salida del transistor 2N3055". Debe además tenerse especial cuidado cuando existan valores que se alejen mucho de los valores esperados, y marcar

Laboratorio de Electrónica Analógica I 2013 Página V

los mismos como dudosos para luego volver a analizarlos repitiendo la experiencia o descartándolos si existen otros valores cercanos para poder asegurar que se trata de un error de medición. 10 - Cálculos En este punto se debe ser específico. No hay que iniciar una sección con el título "Cálculo". Cálculo de que?. Es más conveniente un encabezamiento como "Cálculo de las resistencias de polarización de la configuración emisor común". Los demás cálculos auxiliares pueden realizarse en las páginas de la izquierda. 11 - Resultados Uno de los objetivos fundamentales del trabajo de laboratorio es la verificación de la teoría e indicar cómo y cuando esta se aplica a las situaciones prácticas. En general conviene representar simultáneamente los resultados esperados teóricamente y los obtenidos prácticamente, indicando claramente cuál es cada uno, de modo de observar la correlación entra la teoría y la práctica. 12 - Conclusiones Es de gran importancia la anotación de las conclusiones. Aquí es donde se deben interpretar los resultados COMO INGENIERO. Conviene evitar cosas como: A) "Los resultados teóricos y prácticos coinciden bien". B) "El gráfico de V en función de I es lineal desde I = 0,1 hasta I = 100". En cambio, es recomendable presentar conclusiones como: C) "La causa de la gran discrepancia entre la frecuencia de corte superior calculada y la observada durante la

experiencia es la excesiva capacidad parásita y de conexionado presente. El valor de esta capacidad se estima en 4,2 pF".

D) "Si se continuara este estudio, se propone medir correctamente la capacidad distribuida con el puente de

capacidades". Como se ve, en las conclusiones deben figurar explicaciones sobre los resultados; propuestas de nuevas experiencias y comentarios generales. Las mismas deben ser breves pero completas.

TRABAJO PRÁCTICO L1

DIODOS: CURVAS y APLICACIONES

Laboratorio de Electrónica Analógica I 2013 Página 1

L1-1 Relevamiento de la curva característica del diodo de unión.

Objetivos: Obtener la curva característica tensión-corriente real de un diodo común de juntura y compararla con la teórica, explicando las posibles diferencias. Familiarizarse con el manejo de componentes semiconductores y con el armado de circuitos experimentales.

L1-1.1 Característica directa. L1-1.1.1 Circuito a utilizar.

La figura 1 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado.

PC

VC

C

R D V

VD

V LAB. REAL VD

P

L1-1.1.2 Datos.

P: Potenciómetro lineal de 5 KΩ. R: Resistencia limitadora de 1 KΩ ; ¼ watt. Vcc: Fuente de alimentación de 10 Volt. D: Diodo de silicio tipo 1N4148. VD1: Multímetro digital conectado para medir la caida de tensión en R, que será proporcional a la corriente del diodo. VD2: Multímetro digital conectado para medir la tensión en el diodo. Figura 1

L1-1.1.3 Realización de la mediciones. Comenzar la experiencia con el eje del potenciómetro totalmente girado hacia un extremo, de forma tal que la tensión en el punto medio o cursor del mismo sea nula (masa).

Variar la posición del eje del potenciómetro de forma de ir obteniendo distintos valores de tensión en el cursor del potenciómetro. Medir para cada posición del potenciómetro las tensiones en la resistencia R (proporcional a la corriente) (VD2) y en el diodo (VD1). Tomar nota de estos valores en una tabla. Realizar como mínimo 10 mediciones.

Realizar un gráfico de VD versus ID en papel cuadriculado, utilizando las escalas adecuadas e indicando las mismas en el gráfico.

L1-1.1.4 Análisis de los datos y conclusiones.

Realizar un breve análisis de los resultados obtenidos. Compararlos con los datos teóricos y, en caso de no coincidir, explicar la causa de las posibles diferencias.


L1-1.2 Característica inversa. L1-1.2.1 Circuito a utilizar.

La figura 2 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado. Obsérvese que este circuito es similar al de la experiencia anterior, con la única diferencia de la polarización del diodo, por lo tanto se sugiere utilizar el mismo circuito con la salvedad de "dar vuelta el diodo".

L1-1.2.2 Datos.

Figura 2

PC

VC

C

R D V

VD

V LAB. REAL VD

P

P: Potenciómetro lineal de 5 KΩ. R: Resistencia limitadora de 1 KΩ ; ¼ watt. Vcc: Fuente de alimentación de 10 Volt. D: Diodo de silicio tipo 1N4148. VD1: Multímetro digital conectado para medir la caida de tensión en R, que será proporcional a la corriente del diodo. VD2: Multímetro digital conectado para medir la tensión en el diodo.

L1-1.2.3 Realización de las mediciones. Comenzar la experiencia con el eje del potenciómetro totalmente girado hacia un extremo, de forma tal que la tensión en el punto medio del mismo sea nula (masa).

Variar la posición del eje del potenciómetro de forma de ir obteniendo distintos valores de tensión en el cursor del potenciómetro.

Medir para cada posición del potenciómetro las tensiones en la resistencia R (proporcional a la corriente) (VD2) y en el diodo (VD1). Tomar nota de estos valores en una tabla. Realizar como mínimo 10 mediciones.

Realizar un gráfico de VD versus ID en papel cuadriculado, utilizando las escalas adecuadas e indicando las mismas en el gráfico.


Realizar un breve análisis de los resultados obtenidos. Compararlos con los datos teóricos y, en caso de no coincidir, explicar la posible causa de las diferencias.


L1-2 Relevamiento de la curva característica inversa del diodo zener.

Objetivos: Obtener la característica tensión-corriente del diodo zener y compararla con la curva teórica. Verificar el fenómeno de tensión Zener.

L1-2.1 Circuito a utilizar.

La figura 3 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado. Obsérvese que este circuito es prácticamente idéntico al de figura 1, con la salvedad de que en este caso se utilizará un diodo zener, por lo que se sugiere utilizar el mismo circuito, pero reemplazando el diodo de unión por el zener. Debe ponerse especial atención en que la potencia del diodo zener sea la especificada, y NO superior.

L1-2.2 Datos.

VC

C

R D V

PC

VD

V LAB. REAL VD1

P

P: Potenciómetro lineal de 5 KΩ. R: Resistencia limitadora de 1 KΩ ; ¼ watt. Vcc: Fuente de alimentación de 10 voltios. DZ: Diodo de zener de 3,3 a 5,1 voltios, ¼ watt. VD1: Multímetro digital conectado para medir la caída de tensión en R, que será proporcional a la corriente por el diodo. VD2: Multímetro digital conectado para medir la

tensión en el diodo. Figura 3 L1-2.3 Realización de las mediciones.

Comenzar la experiencia con el eje del potenciómetro totalmente girado hacia un extremo, de forma tal que la tensión en el punto medio del mismo sea nula (masa).

Variar la posición del eje del potenciómetro de forma de ir obteniendo distintos valores de tensión en el cursor del potenciómetro.

Anotar en una tabla los valores de las tensiones en el diodo zener (VD2) y en la resistencia R (VD2), la cual será proporcional a la corriente que circula por el diodo zener obtenidos al ir girando el potenciómetro. Para cumplir con los objetivos de la práctica, la tensión en el cursor del potenciómetro se deberá variar hasta por lo menos 2 Volt por encima de la tensión de zener del diodo elegido. Realizar como mínimo un total de seis mediciones.

Realizar un gráfico de VZ versus IZ en papel cuadriculado, utilizando las escalas adecuadas e indicando las mismas en el gráfico.

NOTA: En el informe se deberán incluir todas las características del diodo elegido (obtener los datos de la página web

del fabricante). L1-2.4 Análisis de los datos y conclusiones.

Realizar un breve análisis de los resultados obtenidos. Compararlos con los datos teóricos y explicar las posibles diferencias. Calcular el valor de la resistencia dinámica (RD = ΔVZ / ΔIZ ) del diodo en la zona de regulación a partir del gráfico.



Generador de señal

R1 R2

D1

Vcc1

Vcc2

D2

Osciloscopio

LLAABB.. RREEAALL PPCC

+ −

L1-3 Circuitos recortadores dobles.

Objetivos: Verificar el funcionamiento como conmutador de los diodos rectificadores y zener y comprender como se ve afectado el mismo con la variación de los parámetros del circuito.

L1-3.1 Recortador doble con diodos rectificadores. L1-3.1.1 Circuito a utilizar.


L1-3.1.2 Datos.

R1: 10 KΩ ; ¼ Watt. R2: 1 KΩ ; ¼ Watt. D1 y D2: Diodos de silicio tipo 1N4148. Vcc1: Fuente de alimentación variable (negativa). Vcc2: Fuente de alimentación variable (positiva).

Figura 4 L1-3.1.3 Realización de las mediciones.

• Colocar la tensión de la fuente Vcc1 en 7 volt y de Vcc2 en 1,5 volt.

• Configurar el generador de señales para entrgar una señal triangular con una frecuencia de 1 KHz y variar la amplitud de la onda para que exista recorte (superior e inferior).

• Conectar un canal del osciloscopio a la entrada del circuito (generador de señal) y el otro canal del

osciloscopio a la salida (ánodo de D2).

• Graficar lo observado en el osciloscopio.

• Realizar el experimento nuevamente pero con Vcc2 = 0 y 3 Volt. Graficar los resultados. L1-3.1.4 Análisis de los datos y conclusiones.

Realizar un breve análisis de los datos obtenidos. Explicar por qué se produce el efecto de recorte. Verificar que el recorte se produzca a las tensiones previstas.



L1-3.2 Recortador doble con diodos zener. L1-3.2.1 Circuito a utilizar.

La figura 5 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado. Debe ponerse especial atención en que la potencia del diodo zener sea la especificada, y NO superior.

L1-3.2.2 Datos. R: 10 kΩ ; ¼ Watt. DZ1: Diodo zener de 5,5 Volt ¼ W DZ2: Diodo zener de 7,5 Volt ¼ W GEN: Generador de funciones. OSC: Osciloscopio. Figura 5

L1-3.2.3 Realización de las mediciones.

• Configurar el generador de señales para entrgar una señal triangular con una frecuencia de 1 KHz y variar la amplitud de la onda para que exista recorte (superior e inferior).

• Graficar lo observado en el osciloscopio para dos valores distintos de amplitud.

• Intercambiar los diodos y graficar lo que sucede para dos valores distintos de amplitud del generador.


Explicar las diferencias (ventajas y/o desventajas) entre un recortador con diodos zener y uno con diodos comunes.

GEN R DZ

DZ

A B G

OSC

L1-4 Fuentes de alimentación de corriente continua. Objetivos: Observar las formas de onda de la tensión de salida de un rectificador de onda completa tipo puente .

Analizar como varía la tensión de salida al variar las condiciones de carga y la constante de tiempo. L1-4.1 Rectificador puente de onda completa sin regulación de tensión. L1-4.1.1 Circuito a utilizar.

El circuito que se utilizará para la realización de esta práctica es el que se muestra en las figuras 4 y 4 A.

Ri Ri

Figura 6 (LAB REAL) Figura 6A (P. C.) L1-4.1.2 Datos.

T1: Transformador 220V-12V. P1: Potenciómetro de 10KΩ. R1: 470Ω / 1 Watt. Ri: 1Ω / 1/2 Watt. C': 10μF / 15V. C": 100μF / 15V. D1-D5: Diodos rectificadores tipo 1N4001 o similar.

L1-4.1.3 Mediciones.

A continuación se hace un listado de las mediciones que se deberán realizar. Para cada uno de los apartados siguientes, se realizará una gráfica que muestre lo observado en el osciloscopio, con la escala adecuada.

• Tensión de salida para dos valores distintos de P1 (mínimo y máximo). Graficar las dos curvas en la

misma gráfica e identificar cada una de ellas. • Ripple para P1 máximo y P1 mínimo (en el mismo gráfico). • Tensión sobre los diodos D1 y D2 (en el mismo gráfico). • Medir el ripple para distintos valores del capacitor (C y C") y para P1 mínimo. Realizar las dos curvas

en un mismo gráfico. • Conectar la punta del osciloscopio entre ambos bornes de la resistencia Ri, de forma de visualizar la

forma de onda de la caida de tensión sobre Ri, que será proporcional a la corriente que circula por D2. Realizar esta medición para el valor mas grande del capacitor (100μF) y también para cuando dicho capacitor esté desconectado. Graficar las formas de onda de la tensión en Ri en ambos casos. Tomar nota de los valores pico de las tensiones medidas y calcular (a partir del valor de Ri), el valor pico de la corriente que circula por el diodo D1.


Explicar por que varía la forma de onda de la tensión de salida al variar el valor del capacitor y/o la resistencia de carga. Explicar la diferencia entre los valores pico de la corriente que circula por D1 cuando el capacitor está conectado y cuando está desconectado.


L1-4.2 Rectificador de onda completa con estabilización de tensión. L1-4.2.1 Circuito a utilizar.

El circuito que se utilizará para la realización de esta práctica es el que se muestra en las figuras 5 y 5A. NOTA: Para la realización de esta experiencia de laboratorio es indispensable realizar el cálculo de la potencia

que deberá ser capaz de disipar el diodo zener con anterioridad a la realización de la práctica. Estos cálculos deberán adjuntarse al informe de la práctica, como así también los datos completos (hoja de datos) del diodo zener utilizado.

R1

P1

D4

D3 D5

D2

D1

b R2 a

C Dz

Dz

R2 a b

C + P1

R1

D1 D3

D4D2

Línea 220 V

50 Hz

Figura 7 (LAB REAL) Figura 7A (P. C.)

L1-4.2.2 Datos

T1: Transformador 220V-12V. P1: Potenciómetro de 10KΩ. R1: 470Ω / 1Watt. R2: 560Ω / 1Watt. C': 10μF / 15V. C'': 100μF / 15V. D1-D5: Diodos rectificadores tipo 1N4001 o similar. Z: Diodo zener 8 V y potencia de acuerdo a los cálculos realizados previamente.

L1-4.2.3 Mediciones.

• Medir con el osciloscopio y graficar, para diferentes valores del capacitor y la resistencia de carga, las formas de onda de las tensiones en ambos bornes de R2 respecto de masa, es decir entre el punto “a” y masa y entre el punto “b” y masa.

• Medir, con el multímetro digital, la tensión entre los bornes del diodo zener, para C = 10 μF.

• Medir, con el multímetro digital, la corriente que circula por el diodo zener, para C = 100 μF.

• Medir, con el osciloscopio y, con la configuración adecuada para obtener la mayor precisión posible, el

valor del ripple para C = 100 μF y P1 mínimo. Especificar este valor en el informe. L1-4.2.4 Análisis de los datos y conclusiones.

Comparar las gráficas obtenidas en esta experiencia con las obtenidas en la experiencia anterior, en lo referente a calidad de la tensión de salida.

Realizar un gráfico de Vz versus Iz para el diodo adoptado (de acuerdo a hoja de datos), y marcar la zona de trabajo de acuerdo a los valores medidos. Calcular la potencia que realmente está disipando el diodo zener y compararla con la calculada, explicando las posibles diferencias.


TRABAJO PRÁCTICO L2 Amplificadores Básicos con

Transistores Bipolares


L2 Amplificadores básicos con transistores bipolares.

Objetivos: Calcular el punto de operación de corriente continua y verificarlo prácticamente. Medir las ganancias de tensión y corriente de los amplificadores en configuración emisor común y

colector común (seguidor de emisor) y compararlas. L2-1 Configuración base común. L2-1.1 Circuito a utilizar.


L2-1.2 Datos. VCC: Fuente alimentación de 12V VEE: Fuente alimentación de -12V RC: 10 kΩ RL: 5,1 kΩ RE: 22 kΩ Ri: 10 kΩ Ci: 100 μF CL: 100 μF T: Transistor NPN tipo BC 337 o similar Vi: Generador de funciones.

Figura 8

PC LAB. REAL

Vi

Ri Ci

VEE VCC

T

RE RC C

R

+A +

L2-1.3 Realización de las mediciones.

Configurar el generador de señal para que entregue una señal senoidal de frecuencia aproximada a 1kHz y una amplitud de 1,5 V de pico.

Ganancia de tensión

• Medir la tensión del punto “A” (entrada) con un canal del osciloscopio, y la tensión sobre RL (salida). Debe tenerse en cuenta que la resistencia Ri se coloca solamente a los fines de adaptación de impedancias y por ese motivo se considera la entrada de señal al circuito en el punto “A”.

• Dibujar en un mismo gráfico las formas de onda de entrada y de salida. Prestar especial atención a la fase de la tensión de salida respecto de la tensión de entrada.

• Calcular la ganancia de tensión de manera adimensional y en decibeles según las expresiones siguientes:

LV

i

vA

v= [ ]dB 20 log

10L

Vi

vA

v= −

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

L2-1.4 Análisis de los datos y conclusiones. Calcular en forma teórica la ganancia de tensión de este amplificador y compararla con la obtenida en forma experimental, explicando las posibles diferencias. Recordar que la tensión de entrada se midió sin tener en cuenta a Ri.


L2-2 Configuración emisor común. L2-2.1 Circuito a utilizar.

La figura 9 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado. PC LAB. REAL

R2

R1

RC

RT

VCC C

C

+

+

Cb +

R

L2-2.2 Datos. VCC: Fuente alimentación de 12V Rc: 1KΩ RL: 1KΩ Re: 100 Ω Cb: 100µF / 16 V Ce: 100µF / 16 V CL: 100µF / 16 V T: Transistor NPN tipo BC 337 o similar

Figura 9

L2-2.3 Cálculos auxiliares.

NOTA: Para poder comenzar la realización de esta experiencia de laboratorio, es requisito indispensable, haber realizado con anterioridad los cálculos de R1 y R2, para obtener máxima excursión simétrica de la tensión en la resistencia de carga (RL). Asignarles a R1 y R2 el valor comercial de resistencia más próximo. Adjuntar al informe los cálculos realizados en forma detallada.


a) Verificación de los cálculos de polarización Alimentar el circuito con la tensión de corriente continua, sin conectar el generador de señales. Medir con el multímetro la tensión colector-emisor del punto de polarización (VCEQ) y la caída de tensión sobre RC, que será proporcional al valor de la corriente de colector de polarización (ICQ). Comprobar que sean similares a los valores calculados de ICQ y VCEQ. Registrar estos datos. Configurar el generador de señales para que entregue una señal sinusoidal de 1kHz y aumentar su amplitud hasta observar recorte en la tensión de salida. Verificar que este recorte sea aproximadamente simétrico, de forma de comprobar que el transistor se encuentra polarizado para máxima excursión simétrica.

b) Ganancia de tensión Disminuir la amplitud de la señal de entrada hasta que no haya recorte a la salida. Dibujar en un mismo gráfico las formas de onda de entrada y de salida. Prestar especial atención a la fase de la tensión de salida respecto de la tensión de entrada. Calcular la ganancia de tensión de manera adimensional y en decibeles según las expresiones siguientes:

LV

i

vA

v= [ ]dB 20 log

10L

Vi

vA

v= −

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Realizar estos cálculos con el capacitor Ce conectado y con Ce desconectado.

c) Medición de potencia Medir con el osciloscopio (para la máxima señal de entrada posible sin recorte), la tensión sobre la resistencia de carga, y con el multímetro digital la corriente que entrega la fuente de alimentación. Calcular las potencias correspondientes a cada uno de estos elementos y adjuntar estos datos al informe.

L2-2.5 Análisis de los datos y conclusiones. Explicar a que se deben las posibles diferencias entre los valores de ICQ y VCEQ calculados y los observados. Calcular (en forma teórica) la potencia disipada por el transistor y por la resistencia de carga, y la entregada por la fuente de alimentación (Vcc). Comparar estos resultados con los obtenidos en L2.I-2.4 c)


L2-3 Configuración colector común. L2-3.1 Circuito a utilizar.


PC LAB. REAL

R1

R2 R R

TVcc

C

Cb +

+

L2-3.2 Datos.

VCC: Fuente alimentación de 12V RL: 1 KΩ RE: 220 Ω Cb: 100 μF CL: 100 μF T: Transistor NPN (BC 337 o similar)

Figura 10

L2-3.3 Cálculos auxiliares.

NOTA: Para poder comenzar la realización de esta experiencia de laboratorio, es requisito indispensable, haber realizado con anterioridad los cálculos de R1 y R2, para obtener máxima excursión simétrica de tensión en la resistencia de carga (RL). Asignarles a R1 y R2 el valor comercial de resistencia más próximo. Adjuntar al informe los cálculos realizados en forma detallada.


a) Verificación de los cálculos de polarización. Alimentar el circuito con la tensión de corriente continua, sin conectar el generador de señales. Medir con el multímetro la tensión colector-emisor del punto de polarización (VCEQ) y la caida de tensión sobre RC, que será proporcional al valor de la corriente de colector de polarización (ICQ). Comprobar que sean similares a los valores calculados de ICQ y VCEQ. Registrar estos datos. Configurar el generador de señales para que entregue una señal sinusoidal de 1KHz y aumentar su amplitud hasta observar recorte en la tensión de salida. Verificar que este recorte sea simétrico, de forma de comprobar que el transistor se encuentra polarizado para máxima excursión simétrica.

b) Ganancia de tensión Disminuir la amplitud de la señal de entrada hasta que no haya recorte. Dibujar en un mismo gráfico las formas de onda de entrada y de salida. Calcular la ganancia de tensión de manera adimensional y en decibeles según las expresiones siguientes:

LV

i

vA

v= [ ]dB 20 log

10L

Vi

vA

v= −

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Realizar estas mediciones y cálculos con CL conectado y luego cortocircuitándolo.

c) Medición de potencias. Medir con el osciloscopio (para la máxima señal de entrada posible sin recorte a la salida), la tensión sobre la resistencia de carga, y con el multímetro digital la corriente que entrega la fuente de alimentación. Calcular las potencias disipadas por cada uno de estos elementos y adjuntar estos datos al informe.

L2-3.5 Análisis de los datos y conclusiones.

Explicar a que se deben las posibles diferencias entre los valores de ICQ y VCEQ calculados y los observados. Calcular (en forma teórica) la potencia disipada por el transistor y por la resistencia de carga, y la entregada por la fuente de alimentación (Vcc).



TRABAJO

PRÁCTICO L3

Aplicaciones del transistor de efecto de campo

Aplicaciones del transistor

bipolar


L3 Aplicaciones del transistor de efecto de campo.

Objetivos: Verificar prácticamente el punto de operación de corriente continua. Obtener las ganancias de tensión, corriente y potencia de un amplificador fuente común. Analizar el funcionamiento de una fuente de corriente con transistor de efecto de campo.

Analizar el funcionamiento del transistor de efecto de campo fuera de la zona lineal. L3-1 Amplificador en configuración fuente común L3-1.1 Circuito a utilizar


L3-1.2 Datos. Ci = Cs = CL: Capacitor 100 :F / 16 volt RG: Resistencia 2,2 MΣ; ¼ watt. RL= RD: Resistencia 10 kΣ; ¼ watt. RS: Resistencia 560 Σ; ¼ watt. Vcc: Fuente de alimentación de 15 Volt. FET: Transistor de efecto de campo 2SK246. Vi: Generador de señal 0,3 volt pico a pico 10 kHz.

NOTA: EN PC UTILIZAR EL FET BC264A L3-1.3 Realización de las mediciones a) Punto de polarización. Alimentar el circuito, medir con el multímetro digital la tensión drenador - fuente del punto de polarización

(VDSQ), la tensión sobre RD (que será proporcional a la corriente de drenador de polarización IDQ), y la tensión de polarización de compuerta (VGSQ). Registrar estos datos.

b) Ganancia de tensión Ajustar la amplitud de la señal de entrada hasta que no haya distorsión en la tensión de salida. Medir los valores

de estas tensiones y dibujar en un mismo gráfico las formas de onda de entrada y de salida, respetando el desfasaje si lo hubiese. Calcular las ganancias de tensión según las expresiones siguientes:

LV

i

vA

v= [ ]dB 20 log

10L

Vi

vA

v= −

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Realizar estos cálculos con el condensador CS conectado y con CS desconectado. L3.I-1.4 Análisis de los datos y conclusiones.

Calcular el punto de operación teórico y compararlo con el observado en la práctica. Graficar las rectas de carga de corriente continua y de corriente alterna. Calcular la ganancia de corriente y expresarla en decibeles. Calcular la ganancia de potencia y expresarla en decibeles.

2SK246

Drenador (D) Compuerta (G)

Fuente (S)

Distribución de patas del FET 2SK246

Figura 12

+

FE

RG RS

Ci

CS

C

R

VCC

Vi

RD PPCC LLAABB RREEAALL


L3-2 Fuente de corriente utilizando un transistor de efecto de campo L3-2.1 Circuito a utilizar.

La figura 13 muestra el circuito que se utilizará en este apartado. L3-2.2 Datos. RL: Potenciómetro lineal de 5 ó 10 kΣ. RS: Resistencia de 1000 Σ ; ¼ watt. Vcc: Fuente de alimentación de 15 Volt. FET: Transistor de efecto de campo 2SK246. AD: Multímetro digital conectado como amperímetro. NOTA: En PC utilizar el FET BC264A


Medir la corriente de drenador del transistor para diferentes valores del potenciómetro RL y de la fuente de alimentación. Calibrar la tensión de la fuente de alimentación de continua a 15 voltios y variar solamente el valor del potenciómetro, midiendo los valores de la corriente de drenador y la tensión drenador - surtidor. Tomar nota del valor de RL y de la tensión drenador - surtidor para las cuales la corriente de drenador deja de ser constante.

L3-2.4 Análisis de los datos y conclusiones.

Explicar el principio de funcionamiento del circuito utilizado.

Figura 13

FET

VCRL

00.000 AD +

-

RS



L3-3 Resistencia controlada por tensión utilizando un transistor de efecto de campo L3-3.1 Circuito a utilizar. L

a figura 14 muestra el circuito que se utilizará en este apartado.

L3-3.2 Datos. P: Potenciómetro lineal de 5 KΩ. R: Resistencia de 10 kΩ ; ¼ vatio. –Vcc: Fuente de alimentación negativa de 5 Volt. FET: Transistor de efecto de campo 2SK246.

NOTA: En PC utilizar el FET BC264A L3-3.3 Realización de las mediciones. Polarizar la compuerta del transistor con una señal negativa de nivel bajo (del orden del voltio). Aplicar una pequeña señal senoidal en la entrada (Vin) del circuito. Observar la amplitud de la tensión de salida en

el osciloscopio para diferentes valores de VGS. L3-3.4 Análisis de los datos y conclusiones. Realizar un breve análisis de los resultados obtenidos. Explicar el principio de funcionamiento de este circuito.

Proponer por lo menos dos aplicaciones prácticas para el mismo.

FET

R PPCC V i

P –Vcc

LLAABB.. RREEAALL

VOU

Figura 14


L3-4 Amplificador de simetría complementaria.

Objetivo: Comprender el funcionamiento de los amplificadores clase “B”. Observar el fenómeno de distorsión por cruce.

L3-4.1 Circuito a utilizar.

La figura 15 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones.

L3-4.2 Datos. VCC: 12 volts RE: 47 Ω, 1/2 vatio RL: 390 Ω T1: Transistor NPN tipo BC 337 o similar. T2: Transistor PNP tipo BC 327 o similar de hfe similar a T1. Vi: Generador de señal senoidal.

Figura 15 L3-4.3 Realización de las mediciones. a) Medir las tensiones de alterna entre los bornes de RE, y entre colector y emisor de cada transistor, para distintos

valores de vi. b) Observar y graficar lo mas exactamente posible, el fenómeno de distorsión por cruce. L3-4.4 Análisis de los datos y conclusiones. - Explicar la causa de la distorsión por cruce y sugerir una forma de eliminarla.

T1

T2

RE

RE

RL

VCC

− VCC

Vi

LAB. REAL PC

b

a c

d


L3-5 Multivibrador astable.

Objetivos: Analizar y comprender el funcionamiento del transistor en conmutación. Observar las formas de onda de las tensiones en diferentes partes del circuito. Calcular la frecuencia de oscilación en forma teórica y compararla con los resultados experimentales.

L3-5.1 Circuito a utilizar La figura 16 muestra el circuito que se utilizará en esta experiencia.

L3-5.2 Datos RC1 = RC2 = 1 kΩ RB1 = 22 kΩ RB2 = 44 kΩ C1 = C2 = 680 pF T1 = T2 = Transistores NPN de baja señal tipo BC 337 o similar Vcc = 10 volt

L3-5.3 Realización de las mediciones NOTA: Debido a que el modelo matemático utilizado por el software de simulación en PC no soporta el

funcionamiento de los transistores fuera de la zona lineal, no es posible la realización de esta experiencia con el simulador.

a. Conectar el circuito a la tensión continua de alimentación. Conectar el osciloscopio de forma de poder visualizar las formas de onda de las siguientes señales:

• Tensión en el colector de T1 respecto de masa. • Tensión en el colector de T2 respecto de masa. • Tensión en la base de T1 respecto de masa. • Tensión en la base de T2 respecto de masa. • Tensión entre los bornes de C1. • Tensión entre los bornes de C2.

Graficar todas las señales observadas en gráficas que tengan los orígenes del eje de tiempo alineado.

b. Medir con la mayor precisión posible la frecuencia de oscilación y el ancho de cada semiperíodo. L3-5.4 Análisis de los datos y conclusiones

• Comparar las formas de onda observadas con las teóricas explicando las posibles diferencias. • Calcular la frecuencia teórica de oscilación y compararla con la medida explicando las posibles

diferencias. • Calcular en forma teórica los anchos de los semiperíodos y compararlos con los medidos, explicando

las posibles diferencias. • Proponer al menos 2 posibles usos para este circuito.

Figura 16

T T

RC RCRBRB

VCC C C

LLAABB.. RREEAALL


Listado de componentes a utilizar:

Curva

dire

cta di

odo u

nión

Curva

inve

rsa di

odo u

nión

Curva

inve

rsa di

odo z

ener

Re

ctific

ador

sin r

egula

ción

Recti

ficad

or co

n reg

ulació

n Re

corta

dor c

/ diod

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Reco

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r c/ d

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zene

r Am

plific

ador

base

comú

n Am

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r com

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Ampli

ficad

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n Am

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fuen

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Fuen

te de

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ente

con F

ET

Resis

tencia

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ensió

n c/ F

ET

Ampli

f. sim

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pleme

ntario

Mu

ltivibr

ador

astab

le

Ítem

Práctica

Componente

L1 L2 L3 CA

NTI

DA

D T

OTA

L N

ECES

AR

IA

1 Capacitor cerámico 680 pF 2 2 2 Capacitor electrolítico 10 μF - 15 volt 1 1 1 3 Capacitor electrolítico 100 μF - 15 volt 1 1 2 3 2 3 3 4 Diodo 1N4148 1 1 2 2 5 Diodo zener 3,3 a 5,1 voltios 1/4 W 1 1 6 Diodo zener 5,5 voltios 1/4 W 1 1 7 Diodo zener 7,5 voltios 1/4 W 1 1 8 Diodo zener 8 voltios y potencia calculada 1 1 9 Diodos 1N4001 4 4 4

10 Potenciómetro 10 kΩ 1 1 1 11 Potenciómetro 5 kΩ 1 1 1 1 1 1 12 Resistencia 1 Ω − 1/2 watt 1 1 13 Resistencia 10 kΩ - 1/4 watt 1 1 2 2 1 2 14 Resistencia 100 Ω - 1/4 watt 1 1 15 Resistencia 1kΩ - 1/4 watt 1 1 1 1 2 1 1 2 3 16 Resistencia 2,5 kΩ - 1/4 watt 2 17 Resistencia 2,2 MΩ - 1/4 watt 1 1 18 Resistencia 22 kΩ - 1/4 watt 1 1 1 19 Resistencia 220 Ω - 1/4 watt 1 1 20 Resistencia 390 Ω - 1/2 watt 1 1 21 Resistencia 44 kΩ - 1/4 watt 1 1 22 Resistencia 47 Ω - 1/2 watt 2 2 23 Resistencia 470 Ω - 1 watt 1 1 1 24 Resistencia 5,1 kΩ - 1/4 watt 1 1 25 Resistencia 560 Ω - 1 watt 1 1 1 26 Transformador 220/12v - 500 mA 1 1 1 27 Transistor NPN tipo BC337 o similar 1 1 1 1 2 2

28 Transistor PNP tipo BC327 o similar (complementario del BC337) 1 1

29 Transistor FET tipo 2SK246 1 1 1 1

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