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Manual de Prácticas de Dispositivos Digitales
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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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 3
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 4
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 "
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 5
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 6
PRACTICA 1
LABORATORIO DE
ELECTRÓNICA
Probador de continuidad
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 7
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:
UNIVERSIDAD: ALUMNO:
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)
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 8
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 9
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 10
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 11
Probador de Diodos
LABORATORIO DE
ELECTRÓNICA PRACTICA 2
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 12
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
INVESTIGACIÓN PREVIA
Que es un diodo
Como funcionan los diodos de Silicio y Germanio
Curvas características de los Diodos
EQUIPO:
UNIVERSIDAD: ALUMNO:
1 Multímetro
1 Osciloscopio de dos canales
Juego de Puntas Necesarias a criterio del alumno (Caimán - Caimán, BNC-BNC,BNC –Caimán, Caimán – Banana, Banana - Banana)
1 Computadora con Multisim
MATERIALES:
UNIVERSIDAD: ALUMNO:
2 Diodos LED rojo de 5mm
1 Protoboard
1 Transformador M500 (110 ó 220V/6V, 200mA
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 13
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
Teoría de funcionamiento
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 14
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:
6. 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.
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 15
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, 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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 16
Rectificador de Media Onda
LABORATORIO DE
ELECTRÓNICA PRACTICA 3
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 17
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 18
Figura 4. Diagrama esquemático del probador de continuidad
Marco Teórico
Teoría de funcionamiento
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.
Materiales provistos por el laboratorio
INVESTIGACIÓN PREVIA
Que es un transistor PNP
Que es un transistor NPN
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 19
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:
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 Bocina de 8 / 0.25W
1 Interruptor de 3 tiros un polo
1 Bocina de 8 / 0.5W
3 Caimanes de diferente color (rojo, negro, blanco)
4 Segmentos de 20 cm de cable AWG-20 de diferente color (rojo, negro,
blanco)
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. Una vez ensamblado el circuito, revise
detenidamente que todas las conexiones hayan sido hechas
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 20
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.
4. 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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 21
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 22
Análisis de un amplificador de baja señal en emisor común
LABORATORIO DE
ELECTRÓNICA PRACTICA 4
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 23
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.
Materiales provistos por el laboratorio
INVESTIGACIÓN PREVIA
Que es un transistor
Como funciona un transistor
Interpretar las hojas de especificaciones o Datasheet de un transistor
EQUIPO:
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 24
UNIVERSIDAD: ALUMNO:
Juego de Puntas Necesarias a criterio del alumno (Caimán - Caimán, BNC-BNC,BNC –Caimán, Caimán – Banana, Banana - Banana)
1 Computadora con Multisim
1 Multímetro Digital
1 Fuente regulada de 12V/1A
1 Osciloscopio
1 Generador de Onda
MATERIALES:
UNIVERSIDAD: ALUMNO:
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).
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 25
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 26
Figura 2. Midiendo los voltajes de polarización.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 27
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 28
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 29
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 30
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 31
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 32
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:
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 33
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:
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 34
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
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 35
Análisis de un amplificador de baja señal en emisor común
LABORATORIO DE
ELECTRÓNICA PRACTICA 5
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 36
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.
Materiales provistos por el laboratorio
INVESTIGACIÓN PREVIA
Que es un transistor
Como funciona un transistor
Interpretar las hojas de especificaciones o Datasheet de un transistor
EQUIPO:
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 37
UNIVERSIDAD: ALUMNO:
Juego de Puntas Necesarias a criterio del alumno (Caimán - Caimán, BNC-BNC,BNC –Caimán, Caimán – Banana, Banana - Banana)
1 Computadora con Multisim
1 Multímetro Digital
1 Fuente regulada de 12V, 9V
MATERIALES:
UNIVERSIDAD: ALUMNO:
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 38
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 39
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 40
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 41
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 42
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 43
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 44
10. 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, 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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 45
Fuente estabilizada regulable de 1.2 a 25V / 4A
LABORATORIO DE
ELECTRÓNICA PRACTICA 6
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 46
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 47
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.
Materiales provistos por el laboratorio
INVESTIGACIÓN PREVIA
Que es un amplificador operacional
Como funciona un amplificador
Interpretar las hojas de especificaciones o Datasheet de un amplificador operacional
EQUIPO:
UNIVERSIDAD: ALUMNO:
Juego de Puntas Necesarias a criterio del alumno (Caimán - Caimán,
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 48
Caimán – Banana, Banana - Banana)
1 Computadora con Multisim
1 Multímetro Digital
MATERIALES:
UNIVERSIDAD: ALUMNO:
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 Resistencia de 100 ,1/ 2W
1 Potenciómetro de 4.7k
1 Resistencia de 270 ,1/ 2W
Alambre telefónico #24AWG para conexiones
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 49
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 50
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
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, nanoelectrónica y fotónica Albella Martín, José
María Pearson 2005
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 51
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
ELECTRÓNICA PRACTICA 7
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 52
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.
Materiales provistos por el laboratorio
INVESTIGACIÓN PREVIA
Que es un regulador
Que tipos de reguladores existen
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 53
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:
UNIVERSIDAD: ALUMNO:
1 Multímetro
1 Osciloscopio de dos canales
Juego de Puntas Necesarias a criterio del alumno (Caimán - Caimán, BNC-BNC,BNC –Caimán, Caimán – Banana, Banana - Banana)
1 Computadora con Multisim
MATERIALES:
UNIVERSIDAD: ALUMNO:
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 54
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 55
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 56
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 57
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 58
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.
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:
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 59
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
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 60
Generador de Ondas
LABORATORIO DE
ELECTRÓNICA
PRACTICA 8
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 61
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.
UNITEC | INGENIERÍA MECATRÓNICA 62
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).
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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.
Materiales provistos por el laboratorio
INVESTIGACIÓN PREVIA
Que es osciloscopio
Partes de un osciloscopio
Funcionamiento de un osciloscopio
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EQUIPO:
UNIVERSIDAD: ALUMNO:
1 Osciloscopio de dos canales
Juego de Puntas Necesarias a criterio del alumno (Caimán - Caimán, BNC-BNC,BNC –Caimán, Caimán – Banana, Banana - Banana)
1 Computadora con Multisim
1 Fuente Regulada de Voltaje de 15V
MATERIALES:
UNIVERSIDAD: ALUMNO:
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
1 Potenciómetro RA2 de 100k
1 Potenciómetro RA1 de 10k
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 Resistencia de 33k
1 Resistencia de 22k
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1 Resistencia de 50k
1 capacitor Cerámico de 10nF
1 Capacitor Cerámico de 1nF
1 Capacitor Electrolítico de 1uF
1 Capacitor Electrolítico de 10uF
PROCEDIMIENTO
Procedimiento:
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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:
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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.
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.
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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, 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