prac. electr.II

O

EXPERIMENTOSDE

ELECTRONICA II

EXP201 AMPLIFICADOR DE POTENCIA CLASE BEXP202 AMPLIFICADOR DE POTENCIA CLASE ABEXP203 ARREGLO DARLINGTONEXP204 REGULADOR DE VOLTAJE SERIEEXP205 RESPUESTA DE LOS AMPLIFICADORES A LA

BAJA FRECUENCIAEXP206 RESPUESTA DE LOS AMPLIFICADORES A LA

ALTA FRECUENCIAEXP207 REGLAS DE FUNCIONAMIENTO EN OP-AMPSEXP208 CONVERTIDOR DE VOLTAJE A CORRIENTEEXP209 AMPLIFICADORES INTEGRADOR Y

DIFERENCIADOR NO INVERSOREXP210 AMPLFICADOR DIFERENCIAL

EXP201

AMPLIFICADOR DE POTENCIA CLASE B

I. OBJETIVOS.

Comprobar el comportamiento de un amplificador de potencia de simetría complementaria clase B.

Observar el fenómeno de la distorsión de cruce por cero. Determinar el rendimiento máximo.

II. LISTA DE MATERIALES

1 Osciloscopio1 Generador de Señales1 Fuente de alimentación1 Transistor NPN 2N39041 Transistor PNP 2N39061 Resistencia 100 , 1W

EXP201-1FIME, Depto. De Electrónica

III.- CIRCUITO DEL EXPERIMENTO.

Figura 1. Amplificador de potencia simétrica clase B

EXP201-2FIME, Depto. De Electrónica.

IV.- TEORIA PRELIMINAR

El amplificador de potencia clase B usa un transistor para amplificar la porciónpositiva de la señal de entrada (Q1, en el circuito de la figura No. 1) y otrotransistor (Q2), para amplificar la porción negativa.

El amplificador de simetría complementaria de la figura No. 1, tiene las siguientescaracterísticas:

La ganancia de voltaje es ligeramente menor que la unidad. Es decir,

Vo < Vi

La amplitud máxima posible del voltaje de salida es ligeramente menor a la magnitud del voltaje de la fuente de alimentación.

VLM < VCC

Los transistores Q1 y Q2 conducen sólo hasta que el voltaje de entrada es mayor a 0.6 V, por lo que la señal de salida presenta una distorsión en el cruce por cero.

La potencia en la carga se puede determinar con la ayuda de la siguiente ecuación:

1V2LM

PL= _____2 RL

Si se mide la corriente promedio o de CD suministrada por las fuentes (ICC, IEE) de alimentación, es factible calcular la potencia suministrada:

PCC = VCC ICC + VEE IEE

El rendimiento del amplificador es menor del 50% y se puede calcular de la siguiente manera:

= PL/PCC


V.- PROCEDIMIENTO

1. Implementar el circuito amplificador de simetría complementaria clase B de la figura No. 1

2. Aplique una señal senoidal de 100 Hz y 3 Vp-p, sin componente de CD (offset igual a cero). Observe en el osciloscopio las formas de onda de las señales de entrada y salida simultáneamente.

3. Dibuje las formas de onda de las señales de entrada y salida. Mida y tome nota de las amplitudes y observe el fenómeno de la distorsión de cruce por cero.

Vo = ________________Vi = ________________

4. Incremente la magnitud de la señal de entrada, hasta que la salida empieza a distorsionarse (justo antes).

5. Tome lectura del valor del voltaje máximo de salida

Vlm = _______________

6. Observe la forma de onda de la corriente en el colector de Q1. Observe en el osciloscopio la caída en terminales de la resistencia RC1. Dibuje la forma de onda y tome nota de la amplitud.

ICmL = _____________

7. Similar al paso 6 para la corriente en el colector de Q2.

ICmL = ______________

8. Use el multímetro digital en modo de volts de CD y mida las caídas en las resistencias RC1 y RC2.

VRC1 = ______________VRC2 = ______________

Estos valores representan el voltaje promedio y permitirán calcular la corriente promedio de las fuentes de alimentación.

ICC = VRC1 IEE = VRC2 RC1 RC2


VI.- REPORTE.

1. Determine la ganancia de voltaje del amplificador usando los resultados del paso 3 del procedimiento.

2. Explique con sus propias palabras en que consiste el fenómeno de distorsión de cruce por cero.

3. Determinar la potencia máxima en la carga. Use el resultado del paso 5 del procedimiento.

4. use los resultados del paso 8 del procedimiento para determinar las corrientes promedios suministrado por las fuentes de alimentación ICC, IEE.

5. Calcular la potencia suministrada.

6. Determine el rendimiento del amplificador.


EXP202

AMPLIFICADOR DE POTENCIA CLASE AB

I. OBJETIVOS.

Comprobar el funcionamiento de un amplificador de potencia de simetría complementaria clase AB.Reducir el efecto de la distorsión de área por error.Determinar el rendimiento máximo.

II. LISTA DE MATERIAL Y EQUIPO.

1 Osciloscopio 1 Generador de Señales1 Fuente de alimentación1 Transistor NPN 2N39041 Transistor PNP 2N39062 Resistencias de 1K, ½ W4 Resistencias de 10, ½ W1 Resistencia de 100, 1 W1 Potenciómetro lineal de 1002 Diodos 1N9144 Capacitores de 10F, 50V



Figura 1. Amplificador de Simetría complementaria Clase AB.


IV.- TEORIA PRELIMINAR

La desventaja del amplificador del experimento anterior es que crea distorsión de cruce por cero. Para reducir la distorsión, cada unión base-emisor puede ser ligeramente polarizada en forma directa, usando un circuito como el de la figura No. 1 de este experimento. El divisor de voltaje en este circuito alimenta un pequeño voltaje que polariza directamente a cada una de las bases. Las resistencias RE1 y RE2 en los emisores ayudan en la reducción de la distorsión introduciendo una retroalimentación negativa. Este amplificador es menos eficiente que el amplificador clase B porque ningún transistor llega a corte completamente. Una operación de esta forma se le denomina clase AB.

El circuito del amplificador de la figura No. 1 se alimenta con una sola fuente de alimentación y el capacitor de acoplamiento C3 evita que el voltaje de CD aparezca en la carga. La resistencia RC1 solo se usará con propósitos de medición indirecta de la corriente de la fuente de alimentación.


V.- PROCEDIMIENTO.

1.- Implementar el circuito amplificador de simetría complementaria clase AB de la figura. Ajuste la resistencia RD a un valor aproximado de 33.

2.- Aplique una señal senoidal de 1000 Hz y 3 Vp-p. Observe en el osciloscopio las formas de onda de las señales de entrada y de salida simultáneamente.

3.- Ajuste con el potenciómetro hasta ver que la distorsión de cruce por cero desaparezca.

4.- Dibuje las formas de onda de las señales de entrada y de salida. Mida y tome nota de las amplitudes:

Vo = _______________Vi = _______________

5.- Incremente la magnitud de la señal de entrada hasta que observe que la salida empieza a distorsionarse, justo antes.

6.- Tome lectura del valor del voltaje máximo de salida.

VLM = ______________

7.- con el multímetro digital mida el voltaje de CD en las terminales de la resistencia RC1.

VRC1 = ______________

Este valor le permita calcular la corriente promedio suministrada por la fuente VCC.

ICC = VRC1 RC1


VI.- REPORTE.

1.- Determine la ganancia de voltaje del amplificador usando los resultados del paso 4 del procedimiento.

2.- Explique como fue posible la eliminación de la distorsión de cruce por cero.

3.- Determine la potencia máxima en la carga. Use el resultado del paso 6 del procedimiento

4.- Use el resultado del paso 7 del procedimiento para determinar la corriente promedio suministrada por la fuente de alimentación VCC.

5.- Calcule la potencia suministrada.

6.- Determine el rendimiento del amplificador.


EXP203

ARREGLO DARLINGTON

I.- OBJETIVOS.

Demostrar el uso de un arreglo darlington en una configuración colector-común como acoplador de impedancias.Comprobar el funcionamiento de amplificadores directamente acoplados.

II.- LISTA DE MATERIAL Y EQUIPO.

1 Osciloscopio1 Generador de señales1 Multímetro digital1 Fuente de Alimentación3 Transistores NPN 2N39041 Resistencia de 12 K, 1/2 W1 Resistencia de 100 K, ½ W1 Resistencia de 10 K, ½ W1 Resistencia de 1 K, ½ W2 Resistencias de 470, ½ W3 Capacitores de 10F


III. CIRCUITO DEL EXPERIMENTO.

Figura 1.


IV.- TEORÍA PRELIMINAR.

El amplificador de la figura No. 1, consiste de dos etapas. La primera es un EC y la segunda un CC con arreglo Darlington. Las etapas se encuentran directamente acopladas. El amplificador EC tiene una ganancia dada aproximadamente por la relación:

AV -RC RE

Es decir, -10 o menos. Si conectáramos la carga RL = 470 directamente en la salida del EC, esta ganancia se reduce a un valor menor que la unidad, debido al efecto de carga.

AV -RC * RL RE*(RC+RL)

La solución al problema anterior consiste en agregar una etapa adicional consistente en un amplificador colector común con un arreglo Darligton cuyas características sobresalientes son:

o Muy alta resistencia de entradao Muy alta ganancia de corrienteo Ganancia de voltaje cercana a la unidado No hay inversión de faseo Baja impedancia de salida

La solución anterior permite conectar cargas de bajo valor a etapas de amplificación con resistencias de salida muy altas.


V.- PROCEDIMIENTO.

1.- Implementar el circuito de la figura No. 1

2.- Medir el punto de operación, tomando lectura de los siguientes voltajes de CD. Use el multímetro digital en la escala adecuada.

VCC = _______________ VB2 = _______________VC1 = _______________ VE2 = _______________VB1 = _______________ VC3 = _______________VE1 = _______________ VB3 = _______________VC2 = _______________ VE3 = _______________

3.- Compruebe que el circuito esté bien polarizado chocando que se cumplan las reglas de polarización.

VB1 VE1 + 0.6 VB2 VE2 + 0.6 VB3 VE3 + 0.6 VC1 VE1VC1 VB1 VC2 VE2 VC1 VCC VC3 VE3

Si no se cumplen, revisar las conexiones, checar los transistores y repetir los pasos 2 y 3 nuevamente.

4.- Aplique en la entrada una señal senoidal de 5 KHz y 200 mVp-p. Desconecte en el punto B el arreglo Darlington.

5.- Observe en el osciloscopio las señales en la entrada (A) y en la salida EC (B). Tome lectura de los voltajes:

Vo = _______________Vi = _______________

6.- Ahora conecte como carga entre el punto B y tierra una resistencia de 470 a través de un capacitor de 10 F. Mida las amplitudes de los voltajes de entrada y de salida.

Vo = _______________Vi = _______________

7.- Desconecte el capacitor y la resistencia de carga de 470 del punto B, y conecte a B el arreglo Darlington para obtener nuevamente el circuito original.

8.- Observe en el osciloscopio las señales en la entrada (A) y en la salida del colector común (C). Tome lectura de los voltajes.

Vo = _______________Vi = _______________


VI.- REPORTE.

1.- Determine analíticamente el punto de operación del circuito de la figura No. 1. considere lo siguiente:

Para determinar el punto de operación Q1, considere IB2 0.Para Q1 determine: RB, VBB, ICQ, VC1, VB1, VE1.Para determinar el punto de operación de Q2, considere la ecuación:

VC1 = 2VBE + ICQ2*RL.

2.- Usando los resultados obtenidos en el paso 2 del procedimiento, determine indirectamente los valores de las corrientes ICQ1 e ICQ3. Use las resistencias y el voltaje del emisor para determinarlas.

3.- Compare los valores teóricos prácticos de la corriente ICQ1 e ICQ3.

4.- Determine analíticamente la ganancia de voltaje del amplificador EC de la figura No. 1. No considere la etapa del arreglo Darlington.

5.- Determine la ganancia de voltaje del amplificador EC sin carga usando los resultados del paso 5 del procedimiento.

6.- Determine la ganancia del amplificador EC con la carga de 470 usando los resultados del paso 6 del procedimiento.

7.- Determine la ganancia de voltaje total del amplificador, usando los resultados del paso 8 del procedimiento.


EXP204

REGULADOR DE VOLTAJE SERIE

I.- OBJETIVOS.

Diseñar un regulador de voltaje serie ajustable Comprobar el funcionamiento del regulador. Medir la resistencia de salida del regulador Medir el por ciento de regulación de línea. Comprobar el funcionamiento del circuito de protección contra cortocircuito.


1 Resistencia de 330, 3W1 Resistencia de 220, 3W1 Resistencia de 150, 3W1 Resistencia de 100, 3W1 Multímetro digital1 Fuente de alimentación1 JFET 2N59511 Amplificador operacional UA7411 Diodo Zener 5.2V, 1W1 Capacitor de 0.1F, 50V2 Potenciómetros de 10 K1 Resistencia de 4.7, 3W1 Resistencia de 4.7 K, ½ W1 Resistencia de 47 K, ½ W1 Resistencia de 1 K, 3W1 Resistencia de 680, 3W1 Resistencia de 470, 3W



Figura 1. Regulador de voltaje serie

NOTA: el valor de RL es: 470, 220 y 100.


IV. TEORÍA PRELIMINAR.

Partes Fundamentales:

Las partes fundamentales de un regulador serie como el de la figura No. 1, son las siguientes:

La red de muestreo de voltaje formada por las resistencias Ra, Rb y el Potenciómetro de 10 K.

La fuente de voltaje de referencia está formada por el diodo zener DZ, el transistor de efecto de campo (JFET) J1, el potenciómetro RF y el condensador C1.

El amplificador de error de éste circuito lo constituye el amplificador operacional de propósito general 741.

El transistor de paso Q1, que es un transistor de potencia NPN de silicio (en este circuito el 2N3055).

Un circuito limitador de corriente formado por el transistor NPN de silicio Q2 (2N3904) y la resistencia RSC que muestra la corriente de salida del regulador.

Expresión del voltaje de salida.

En donde el factor de retroalimentación depende de las resistencias ajustables R1 y R2.

= _____R1______ R1 + R2

El voltaje de salida del regulador puede aproximarse al voltaje de salida del amplificador de error, es decir:

Vo A (Vz - Vf)En donde:

A = Ganancia de lazo abierto del amplificador operacionalVz = Voltaje del diodo zener o de referencia.

Sustituyendo el valor de Vf y despejando Vo, se obtiene

Vo = ____AVz___ 1 + A


como la ganancia del amplificador es extremadamente alta (A=100,000) resulta

Vo = Vz o bien Vo = Vz (R1 + R2) R1

La expresión del voltaje de salida del regulador serie es la siguiente:

V0 = R1 + R2 (VREF) R1

En donde:

R1 = Ra + fracción de Rpot yR2 = Rb + fracción de Rpot para el caso del circuito de la figura 1.

Procedimiento de diseño del Regulador Serie.

1. Especificar los datos del regulador. En nuestro experimento, deseamos un regulador con las siguientes características:

V0 = 5 a 15 V Salida ajustableI0 = 100 mA Corriente NominalISC = 120 mA Corriente de cortocircuito

2. Selección de voltaje de entrada no regulado. Debe de seleccionarse 2 ó 3V arriba del voltaje de salida máximo para asegurar que Q1 esté en la región activa, entonces:

Vimin = 15 + 3 = 18 VConsidérese un voltaje nominal Vi = 20 2 V

3. Selección de voltaje de referencia del diodo Zener y del transistor JFET. El VREF debe de ser menor que el voltaje de salida mínimo.

VREF V0min = 5V

Seleccionamos VREF = 1.2 VSeleccionamos un diodo Zener cuyo voltaje sea mayor que VREF , tal como: VZ = 5.2V


4. Cálculo de las resistencias Ra y Rb.

De la fórmula del voltaje de salida del regulador se tiene que el voltaje de salida es máximo cuando:

R2 = Rb + 10 y R1 = RaPor lo tanto,

V0máx = Ra + Rb + 10 (VREF) = 15 VRa

Mientras que el voltaje de salida es mínimo cuando:R1 = Ra + 10 y R2 = Rb

Así que:V0 mín = Ra + Rb + 10 (VREF) = 5 v

Ra + 10De estas dos últimas expresiones se encuentra que Ra = 5 K y Rb = 47.5 k, por lo tanto se selecciona Ra = 4.7 K y Rb = 47 K, de 0.5W.

5. Selección del transistor de potencia Q1. La potencia disipada por el transistor Q1 está dada por:

P = VCE * IC o bien P = (Vi - Vo)* ISC

Este elemento debe ser capaz de disipar la potencia duranteun cortocircuito (V0 = 0), entonces:

P = Vi * ISC sustituyendo valores P = (20)*(0.12) = 2.4 W

6. Selección del transistor Q2 y la resistencia limitadora RSC . El transistor Q2 se enciende cuando el voltaje entre base y emisor es igual a 0.6V, este voltaje es igual a la caída de RSC provocada por la corriente de cortocircuito.

RSC = VBE = 0.6 = 5ISC 0.12

Seleccionar 4.7 , 1W,La corriente máxima en Q2 es ligeramente menor que la corriente de

cortocircuito del amplificador 741, aproximadamente 25 mA. Por lo que el transistor NPN 2N3904 es una buena selección.

EXP 204-5FIME, Depto. De Electrónica

V.- PROCEDIMIENTO

1. Implementar el circuito regulador serie de la figura 1. La resistencia de carga es variable, inicie con un valor de 1 K. El voltaje de entrada ajústelo a su valor nominal de 20 V.

2. Ajuste el voltaje de referencia VREF a un valor de 1.2 V. Mida el voltaje de salida del amplificador operacional para checar que no esta saturado ( se sabe que esta saturado si mide cerca del voltaje de entrada). De ser así revise las conexiones, ceque el transistor, amplificador operacional y realice nuevamente los pasos 1 y 2.

3. Ajuste Rpot para obtener el voltaje de salida mínimo y registre su valor:

V0 mín = _______________

4. Ajuste Rpot para obtener el voltaje de salida máximo y registre su valor:

V0 máx = _______________

5. Con el propósito de medir la resistencia de salida del regulador, proceda de la siguiente manera:

El voltaje de entrada Vi se mantendrá en su valor nominal de 20 V. Ajustar Rpot para obtener un voltaje de 10 V con RL = 1 K. Completar la siguiente tabla:

RL V0 I0 = V0 / RL1 K680 470 150 100

6. Con el propósito de medir el % de regulación de línea, proceda de la siguientemanera:

Inicialmente ajuste para Vi = 20 V Ajuste el voltaje de salida a 10 V Fije la resistencia de carga en un valor para corriente nominal (100 mA), es

decir, RL = 100 .


Complete la siguiente tabla:

Vi V0 IL = V0 / 10018 V19 V

20 V21 V22 V

7. Con el propósito de medir la corriente de cortocircuito, realice lo siguiente:

Ajuste el voltaje de entrada Vi a 20 V. Coloque una resistencia de 10 , 1 W como carga para crear un

cortocircuito y medir la corriente indirectamente. Mida el voltaje de CD en la resistencia de carga de 10 con el multímetro

digital.

VRL = _______________

Elimine el cortocircuito y observe que el voltaje de salida regresa a su valor normal.


VI.- REPORTE.

1. Grafique el comportamiento del voltaje de salida V0 contra la corriente de carga I0. Use los datos de la tabla del paso 5 del procedimiento.

2. De la gráfica anterior determine los cambios totales en el voltaje y la corriente de salida.

V0 = _______________I0 = _______________

3. Con el resultado anterior calcule la resistencia de salida del regulador. Debe ser un valor pequeño:

R0 = V0 I0

4. Grafique la curva de regulación, es decir el comportamiento del voltaje de salida con respecto al voltaje de entrada Vi. Use los datos de la tabla del paso 6 del procedimiento.

5. De la gráfica anterior determine los cambios totales en los voltajes de entrada y salida.

V0 = _______________Vi = _______________


6. Determine el % de regulación de línea sabiendo que:

factor de regulación = % cambio de voltaje en carga % cambio de voltaje en línea

factor de regulación = V0 Vinominal Vi V0nominal

En donde: Vo nominal = 10V y Vi nominal = 20V

7. Determine el valor de la corriente de cortocircuito medida indirectamente en el paso 7 del procedimiento.


EXP205

RESPUESTA DE LOS AMPLIFICADORES A LA BAJA FRECUENCIA

I. OBJETIVOS.

Graficar el comportamiento de la ganancia con respecto a la frecuencia. Medir la frecuencia de corte de un amplificador emisor común. Medir las frecuencias de corte debidas a cada uno de los capacitores

externos. Graficar el comportamiento de la impedancia de entrada con respecto a la

frecuencia.

II. LISTA DE MATERIAL Y EQUIPO.

1 Fuente de Alimentación1 Osciloscopio1 Generador de señales1 Transistor NPN 2N39041 Resistencia de 82 K, ½ W1 Resistencia de 15 K, ½ W1 Resistencia de 5.6 K, ½ W1 Resistencia de 3.3. K, ½ W1 Resistencia de 1.5 K, ½ W1 Resistencia de 100 , ½ W1 Capacitor 0.12 F, 50 V1 Capacitor 0.27 F, 50 V1 Capacitor 4.7 F, 50 V2 Capacitores 100 F, 50 V



Figura 1. Respuesta a la baja frecuencia de un EC


IV.- TEORIA PRELIMINAR.

Debido a que la impedancia de los Capacitores externos se incrementa a medida que la frecuencia de la señal disminuye, la ganancia de voltaje de un

amplificador con acoplamiento capacitivo decrece. En el circuito de la figura 1 los capacitores de acoplamiento C1 y C2 provocan caídas de voltaje muy considerables a bajas frecuencias, mientras que el capacitor de desacoplamiento del emisor Ce no actúa como un cortocircuito para la resistencia Re.

Se define rango de frecuencias medias aquel en donde la frecuencia es tal que los capacitores externos actúan como cortocircuito y por lo tanto, la ganancia de voltaje del amplificador es constante y su valor se denomina Am.

El rango de frecuencias en donde la ganancia decrece con la disminución de la frecuencia se le llama rango de bajas frecuencias.

La frecuencia de corte inferior es el valor de la frecuencia a la cual la ganancia disminuye al 0.707 de Am.

Las siguientes ecuaciones pueden ser empleadas para la frecuencia de corte inferior, debida a cada capacitor actuando independientemente.

f1(C1) =

f2 (C2) =

fe(Ce) =

En donde:Rin = Rb//Ro = Rc

Req = Re//

La frecuencia de corte inferior f1 del amplificador será la mayor de las tres (suponiendo que sus valores están muy separados).

NOTA: En los experimentos se pretende comprobar los fundamentos teóricos. Por tal razón, los circuitos se diseñaron para manejar poca ganancia de voltaje.


V.- PROCEDIMIENTO.

1. Armar el circuito amplificador emisor común de la figura 1. Observe la polaridad de los capacitores electrolíticos.

2. Medir los siguientes voltajes de CD, con el propósito de determinar el punto de operación.VCC = ____________________ VC = ____________________

VE = ____________________ VB = ____________________

Ganancia Am a frecuencias medias

3. Aplicar una señal Vi senoidal de 10 KHz, 200 mVp-p con el generador de señales. En el osciloscopio observe y mida los voltajes de las señales Vi y V0.

Vi = ____________________ Vo = ____________________

Después de registrar los valores, observe que al variar la frecuencia la magnitud de Vo se mantiene constante.

Ganancia contra Frecuencia.

4. Disminuya la frecuencia de la señal de entrada en un rango de 10 Hz a 10 KHz. Tome lectura de Vo y Vi para cada frecuencia.

Los valores siguientes se sugieren pero se pueden cambiar por otros.

F (Hertz) Vi Vo Vo/Vi10K8K5K2K1K8006004003002001005020


Frecuencia de corte inferior F1.

5. Determine experimentalmente la frecuencia de corte inferior del amplificador. Para ello, determine el valor de la frecuencia a la cual la ganancia es el 70.7% de Am.

fL= ____________________

Frecuencias de corte de cada capacitor.

6. Determine f(C1) reemplazando los capacitores C2 y C3 por valores de 100 F. Aplique una frecuencia de 2 KHz, mida Vo luego disminuya la frecuenica hasta que Vo disminuya a un 70.7% de su valor. Mida la frecuencia f(C1).

f(C1) =____________________

7. Determine f(C2) reemplazando los capacitores C1 y Ce por valores de 100 F. Aplique una frecuencia de 5 KHz, mida Vo luego disminuya la frecuencia hasta que Vo disminuya a un 70.7% de su valor. Mida la frecuencia f(C2).

F(C2) = ____________________

8. Determine f(Ce) reemplazando los capacitores C1 y C2 por valores de 100 F. Aplique una frecuencia de 5 KHz, mida Vo luego disminuya la frecuencia hasta que Vo disminuya a un 70.7% de su valor. Mida la frecuencia f(Ce).

f(Ce) = ____________________


VI.- REPORTE

1. Determine analíticamente el punto de operación del transistor del circuito de la figura 1.

2. Determine analíticamente la ganancia de voltaje a frecuencia media Am.

3. Determine analíticamente la frecuencia de corte provocada por cada capacitor externo en forma independiente.¿ Cual de ellas es la frecuencia de corte inferior del amplificador?.

4. Determina el valor experimental de la corriente de operación con el resultado del paso 2 del procedimiento.

5. Calcule el valor experimental de la ganancia de voltaje a frecuencia media, con los resultados del paso 3 del procedimiento.

6. Construya la gráfica de la respuesta a la baja frecuencia con los datos de la tabla del paso 4 del procedimiento. Grafique Vo / Vi contra frecuencia.

7. Señale en la gráfica anterior el valor de la frecuencia de corte inferior.

EXP205-6FIME, Depto. De electrónica

8. Observe los valores obtenidos en los pasos 6, 7 y 8 del procedimiento. Determine cuál es el capacitor que define la frecuencia de corte inferior del amplificador y porqué.

9. Construya una tabla comparativa de los valores de:

Ganancia de frecuencia media Frecuencia de corte inferior Punto de operación

Para los dos casos siguientes:

Resultado analítico Resultado experimental

.


EXP206

RESPUESTA DE LOS AMPLIFICADORES A LA ALTA FRECUENCIA

I.- OBJETIVOS.

Graficar el comportamiento de la ganancia con respecto a la frecuencia. Medir la frecuencia de corte. Medir las frecuencias de corte debidas a las capacitancias shunt. Demostrar el efecto de la capacitancia Miller en la frecuencia de corte

superior.


1 Osciloscopio1 Fuente de poder1 Generador de señales1 Transistor NPN 2N39041 Resistencia de 82 K, ½ W1 Resistencia de 15 K, ½ W1 Resistencia de 5.6 K, ½ W1 Resistencia de 3.3 K, ½ W1 Resistencia de 1.5 K, ½ W1 Resistencia de 100 , ½ W1 Resistencia de 560 , ½ W1 Resistencia de 56 , ½ W1 Capacitor de 100 F2 Capacitores de 10 F3 Capacitores de 0.001 F



Figura 1. Respuesta a la alta frecuencia de un EC



Cuando la frecuencia se incrementa, la impedancia de un capacitor disminuye. Esto puede ser la causa de que la ganancia de un amplificador disminuya con el incremento de la frecuencia.

Los transistores tanto bipolares como Fets contienen entre sus terminales unas capacitancias muy pequeñas y estas son las que provocan que en el funcionamiento en altas frecuencias la ganancia de los amplificadores disminuya, debido a que las capacitancias se comportan como cortocircuito.

Se define rango de frecuencias medias aquél en donde la frecuencia es tal que los capacitores externos actúan como cortocircuito y las capacitancias internas como circuitos abiertos por lo que la ganancia de voltaje del amplificador es constante y su valor se denomina Am.

El rango de frecuencias en donde la ganancia decrece con el incremento d ela frecuencia se le llama rango de altas frecuencias.

La frecuencia de corte superior es el valor de la frecuencia a la cual la ganancia disminuye al 0.707 de Am.

Debido a que las capacitancias internas son muy pequeñas y por lo tanto difíciles de medir, en el circuito amplificador emisor-común de la figura 1, se han instalado capacitancias shunt artificiales con el propósito de investigar la respuesta a la alta frecuencia del amplificador. Lo anterior permite ganar experiencia en los problemas asociados con tales capacitancias y sobre todo medir las frecuencias de corte del amplificador.

Las siguientes ecuaciones pueden ser empleadas para determinar la frecuencia de corte superior.


fh(CT) = CT

fh(CCE ) = CCE

En donde:

CT = CBE + CBC

R’l = Rl // RC

Rin = Rb // hie

Ro = Rc

La frecuencia de corte superior fh del amplificador será la menor de las dos (suponiendo que sus valores están muy separados).

En los experimentos se pretende comprobar los fundamentos teóricos. Por tal razón, los circuitos se diseñaron para manejar poca ganancia de voltaje y las capacitancias externas para disminuir la frecuencia de corte superior. La señal de entrada se toma como un divisor de voltaje con el propósito de atenuar la señal de salida del generador.


V.- PROCEDIMIENTO.

Armado el circuito:

1. Armar el circuito amplificador emisor-común de la figura 1. Observe la polaridad de los capacitores electrolíticos.

Medición del punto de operación.

2. Medir con el multímetro digital los siguientes voltajes de CD, con el propósito de determinar el punto de operación.

VCC = ____________________ VC = ____________________VE = ____________________ VB = ____________________

Ganancia Am a frecuencias medias.

3. Aplicar una señal de entrada Vi senoidal de 1 KHz, 20 mVp-p, con la ayuda del generador de señales. En el osciloscopio observe y mida los voltajes de las señales de entrada y salida Vi y Vo. Observe que al variar ligeramente la frecuencia la magnitud de Vo se mantiene constante.

Vi = ____________________Vo = ____________________Am = ____________________

Ganancia contra frecuencia.

4. Incremente la frecuencia de la señal de entrada en un rango de 1 KHz a 50 KHz. Tome lectura de las amplitudes de los voltajes de entrada y salida Vo y Vi para cada frecuencia. Los valores siguientes se sugieren pero se pueden cambiar por otros. Complete la siguiente tabla.


F (Hertz) Vi Vo Vo/Vi

1K2K4K8K9K10K11K12K13K15K20K40K50K

Frecuencia de corte superior fh.

5. Determine experimentalmente la frecuencia de corte superior del amplificador. Para ello determine el valor de la frecuencia a la cual la ganancia es el 70.7% de Am.

fh = ____________________

Frecuencia de corte de la capacitancia de entrada CT .

6. Determine el valor de la frecuencia de corte debido al efecto de la capacitancia de salida f(CT). Remueva del circuito la capacitancia CCE , luego aplique una frecuencia de 1 KHz, mida Vo y enseguida incremente la frecuencia hasta que Vo disminuya a un 70.7% de su valor. Mida la frecuencia f(CT).

f(CT) = ____________________

7. Determine el valor de la frecuencia de corte debida a la capacitancia de salida f(CCE) quitando los capacitores CBC y CBE . Aplique una frecuencia de 1 KHz mida Vo luego incremente la frecuencia hasta que Vo disminuya a un 70.7% de su valor. Mida la frecuencia f(CCE).

f(CCE) = ____________________

8. Determine la frecuencia de corte debida a la influencia de la capacitancia Miller. Quite las capacitancias CBC y CBE con el propósito de demostrar el efecto relativo de la capacitancia Miller (debido a CBC) en comparación con el capacitor de entrada CBE.

f(CM) = ____________________


VI. REPORTE.

1. Determine analíticamente la ganancia de ovltaje Vo/Vi a frecuencia media del amplificador de la figura 1. El divisor de voltaje no interviene.

2. Determine analíticamente las frecuencias de corte provocada por la capacitancia total CT y de salida CCE , es decir, los valores de f(CT) y f(CCE) definidos en la teoría preliminar. ¿Cuál de ellas determina la frecuencia superior de corte fh.?

3. Determine el valor experimental de la ganancia a frecuencia media Am, con los resultados del paso 3 del procedimiento.

4. Construya la gráfica de la respuesta a la alta frecuencia con los datos de la tabla del paso 4 del procedimiento. Grafique Vo/Vi contra frecuencia.

5. Señale en la gráfica anterior el valor de la frecuencia de corte superior fh.

6. Observe los valores de la frecuencia de corte obtenidas enn los pasos 6, 7 y 8 del procedimiento. Determine cual de ellas es la que define la frecuencia de corte superior fh y porqué.

7. Explique en qué consiste el efecto Miller.


8. Construya una tabla comparativa de:

Ganancia de frecuencia media Frecuencia de corte superior

Para los dos casos siguientes:

Resultado analítico Resultado experimental


EXP207

REGLAS DE FUNCIONAMIENTO EN OP-AMPS.

I.- OBJETIVOS.

Comprobar experimentalmente las reglas de funcionamiento líneas del amplificador lineal del amplificador operacional.

Comprobar el funcionamiento de un amplificador inversor básico. Comprobar el funcionamiento de un amplificador no inversor básico. Medir las ganancias de voltaje de los amplificadores tanto en señal de CD

como de CA. Utilizar un amplificador no inversor como un buffer de ganancia unitaria.


1 Osciloscopio1 Generador1 Multímetro digital1 Fuente de poder3 Amplificadores operacionales UA7412 Resistencias de 1 K, ½ W3 Resistencias de 10 K, ½ W1 Resistencia de 4.7 K, ½ W1 Potenciómetro de 1 K de precisión



Figura 1. Amplificadores lineales



Las reglas del funcionamiento lineal del amplificador operacional son dos:

El voltaje de la terminal inversora automáticamente se iguala al voltaje de la terminal no inversora. Debido a la retroalimentación negativa.

Las corrientes en terminales de entrada son igual a cero para todo fin práctico. Esto es debido a la alta resistencia de entrada del amplificador.

Las reglas se cumplen mientras exista una retroalimentación y el voltaje de salida del amplificador sea menor que el de saturación.

La etapa formada por el amplificador X1 y las resistencias R1, R2 y R3 de la figura 1, corresponde a un amplificador inversor básico, la expresión del voltaje de salida está dada por:

VD = VA

La segunda etapa integrada por el amplificador X2 y las resistencias R4, R5 y R6 forman un amplificador básico. La expresión de su voltaje de salida es:

VG = VD

Finalmente, el amplificador X3 está como un amplificador no inversor de ganancia unitaria, con una expresión de voltaje de salida dada por:

VI = VH


V.- PROCEDIMIENTO.

1. Implementar el circuito de la figura 1.

2. Para comprobar el funcionamiento del buffer, use el multímetro digital para medir voltajes de CD en los puntos de H e I del circuito X3. Complete la siguiente tabla ajustando el valor del voltaje VH mediante el potenciómetro RP.

VH VI VH/VI.4V.2V0V

-.2V-.4V

Se debe de cumplir que el voltaje de salida es prácticamente igual al de entrada. De no ser así, revise el circuito, cheque el amplificador operacional o cámbiele y repita el procedimiento.

3. Se comprobará simultáneamente el funcionamiento de las etapas inversora y no inversora. Conecte la salida de X3 al punto A o entrada del amplificador lineal. Ajuste el RP para obtener un voltaje de entrada de +1V.

VB = ____________________ VC = ____________________VD = ____________________ VE = ____________________VF = ____________________ VG = ____________________

Debe de cumplirse lo siguiente:

VB VC 0VD = negativo

VSATURACIÓN

De ser así, X1 funciona bien.

VF VEVSATUACIÓN.

De ser así, X2 funciona adecuadamente.


Si no funciona bien parte del circuito, revise conexiones, checar o cambiar el amplificador operacional y repetir el procedimiento.

4. Complete la siguiente tabla midiendo los voltajes con el multímetro digital.

VA VD VAG VD/VA VG/VD.4V.2V.1V0V

-.1V-.2V-.4V

Al terminar desconecte la línea que une los puntos I con A.

5. Use el generador de señales para aplicar en el punto A una señal senoidal de 1 Vp-p y 2 KHz sin componente de CD. Con la ayuda del osciloscopio observe y mida las señales en los puntos A, D y G.

VA = ____________________VD = ____________________VG = ____________________


VI.- REPORTE.

1. Mencione cuál puede ser la utilidad de un amplificador buffer con ganancia de voltaje unitaria.

2. Cuál es la ganancia del amplificador inversor. Use los datos obtenidos en el paso 4 del procedimiento. Determine también la ganancia teórica y compararla.

3. Cuál es la ganancia del amplificador no inversor. Use los datos obtenidos en el paso 4 del procedimiento. Determine también la ganancia teórica y compararla.

4. de los resultados obtenidos en el paso 5 del procedimiento, determine la ganancia de CA de los amplificadores inversor, no inversor y global.


EXP208

CONVERTIDOR DE VOLTAJE A CORRIENTE

I. – OBJETIVOS.

Diseñar un convertidor de voltaje a corriente Calibrar el circuito convertidor. Obtener la función de transferencia del convertidor.


1 Multímetro digital1 Fuente de poder3 Amplificador operacional UA7412 Transistores JFET 2N39041 Transistor JFET 2N59511 Diodo Zener de 5.2 V, 13W2 Resistencias de 10 K1 Resistencia de 100 2 Potenciómetros lineales de 10 K1 Potenciómetro lineal de 250



Figura 1. Convertidor de voltaje a corriente



Ecuación de la corriente de salida.

El voltaje en el nodo A es igual a:

VA = * (VIN + VREF )

En el nodo B se tienen que:

VB = Io * Rx VB = VA

Por lo que la expresión de Io es:

Io = VIn +

Diseño del convertidor:

Diseñaremos un convertidor de 0-5 V a 4-20 mA. Con estos datos y la ecuación de Io se obtiene:

4 = 0 + 20 = 5 +

De donde se obtienen:Rx = 156 VREF = 1.25 V

Valor de RL máximo.

Del circuito colector emisor de Q2 se tienen que: VCC = Io * RL + VCE + Io * Rx.

El valor crítico de RL se determina cuando Io = 20 mA y VCE 1 V el voltaje de saturación.

12 = 20 RL + 1 + 20 (0.156)RL = 394

Este valor se puede incrementar si se cambia el valor del voltaje de la fuente de alimentación.


Voltaje de referencia:

El circuito formado por el JFET J1, el diodo Zener DZ, el potenciómetro RP y el amplificador buffer X2, constituyen una fuente de referencia de voltaje simple y ajustable donde 0 V al voltaje nominal del Zener.


V.- PROCEDIMIENTO.

1. Implementar el circuito convertidor de voltaje a corriente mostrado en la figura 1.Antes de energizar ajuste el potenciómetro Rx a un valor aproximado a 156 .

2. Ajuste el voltaje de referencia a un valor inicial de 1.25 V. Use el multímetrodigital y realice el ajuste mediante el potenciómetro RP.

3. Aterrice la entrada ViN. Mida la corriente de salida directamente con elmultímetro digital o indirectamente leyendo el voltaje en RL. La corriente debe deser cercana a los 4 mA. Modifique ligeramente el valor del voltaje de referenciahasta observar que la corriente de salida sea de 4 mA.

4. Haga uso del circuito buffer X3 para obtener un voltaje de entrada ViN igual a 5Vya conectado. La corriente de salida debe de ser cercana a 20 mA. Modifiqueligeramente el valor de Rx para ajustar la corriente de salida a 20 mA.

5. Repita los pasos 3 y 4 dos o tres veces hasta lograr la estabilización de losvalores de la corriente de salida.

6. complete la siguiente tabla:

VIn 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

Io


VI.- REPORTE.

1. Explique el principio de operación de la fuente de referencia formada por J1, DZ, RP y X2.

2. Determine con mayor detalle la expresión de la corriente de salida del convertidor.

3. Con los datos de la tabla del paso 6 del procedimiento, grafica corriente de salida contra voltaje de entrada.


EXP209

AMPLIFICADORES, INTEGRADOR Y DIFERENCIADOR NO INVERSOR

I.- OBJETIVO.

Comprobar el caso del amplificador operacional como un circuito integrador y diferenciador no inversor.


1 Osciloscopio1 Generador de señales1 Fuente de alimentación2 Amplificadores operacionales UA7417 Resistencias de 10 K3 Capacitores de 0.1 F, 50 V



Figura 1. Amplificador integrador y diferenciador no inversor



a) Análisis del circuito integrador.

El voltaje en el nodo A es igual a ½ del voltaje de salida y además es igual al voltaje del nodo B.

VA = VB =

De la suma de corrientes en el nodo B se tiene que:

+ = IC

Sustituyendo en esta última ecuación el valor de VB, se determina:

IC =

La corriente del capacitor también es igual a: IC = SCVB

Por lo que es fácil demostrar que: Vo =

En el dominio del tiempo, la ecuación se convierte en:

Vo =

b) Análisis del circuito diferenciador.

De una manera muy similar se puede que en el circuito del amplificador X2.IR = SCVi

Y además que:

IR = =

Por lo que la experiencia del voltaje de salida es: Vo = 2RCSVi

En el dominio del tiempo:

Vo = 2RC


c) Diseño de un amplificador integrador.

Supongamos que la señal de entrada es una onda cuadrada de 5 Vp-p ( Vm=2.5 V) y 1000 Hz. El diseño del amplificador consiste en determinar los valores de R y C.

Consideramos como criterio de diseño:RC = TRC = 0.001s

Si seleccionamos C = 1 F, resulta R = 0.001 . A continuación seleccionamos un factor de escala por ejemplo 10 E7 y los valores nuevos para R y C serán:R = 0.001 E7 = 10 K

C = = 0.1 F

Forma de la señal de salida.

La integral de una onda cuadrada es una onda triangular. La amplitud de la onda triangular se puede determinar de la siguiente forma:

Am = máx

La integral es máxima es t = T/2 y es igual al área bajo la curva, en que:

Am =

d) Diseño de un amplificador diferenciador.

Supongamos que la señal de entrada es una onda triangular de 2.5 Vp-p (Vm=1.25V) y 1000 Hz. El diseño del diferenciador consiste en determinar los valores de R y C.

Consideremos como crieterio de diseño: RC = TDe tal manera que para T = 0.001 s, una solución igual a la del amplificador integrador es adecuada.R = 10 KC = 0.1 F


Forma de la señal de salida:

La derivada de una onda triangular es una onda cuadrada. La derivada es igual a la pendiente de la señal.

Pendiente = =

De tal manera que la amplitud de la onda cuadrada:

Am = 2RC

Am = 2RC

Am = 4 Vm

Para la frecuencia de diseño:

Am = 4Vm

Am =

Lo que significa que la amplitud es igual a Vm para el caso de T = RC en 1000 Hz.


V.- PROCEDIMIENTO.

1. Implementar el circuito amplificador integrador de la figura 1.

2. Use el generador de señales para aplicar una señal cuadrada de 1000 Hz y 5 Vp-p sin componente de CD. Use el osciloscopio (modo de CD) para observar simultáneamente las señales de entrada y de salida.

3. Dibuje las formas de onda de las señales de entrada y de salida, registre las amplitudes.

Vo = ____________________ Vi = ___________________

4. Complete la siguiente tabla:

F (Hz) 500 1000 2000Vi p-p 5 5 5Vo p-p

5. Implementar el circuito diferenciador de la figura 1.

6. Use el generador de señales para aplicar una señal triangular de 1000 Hz y 2.5 Vp-p. Use el osciloscopio (modo CD) para observar simultáneamente las señales de entrada y de salida.

7. Dibuje las formas de onda de las señales de entrada y de salida, registre las amplitudes.

Vo =____________________ Vi = ____________________

8. Complete la siguiente tabla:

F(Hz) 500 1000 2000Vi p-p 2.5 2.5 2.5Vo p-p

9. Conecte la salida del integrador a la entrada del diferenciador y aplique una señal de entrada cuadrada de 1000 Hz y 5 Vp-p. Observe las señales en las salidas de cada amplificador.


VI.- REPORTE.

a) Amplificador Integrador.

1. Demuestre con mayor detalle la expresión del voltaje de salida del amplificador integrador de la figura 1.

2. Observe los valores de la tabla del paso 4 del procedimiento. Explique como se comporta la amplitud del voltaje de salida con respecto a la frecuencia.

3. Determine analíticamente la amplitud del voltaje de salida del amplificadorintegrador, para las tres frecuencias: 500,1000 y 2000 Hz.

4. Qué sucede si se aplica como voltaje de entrada un voltaje constante de CD.


b) Amplificador Diferenciador:

5. Demuestre con detalle la expresión del voltaje de salida del amplificadordiferenciador de la figura 1.

6. Observe los valores de la tabla del paso 8 del procedimiento. Explique cómo se comporta la amplitud del voltaje de salida con respecto a la frecuencia.

7. Determine analíticamente la amplitud del voltaje de salida del amplificador paralas tres frecuencias: 500,1000 y 2000 Hz.

8. Qué sucede con una señal de entrada de muy alta frecuencia. Cómo es laamplitud de la señal de salida.


EXP210

AMPLIFICADOR DIFERENCIAL

I.- OBJETIVOS.

Investigar el comportamiento del amplificador operando en modo diferencial y en modo común.

Determinar la razón de rechazo de modo común CMRR


1 Fuente de alimentación1 Osciloscopio1 Generador de señales3 Transistores NPN 2N39042 Resistencias 5.6 K, ½ W2 Resistencias 10 K, ½ W1 Resistencia 15 K, ½ W1 Resistencia 1.5 K, ½ W1 Resistencia 470 , ½ W2 Capacitores de 100 F, 50 V1 Potenciómetro de 1 K



Figura 1. Amplificador Diferencial.



El amplificador diferencial es un circuito amplificador de acoplamiento

directo optomizado para amplificar la diferencia de dos señales de voltaje. Implementando con transistores bipolares consiste de dos emisores comunes con los emisores acoplados directamente. El circuito de la figura 1 incluye resistencias variables entre los emisores con el propósito de lograr un balance en el punto de operación. Además incluye una fuente de corriente constante implementada mediante el transistor Q3, con el fin de rechazar las señales de modo común.

El amplificador diferencial amplifica la diferencia de los voltajes de entrada V1 yV2. La salida se toma de los colectores de Q1 o Q2. La operación anterior sedenomina modo diferencial.

Cuando una señal de voltaje se aplica simultáneamenmente en las entradas V1 yV2, la salida es una señal de poca amplitud ya que el amplificador rechaza estetipo de señales. Esta operación se le llama modo común.

En los experimentos se pretende comprobar los fundamentos teóricos. Por talrazón, el circuito se diseñó para manejar poca ganancia de voltaje y así podercomprobar de una manera simple el principio de operación del amplificadordiferencial.


V.- PROCEDIMIENTO.

1. Implementar el circuito amplificador diferencial de la figura 1.

2. Con V1 y V2 conectados a 0 volts (aterrizados), conecte el multímetro digitalentre las salidas V01 y V02 para leer volts de C.D. Ajuste el potenciómetro de 1K hastaque la lectura del voltaje sea de 0 volts. A este procedimiento se ledenomina balanceo del amplificador.

3. Una vez balanceado el amplificador proceda a medir el punto de operación.Utilice el multímetro digital para medir los voltajes de C.D. con respecto a tierra.Registre los siguientes valores.

VCC = _______________ Vee = _______________V01 = _______________ V02 = _______________VE1 = _______________ VE2 = _______________VC3 = _______________ VB3 = _______________VE3 = _______________

4. Efectúe los ajustes necesarios para fijar V2 en 0 volts, V1 en 200 mVp-p y 1000 Hz (onda senoidal mediante el generador de señales). Observe simultáneamente y mida en el osciloscopio las señales de salida V01 y V02. Grafique las formas de onda y ponga especial atención en el desfasamiento que existe entre las dos señales. Registre las siguientes amplitudes:

V1 = _______________ V01 = _______________ V02 = _______________

5. Repita el paso anterior ajustando V1 a 0 volts y V2 a 200 mVp-p y 1000 Hz.

V1 = _______________ V01 = _______________ V02 = _______________

6. Aplique simultáneamente una señal senoidal de 4 Vp-p y 1000 Hz a las entradas V1 y V2 (juntas). Observe y mida en el osciloscopio las señales de salida V01 y V02 ( deben de ser pequeñas). Grafique las formas de onda y ponga especial atención en el hecho de que no existe desfasamiento entre las dos señales. Registre los valores de las siguientes amplitudes:

V1 = _______________ V01 = _______________ V02 = _______________


VI.- REPORTE.

1. Determine analíticamente el punto de operación de los transistores del circuito amplificador diferencial de la figura 1.

2. Determine analíticamente el valor de la ganancia de modo diferencial del mismo circuito. El colector de Q3 está a un potencial de 0 V de C.A.

3. Explique porqué es necesario efectuar el balanceo del amplificador diferencial.

4. Con los valores obtenidos en el paso 3 del procedimiento, determine la corriente del punto de operación de los tres transistores.

5. Con los resultados obtenidos en los pasos 4 y 5 del procedimiento, determine la ganancia de voltaje de modo diferencial.

6. Con los resultados obtenidos en el paso 6 del procedimiento, determine la ganancia de modo común.

7. Determine la razón de rechazo de modo común.


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