LABCC04 - Escuela de Ingeniería Electrónica

INSTITUTO TECNOLOGICO DE COSTA RICA
II SEMESTRE 2005
ESCUELA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA
EL-2107 LABORATORIO EN CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA
Profesor: Ing. Marvin Hernández C.
Laboratorio 4
Divisor de tensión con carga
1.
Objetivo
Describir a partir de mediciones, el funcionamiento del divisor de tensión
en vacío y con carga para diferentes tensiones de salida.
2.
Cuestionario introductorio
El divisor de tensión es un circuito de múltiples aplicaciones en electrónica. Consiste
de una red serie de elementos pasivos (resistencias, condensadores o bobinas) cuya
función es tomar una muestra de la tensión de entrada Vo y atenuarla a la salida, tal
que VL siempre será menor que Vo. La tensión de salida VL puede utilizarse para
poner un voltaje de referencia en un amplificador comparador por ejemplo. En
general, VL servirá para alimentar otras etapas del circuito en el cual este dispositivo
está insertado. Cualquiera que sea la aplicación, siempre se va a tener una
resistencia de carga RL conectada en paralelo a R2 como lo muestra la figura 1.
Si la resistencia de carga RL está desconectada, se dice que la salida está en vacío,
lo cual significa que RL =  . Si, por el contrario, la salida se encuentra
cortocircuitada, RL = 0, entonces se dice que la salida está en corto. Note que una
salida en corto implica que la tensión de salida es nula, es decir VL = 0 V y la
corriente entregada en ese caso será máxima, Ilmáx.
2.1
A partir de la figura 1, deduzca una expresión matemática para la tensión de
salida en vacío, en función de los valores de las resistencias del divisor, esto
es VL = f(R1, R2, Vo).
2.2
Llámese a la relación VL/Vo = k y exprésela como k = f(R1, R2).
2.3
Ahora obtenga una relación semejante, en el caso en que el circuito se
encuentre cargado, esto es, con la resistencia RL conectada en paralelo a R2,
como se muestra en la figura 1. Encuentre VL/Vo = f(R1, R2, RL).
2.4
Si se denomina p = RL/R2 , demuestre que:

VL
p 

 k 
Vo
1 k  p 
2.5
Con las expresiones de k y de p, llene la última fila y la última columna de la
Tabla 1 del instructivo a partir de los valores ahí indicados.
2.6
Con una tensión de alimentación de Vo = 10 V, use la fórmula dada en el
punto 2.4 para calcular todos los valores teóricos de los voltajes de salida VL de
la tabla. Copie la Tabla 1 y llénela con los valores teóricos.
1
3.
Equipo de medición
1 Fuente de corriente continua
1 Multímetro digital
Potenciómetros de 100 K, 10 K , 1K
Placa universal, cables y puentes
4.
Circuito de medición. R1+R2 corresponde al potenciómetro de 1 K en
todo el experimento.
I1
R1
+
Vo
-
IL
--R2
+
I2
RL
+
V
VL
_
-
Figura 1 Divisor de voltaje
5.
Procedimiento
5.1
Ajuste el voltaje Vo = 10 V. Este valor no se cambiará en el resto del
experimento.
A continuación siga las instrucciones cuidadosamente paso a paso.
5.2
Monte el circuito de la figura 1. Para ello ajuste primero la resistencia R 2
del potenciómetro, según el valor indicado en la fila superior de la tabla
1, seguidamente, conecte R2 al circuito. NO conecte todavía la
resistencia de carga RL.
5.3
Mida la tensión VL en vacío (sin carga o sea RL = )
5.4
Ajuste en otro potenciómetro el primer valor de la resistencia de carga
RL = 20 K indicado en la tabla 1.
2
5.5
Conecte RL en paralelo con R2 y mida la tensión VL de salida. Anote su
valor en el espacio reservado para este efecto en la primera columna de
la tabla 1.
5.6
Retire el potenciómetro RL del circuito y reajuste su valor al siguiente
indicado en la tabla 1 (misma columna RL = 0.4 K ). Conéctelo de
nuevo y mida su tensión. Cuide NO invertir el potenciómetro. Proceda
así para los restantes valores de RL de esa columna.
5.7
Repita este procedimiento para las siguientes columnas, reajustando al
inicio R2.
NOTA: Las mediciones de resistencia deben llevarse a cabo fuera del circuito
de medición.
TABLA 1
Valores de voltaje de salida VL, voltios
R2 (K)
RL (K)
VL (V)
RL (K)
VL (V)
RL (K)
VL (V)
RL (K)
VL (V)
k
0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

20
40
60
80
100
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
p
6.
EVALUACION:
6.1
A partir de los resultados experimentales, grafique la relación VL / Vo
versus k para cada caso en el mismo sistema de ejes coordenados.
Trace una curva que pase por los puntos cuyo parámetro p es el mismo.
Identifique cada curva con el parámetro p correspondiente. Realice el
gráfico lo más grande posible, recuerde que k = VL / Vo y p = RL /R2 .
6.2
¿Cómo afecta la magnitud de la carga RL al voltaje de salida VL respecto
al voltaje medido en vacío, es decir, sin carga, para un valor de R 2
constante.
6.3
Calcule como verificación, VL / Vo para p = 2 cuando k = 0.5. Ubique
este punto en el gráfico del punto 5.2 y márquelo en forma explícita.
¿Debería quedar dicho punto en alguna de las curvas trazadas por Ud.?
3
6.4
Los divisores de tensión se usan ampliamente entre otras aplicaciones,
para poner voltajes de referencia en amplificadores. Como regla de
cálculo se utiliza el siguiente criterio; la corriente por la carga R L, IL debe
ser apenas una décima parte de la corriente que pasa por la resistencia
R2 a fin de no cargar mucho el divisor. Dimensione Ud. ahora el
siguiente divisor de tensión.
Diseño:
El divisor de voltaje de la figura 2, debe suplir una tensión de 1.6 V entre
los puntos AB del amplificador mostrado, la corriente de entrada al transistor
IL será de 30  A. Si la fuente de alimentación Vo = 12 V, dimensione los
valores de las resistencias R1 y R2. Obtenga además las potencias que
consumirá cada una. Calcule los valores en el siquiente orden:
RL , I2 , R2 , I1 , VR1, R1.
I1
R1
RC
IL = 30μA
+
Vo = 12 V
Transistor
A
I2
R2
+
1.6 V
-
RE
B
Figura 2 Etapa de polarización de un amplificador con transistor
4