Objetivo General

Objetivo General
Al terminar el submódulo serás capaz de reparar
Equipos de Audio, realizar y analizar circuitos
electrónicos utilizando equipos de medición,
considerando las normas de seguridad y las
especificaciones técnicas del fabricante, midiendo los
parámetros eléctricos en los circuitos de corriente
continua. Además de que serás capaz de simular
circuitos electrónicos utilizando un software especial
para la elaboración de estos circuitos. Estas actividades son variadas y
rutinarias, por lo que esta competencia esta considerada en el nivel 2 (Ver
anexo).
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Índice
I.
Mapa curricular
II.
Introducción al curso
III.
Desarrollo de competencias
1.- Simular los circuitos electrónicos en computadora
2.- Diagnosticar la falla del equipo de audio
3.- Identificar la sección defectuosa.
4.- Localizar la etapa defectuosa
5.- Localizar el componente defectuoso
6.- Reemplazar el componente defectuoso del equipo de audio
IV.
Conclusiones de la guía de aprendizaje
V.
Fuentes de información
VI.
Glosario
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Mapa Curricular
TECNICO EN ELECTRONICA
Modulo II: Mantenimiento a sistemas básicos de electrónica
Submódulo I: Análisis de Circuitos
Competencia I:
Verificar la aplicación de
diodos semiconductores.
Competencia II:
Verificar el funcionamiento
de circuitos resonantes y
filtros.
Competencia III:
Verificar el funcionamiento
de amplificadores clase A, B
y C.
.
Habilidades:
 Capturar
diagramas
esquemáticos de circuitos
electrónicos.
 Simular la operación del
circuito electrónico utilizando
software.
Habilidades:
Interpretar diagramas con filtros
de, y equipos de audio.
Elaborar un reporte de la
condición actual del equipo
de Audio
Habilidades:
 Desarmar equipos de audio.
 Armar equipos de audio
 Determinar
la
sección
defectuosa por análisis de
síntomas de la falla.
Conocimientos:
Simulación Electrónica.
Circuitos
electrónicos
utilizando diodos.
Aplicar el diodo en
corriente alterna
Rectificadores de media
onda y onda completa.
Aplicar circuitos con el
diodo zener.
Conocimientos:
Conceptos
fundamentales.
 Aplicar
circuitos
resonantes.
 Filtros pasivos y activos.
 Tipos de transistores y su
polarización.
 Amplificadores.
 Respuesta en frecuencia.
 Amplificadores
operacionales.
 Verificar
el
funcionamiento de los
filtros
Conocimientos:
 Conceptos fundamentales.
 Amplificadores tipo A, B y C.
 Armado de circuitos básicos de
polarización con transistores
BJT y FET.
 Comprobar el Funcionamiento
de circuitos básicos de
polarización con Transistores
BJT y FET.
Actitud:
Responsabilidad
Actitud:
Responsabilidad
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Actitud:
Orden
TÉCNICO EN ELECTRÓNICA
Modulo II: Mantenimiento Electrónico
Submódulo I: Reparar equipo de Audio (Cont)
Competencia IV:
Verificar el funcionamiento
de los circuitos osciladores.
Competencia V:
Verificar el funcionamiento
de
los
Amplificadores
operacionales.
Habilidades:
 Verificar voltajes de prueba
la etapa indicados en
diagrama.
 Verificar oscilogramas de
etapa indicados en
diagrama.
 Inyectar y rastrear señales.
Habilidades:
 Verificar voltajes de prueba del
componente indicados en el
diagrama.
 Verificar oscilogramas del
componente indicados en el
diagrama.
 Rastrear señales utilizando
técnicas de inyección
de
el
la
el
 Aplicar
circuitos
con
amplificadores operacionales.
 Armar
circuitos
con
amplificadores operacionales
 Comprobar el funcionamiento
Conocimientos:.
 Conceptos fundamentales.
 Aplicar circuitos osciladores.
 Armar circuitos.
 Osciladores.
 Comprobar su funcionamiento.
Actitud:
Orden
Actitud:
Orden
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Un mensaje para ti
Bienvenido a tu segundo módulo de formación
profesional de la carrera de Técnico en Electrónica, en
donde seguiremos aprendiendo todo lo relacionado
con los circuitos electrónicos especialmente los
utilizados en equipos de audio como los aparatos que
utilizas para escuchar tu música favorita.
Te has imaginado alguna vez como se produce el
sonido que escuchas, como se aumenta la
potencia, y como modificas la música, pues en este
modulo podrás, no solo conocer como se genera,
sino también como reparar los equipos de audio. Si,
entendiste bien y tú podrás adquirir habilidades
para presumir de ser un técnico en reparación de
equipos de audio, y como tal podrás reparar los
equipos de tu casa y de cualquiera de tus amigos.
Para que logres
dichas
competencias, te
enseñaremos a manejar toda la herramienta
necesaria para que trabajes con seguridad en la
reparación de los equipos de audio mas comunes, de
una manera muy práctica, de forma que tú logres
tener habilidades para manejar herramientas y
puedas detectar con facilidad la falla de los equipos.
Junto con estas actividades prácticas, también
aprenderás a simular los circuitos en computadora por medio de un software e
interpretar diagramas de los circuitos electrónicos utilizados en los equipos de
audio.
Si tú demuestras que eres capaz de
reparar un equipo de audio, significa que
aprendiste lo necesario para que te
otorguemos una constancia, que te
avalará como técnico en reparación de
equipos de audio y si aun no logras las,
tendrás la oportunidad de practicar más,
hasta que consigas dichas competencias,
de manera que se te garantiza el
aprendizaje. Solo necesitas tener ganas de aprender y lo demás lo haremos
juntos.
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Simbología
PRACTICA
EJEMPLO
ERRORES TÍPICOS
EJERCICIO
CONCLUSIONES
INTRODUCCION
CONTINGENCIA
OBJETIVO
16
Competencias, habilidades y destrezas
Módulo II
Submódulo I
Competencias
a Desarrollar
Mantenimiento a sistemas básicos de electrónica
Análisis de circuitos
1.
2.
3.
4.
5.
Simulación Electrónica.
Circuitos electrónicos utilizando diodos.
Aplicar el diodo en corriente alterna
Rectificadores de media onda y onda completa.
Aplicar circuitos con el diodo zener.
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Introducción
Al ingresar al mundo de la electrónica supongo que te has enfrentado a
algunos problemas al momento de realizar físicamente algún circuito, el
diseño en papel aún cuando sea revisado de manera detallada te puede
generar fallas al momento de construir físicamente los circuitos, esto te
puede generar grandes pérdidas de tiempo y en algunas ocasiones
pérdidas de dispositivos, daño a equipo, etc.
Afortunadamente existen métodos que con el apoyo de un software nos
permiten diseñar, probar, simular, experimentar, reportar y presentar entre
otras cosas todos nuestros circuitos electrónicos.
Existen varios paquetes o software en el mercado, algunos con costo,
otros gratuitos. Como cualquier otro paquete de otra especialidad te puedes
sentir más cómodo con alguno en particular.
En ésta guía te presentaremos los fundamentos del Electrónic Work
Bench(EWB) uno de los software más populares por facilidad de uso.
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El EWB nos proporciona una herramienta con prestaciones
comparables a las de un laboratorio electrónico, permite simular todos los
componentes e instrumentos necesarios para analizar, diseñar y verificar
circuitos en reemplazo de los componentes e instrumentos reales. Alguna
de las razones por las que utilizar WEWB conlleva interesantes ventajas
como las siguientes:
Creación de esquemas: EWB permite capturar el esquema del circuito que
posteriormente será simulado. Además, está la posibilidad de utilizar
circuitos como parte de otros circuitos más complejos, convirtiéndolos
previamente con la opción Subcircuito.
Preconstrucción, diseño y ensayos: Con EWB resulta muy sencillo
desarrollar diseños y verificar circuitos antes de construirlos y probarlos
físicamente. Los problemas pueden resolverse previamente en el ordenador
con la ventaja de que más tarde, los circuitos pueden construirse para que
trabajen tal y como estaba previsto.
Presentaciones dinámicas: Tanto los principios de electrónica, de la lógica,
como los circuitos prácticos, pueden demostrarse rápida y fácilmente con
EWB. El programa es capaz de presentar los resultados de la simulación en
los instrumentos de medida, que son similares a los utilizados en los
laboratorios profesionales y esto le confiere un toque de realismo.
Copias impresas: Obtener una copia impresa del esquema, de los
resultados de la simulación, lista de componentes, instrumentos de medida,
etc., es sencillo con EWB.
Desarrollo
Simulando circuitos
electrónicos
en
computadora
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¿Por qué utilizar software de simulación electrónica?
La anterior cuestión tiene varias razones de ser, por lo que influyen varios
factores que nos puede ayudar en una planeación de circuito, además de su
realización ya sea para probarlo o en su defecto saber que señales puede estar
realizando el circuito a observar.
Existen varios programas de simulación por computadora como por ejemplo
Orcad, Multisim, Electronic Workbench, Circuit Maker, Proteus, entre otros;
algunos más especializados como LabView que es un software de National
Instruments el cual sirve para programar en bloques y que es muy útil en la
electrónica o el Pneu Alpha Programming que es un software de Controladores
Lógicos Programables (PLC) pero a diferencia de los otros este tiene una parte
en donde puedes simular la programación que le estás aplicando al PLC.
En este caso como ya se mencionó vamos a ubicarnos en el Electronic
Workbench. Este nombre del software, lo podemos traducir como un Banco
de Trabajo de Electrónica, aunque también lo podemos resumir con sus
iniciales EWB. Éste es un software para poder simular circuitos electrónicos y
podemos encontrar ahí un laboratorio virtual que puede ser básico en su
versión estudiantil o completa en su versión comercial. Ambas versiones
contienen los instrumentos más comunes utilizados en la mayoría de los
laboratorios de diseño electrónico y lógico.
El EWB tiene varias e interesantes ventajas, que en su conjunto reúnen
características similares o prestaciones comparables a las de un laboratorio
físico, en el cual se puede utilizar los diferentes componentes e instrumentos
que propiamente se utilizan para establecer, trazar, plantear, diseñar y en su
momento realizar una verificación o comprobación de los mismos; o también
para verificar reemplazos de los mismos. Dentro de todas las ventajas que
puede proporcionar el software de simulación, es obviamente su gran facilidad
de manejo, pues está hecho a base de ventanas (Windows) y tiene su base en
la interfaz gráfica que ayuda al usuario a trabajarlo más fácil y cómodamente,
además de intuitivo y rápido de trabajar, lo que en un futuro se ahorra tiempo y
dinero. Por razones obvias, la creación del esquema y su simulación precisan
menos tiempo que realizar un montaje real del circuito
Para iniciar a trabajar con este software no nos queda más que acceder desde
el icono que se encuentra en el escritorio o en la carpeta de “Inicio”, aquí queda
aclarar que la versión puede variar, así como los íconos que pueden estar,
vamos a ubicarnos en el siguiente:
E inmediatamente después nos abrirá la ventana de este software, como se
muestra a continuación:
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Entonces habrá que saber como se denomina cada parte, aquí se te indican los
nombres:
Como podrás observar existen varios puntos a tratar, empezaremos con la más
fácil, que es la que aparece muy similar en cualquier programa de Windows, la
Barra de Menús:
Desde esta barra tenemos acceso a todas las acciones que se pueden realizar
con los componentes:
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1) Menú archivo:
Los comandos están relacionados con la gestión de los archivos que
componen los circuitos con la impresión de los mismos. Desde los dichosos
comandos vamos a poder introducir un nuevo archivo de circuito (opción
Nuevo), empezar o continuar uno existente (opción Abrir), así como salvar los
cambios efectuados en un circuito con el mismo nombre o con otro (opciones
Guardar y Guardar Como... respectivamente). Hay que hacer notar que este
programa no puede contener abierto más de un archivo a la vez por lo que si
abrimos o creamos o archivo el actual será cerrado convenientemente. Es
posible también deshacer los cambios antes de salvar un archivo mediante la
opción Retroceder para Guardar.
Adjunto con cada opción del menú se muestra la secuencia de teclas que
directamente ejecutarían el comando sin necesidad de utilizar la barra de
menús.
El comando Imprimir muestra inicialmente una serie de opciones de impresión
que permiten seleccionar la cantidad de información que se quiere enviar la
impresora. De esta forma es posible no sólo imprimir el circuito a simular si no
el estado de la instrumentación, descripciones, etc. El comando Configurar
impresión... inicia el diálogo habitual de Windows para seleccionar los
parámetros de la impresora instalada en el equipo.
Por último, la opción Instalar... permite incorporar módulos adicionales como
por ejemplo el Importador / Exportador para formato SPICE, nuevas bibliotecas
de modelos, etc.
2) Menú editar:
Tiene todas las opciones típicas de Windows para trabajar con el famoso
portapapeles (cortar, copiar, pegar y seleccionar). La opción más interesante
de este menú es la denominada Copiar bits que permite seleccionar un área de
la mesa de trabajo y trasladarla al portapapeles en forma de imagen de bits. Lo
que permitirá usar dicha imagen en casi cualquier programa de tratamiento de
imagen y texto en Windows (Wordpad, Paint, Word, etc...). La selección se
inicia y finaliza pulsando el botón izquierdo del mouse.
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3) Menú circuito y Analysis
Dentro de este menú encontraremos una serie de opciones útiles para la
creación y simulación de nuestros circuitos:
 Activar: Esta opción produce el mismo efecto que el interruptor de inicio
de simulación.
 Parar: Esta opción detiene la simulación en curso.
 Pausa: Para momentáneamente la simulación.
 Zoom: Muestra una vista ampliada de los paneles de los instrumentos o
de los contenidos de los subcircuitos. Estos objetos también pueden ser
abiertos o cerrados pulsando dos veces el ratón.
 Rotar: La mayoría de los componentes pueden ser rotados para lograr la
disposición deseada en el área de trabajo. Cada vez que se selecciona esta
opción se rota 90°, en el sentido de las agujas del reloj, el elemento
seleccionado. El símbolo de tierra no rota. NOTA: Al rotar el semisumador
solamente lo hacen sus terminales.
 Subcircuito: Nos permite combinar diversos componentes en un bloque,
creando nuestro propio circuito integrado. Para ello seleccionaremos los
componentes deseados y escogeremos esta opción. Aparecerá un recuadro de
diálogo que nos pedirá el nombre que deseamos darle y una serie de opciones
que nos darán la posibilidad de eliminarlos de la zona de trabajo (Mover del
circuito), dejarlos intactos (Copiar del circuito), o sustituirlos (Reemplazar en
circuito). El subcircuito se coloca automáticamente entre los componentes con
un símbolo estándar, con los terminales situados en el lugar donde se hallaban
las líneas de conexión en el área seleccionada. En todo momento se puede
editar el contenido del subcircuito haciendo un Zoom (doble click del ratón). Los
subcircuitos pueden utilizarse como un componente más. Para utilizarlos en
futuras sesiones de trabajo deberemos almacenar la librería de componentes
que los contiene, y cargarla cuando se quieran utilizar.
 Color del cable: Nos permite cambiar los colores de las líneas que
conectan los diferentes componentes de nuestro circuito.
 Preferencias: Al seleccionar esta opción nos aparece un cuadro de
diálogo con diversas posibilidades. La opción Mostrar cuadrícula hará que ésta
aparezca en el área de trabajo. Si además seleccionamos la opción Usar
cuadrícula nos permitirá colocar más fácilmente los componentes. La opción
Mostrar rótulos hace que los rótulos asignados a los componentes aparezcan al
lado de éstos. Las otras opciones no son útiles en la simulación digital.
 Restricciones: Esta opción limita el uso de algunas características
específicas del programa, como por ejemplo ocultar subcircuitos, instrumentos
no utilizados, introducción de password, etc.
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Ahora bien dentro de la Barra de Instrumentos puedes encontrar los
siguientes pero para incluirlos en la hoja de trabajo bastará con darles click con
el botón izquierdo del ratón y, sin soltar el botón, arrastrar su icono hasta ella.
Una vez en la zona de trabajo, situando el cursor del ratón sobre ellos y
haciendo un doble click con el botón izquierdo se producirá su
automáticamente una ampliación del mismo.
1) Generador Lógico
La utilidad del instrumento denominado generador lógico es la de suministrar
las combinaciones de valores binarios para introducirlos, durante la fase de
simulación, en las entradas de los circuitos construidos.
Si abrimos su icono, veremos su imagen. En el lado izquierdo encontramos una
tabla, inicialmente llena de ceros, en la que podremos dar entrada a los valores
deseados. El generador tiene capacidad para producir 16 palabras de 8 bits.
Cada fila horizontal representa una palabra o byte. Durante el proceso de
simulación se activará el generador lógico y se enviará la combinación binaria,
almacenada en la fila correspondiente, a los terminales de salida situados en la
parte inferior del instrumento.
Para asignar los valores deseados a las palabras bastará seleccionar con el
ratón el bit que queremos modificar e introducir, mediante el teclado de la
computadora, un “0” o un “1”.
En la parte derecha encontramos una serie de botones y ventanas que al
seleccionarlos con el ratón nos permitirán acceder a las opciones siguientes:
 Cada
uno
de
los
botones
CLEAR/LOAD/SAVE
permiten
respectivamente, colocar a cero todos los bits de las 16 palabras, cargar un
patrón con valores almacenados previamente en un fichero y grabar en un
archivo los valores actuales introducidos en el generador.
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 Cada uno de los botones STEP/BURST/CYCLE te permite entonces
escoger una forma distinta de enviar a las salidas las palabras previamente
cargadas. Una barra horizontal iluminará la próxima palabra que se enviará a
las salidas. Esta barra podrá situarse sobre otra palabra diferente, para ello
pulsaremos sobre el número de palabra correspondiente (0 al 15) situado en la
zona izquierda del generador. Para transmitir las palabras una a una se elige el
botón STEP. Para enviar las 16 palabras de forma consecutiva, empezando por
la siguiente a la que está iluminada, se elige BURST. Eligiendo CYCLE se
enviará, de forma repetitiva, una serie continua de palabras que se detendrá en
el momento que pulsemos CYCLE nuevamente.
 El instrumento ofrece también la posibilidad de establecer el intervalo de
tiempo que permanece cada palabra en sus salidas, dicho tiempo coincide con
la duración de un ciclo de reloj. Por tanto, debemos configurar la frecuencia de
reloj del generador, actuaremos sobre la ventana FRECUENCY para obtener el
valor apropiado. El rango de valores admitidos puede variar entre 1 Hz y 999
MHz.
 Un tercer grupo de botones (TRIGGER) permite escoger el método de
disparo o activación de las salidas de modo que se produzca de forma
sincronizada con uno de los dos flancos (subida o bajada) de una señal de
reloj. Dicha señal puede ser generada, que puede ser por el propio instrumento
(INTERNAL), o mediante algún dispositivo externo (EXTERNAL), en cuyo caso
el generador deberá recibir la señal de sincronismo por la entrada que dispone
a tal efecto. Normalmente se escoge la opción INTERNAL.
 Por último, cabe mencionar que cuenta con una salida CLK que nos
permitirá, cuando sea necesario, utilizar la señal de reloj generada
internamente para la sincronización de otros dispositivos o componentes
externos empleados en un circuito.
2) Analizador lógico
El analizador lógico, es el instrumento que nos va a permitir visualizar los
niveles lógicos existentes en determinados puntos de un circuito. Puede
mostrar la representación temporal de hasta ocho señales simultáneamente.
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En la zona cuadriculada (imita una pantalla), se representarán los niveles
lógicos de las señales recibidas por los diferentes canales de entrada situados
en su parte inferior. Cada una de las entradas se corresponde con una fila
horizontal de la pantalla. Cuando se activa el circuito, los niveles lógicos de las
señales recibidas en los canales de entrada, se reproducen en forma de ondas
cuadradas. Junto a estas entradas se encuentra una pequeña ventana que nos
muestra un valor hexadecimal que se corresponde con los valores adoptados
por las ocho entradas en un determinado intervalo de tiempo.
En la parte derecha encontramos una serie de botones y ventanas que al
seleccionarlos con el ratón nos permitirán acceder a las opciones siguientes:
 El primer botón que encontramos CLEAR realiza el borrado de la
pantalla del analizador lógico.
 A continuación tenemos un grupo de botones (TRIGGER) que nos
permitirán seleccionar si el analizador se disparará cuando aparezca el primer
flanco (de subida o de bajada) ya sea en alguno de sus canales de entrada,
opción BURST; o producido en una señal externa opción EXTERNAL. La
opción PATTERN permite especificar un patrón de ocho bits en el recuadro
situado bajo el botón, de manera que en cuanto aparezca en las entradas la
combinación especificada el analizador comenzará a visualizar los valores. La
opción por defecto es BURST y habitualmente será la que se debe emplear.
 Podremos seleccionar la escala de visualización que resulte más
apropiada en cada caso. Para ello escogeremos una de las tres posibilidades
que nos ofrece la ventana TIME BASE (Base de Tiempo).
3) Analizador/Conversor de circuitos
Este elemento nos va a permitir realizar diferentes transformaciones en la
forma de representar un circuito: con puertas lógicas, mediante tablas de
verdad y por medio de una expresión algebraica. No se trata de un instrumento
que podamos encontrar en un laboratorio real, pero esta herramienta que es
simulada, será de gran utilidad tanto para el diseño como en el análisis de
circuitos digitales.
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En su mitad izquierda dispone de una ventana donde se representarán las
tablas de verdad, en la otra mitad se encuentran una serie de botones que
ofrecen una gama de posibilidades que a continuación se menciona.
 Generación de una tabla de verdad a partir del circuito. Para ello
se conectan las salidas (A,B,C,...,F) necesarias del analizador a las
entradas del circuito y la salida del circuito a la entrada (OUT) del
analizador. A continuación se seleccionan en el analizador la opción
"circuito a tabla de verdad" y nos enseñará la tabla de verdad del
circuito.
 Transformación de una tabla de verdad. Se puede introducir en el
analizador/conversor una tabla de verdad de hasta ocho variables
simplemente pulsando el botón izquierdo del ratón sobre los canales de
entrada necesarios, aparecerá la tabla con todas las combinaciones que
puedan ser posibles. Después se colocan los 0 y 1 correspondientes a
cada una de dichas combinaciones. Hecho esto disponemos de la tabla
de verdad correspondiente y se puede seleccionar la opción "tabla de
verdad a expresión algebraica" o en su defecto "tabla de verdad a
expresión algebraica simplificada", con lo que se obtiene
respectivamente la expresión algebraica completa o también llamada la
forma canónica
y la simplificada. Dichas expresiones se mostrarán en el recuadro
situado en la zona inferior del instrumento.
EWB usa el método de Quine-McCluskey para la simplificación. Esta
técnica asegura la simplificación para sistemas con más entradas de las
que pueden ser tratados de forma manual mediante los mapas de
Karnaugh.
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 Transformación de una expresión algebraica. También existe la
posibilidad de introducir una expresión algebraica, en el recuadro que se
menciona, y a partir de ella realizar varias transformaciones. En este
caso tenemos tres opciones: "Expresión algebraica a tabla de verdad",
"Expresión algebraica a circuito lógico" y "Expresión algebraica a circuito
lógico con solo puertas NAND", obteniéndose la salida deseada en cada
caso.
En el caso de seleccionar alguna de las opciones que implican la
generación automática de un circuito, éste aparecerá representado en el
área de trabajo y con el ratón podremos desplazarlo a lo zona que sea
de tu interés, al pulsar el botón izquierdo el circuito quedará fijado.
4) Multímetro. El multímetro simulado por EWB mide voltaje y corriente,
tanto en alterna como en continua, así como resistencia y atenuación en
decibelios. En la simulación digital, el multímetro representado en la
siguiente imagen:
Este dispositivo puede trabajar únicamente como voltímetro en corriente
continua, o también podemos utilizarlo para determinar el nivel a que se
halla cualquier punto del circuito. Los "1" lógicos se identifican como +5 V y
los "0" lógicos como 0 V.
El multímetro es de autorango, es decir, no se requiere especificar el rango
de medición, como en un multímetro de un laboratorio físico.
Las diferentes selecciones que contiene el multímetro son:
a) A (medida de la corriente) Si seleccionas esta opción lo vas a poder
utilizar como amperímetro. A continuación se inserta el amperímetro en
serie con el circuito en el punto donde desee medir la corriente que circula.
Si se desea medir corriente en otro punto del circuito, el dispositivo debe
conectar de nuevo en serie y ser activado otra vez. La resistencia interna
del amperímetro está ajustada a un valor muy bajo (1 mΩ), aunque puede
cambiarse mediante el botón Settings del multímetro.
b) V (medida del voltaje). Si seleccionas esta opción, entonces estás
utilizando a este dispositivo para medir volts para medir el voltaje entre dos
puntos de prueba del circuito. Para poder usarlo se conectan los dos cables
del voltímetro a los conectores en paralelo con (a cada lado de) la carga
que desee medir. La resistencia interna del voltímetro está ajustada a un
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valor muy elevado (1 MΩ), aunque puede cambiarse mediante el botón
Settings del multímetro. Después de que el circuito haya sido activado, los
cables del multímetro pueden moverse para medir voltaje en otros puntos
del circuito.
c) dB (medida de la atenuación en decibelios). Cuando se configure el
multímetro en dB, se podrá emplear para medir la atenuación en decibelios
existente entre dos puntos de un circuito. La atenuación o pérdida en
decibelios se calcula mediante:
dB = 20 * log10 (V1 - V2/estándar de decibelio)
La base estándar para el cálculo de dB está configurada a 1 V. Se puede
modificar mediante el botón Settings.
Los modos de funcionamiento del multímetro son:
a) AC (modo de alterna). Seleccionar el símbolo de la onda senoidal en el
multímetro para medir el valor RMS del voltaje o corriente de una señal
alterna. Cualquier componente continua de la señal es eliminada, de modo
que sólo la componente alterna es medida.
b) DC (modo de continua). Seleccionar el símbolo de onda plana para medir
los valores de corriente o tensión de una señal de continua. Cualquier
componente alterna de la señal es eliminada, de modo que sólo la
componente continua es medida.
Los ajustes del multímetro son:
a) Settings Utilizar el botón Settings del multímetro para ajustar la
resistencia interna del voltímetro y del amperímetro, la corriente interna del
óhmetro y el estándar de decibelio. Estos valores internos están
configurados para simular medidas como un multímetro real. Los valores
están cerca de los ideales, de modo que los aparatos de medida tienen un
efecto despreciable sobre el circuito que está siendo comprobado.
Obviamente no es recomendable utilizar una resistencia del voltímetro
extremadamente alta en un circuito de baja resistencia, o una resistencia
extremadamente baja del amperímetro en un circuito de elevada
resistencia. Una diferencia extrema puede dar lugar a un resultado con
errores matemáticos de redondeo durante la simulación.
5) El generador de señales. Es un instrumento que produce o genera
señales u ondas sinusoidales, triangulares y cuadradas. Se puede
ajustar la frecuencia, el ciclo útil, la amplitud y el offset de continua de
las señales.
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A continuación se muestra el ajuste de los controles del generador de
funciones.
a) Tipo de onda: Seleccionar el tipo de onda de salida que desee, activando el
botón de onda senoidal, triangular o cuadrada. Se pueden modificar los tipos
de onda triangular y cuadrada cambiando el ciclo útil.
b) Ciclo Útil: El ajuste del ciclo útil afecta a la forma de las ondas cuadrada y
triangular. Se puede ajustar el ciclo útil desde el 1% al 99% .
* En ondas cuadradas, el ajuste del ciclo útil controla la proporción del
ciclo en que están a nivel alto. Un 50% de ciclo útil produce ondas cuadradas
con semiperiodos iguales.
* En ondas triangulares, el ajuste controla la pendiente por
desplazamiento del punto del ciclo donde se producen los picos de onda. Las
ondas triangulares con un 50% de ciclo útil tienen iguales pendientes de subida
y de bajada.
* La onda senoidal no está afectada por el ciclo útil.
c) Frecuencia: La frecuencia del Generador de señales determina el número de
ciclos que se generan por segundo. Puede ajustar la frecuencia de 1Hz a 999
MHz.
d) Amplitud: El ajuste de la amplitud controla la tensión de la señal, medida
desde su nivel de CC hasta su pico. Si las tomas de salida están conectadas a
COM y a + o -, el valor pico a pico de la onda es igual al doble de su amplitud.
Si la salida se toma desde + y -, el valor de pico a pico es cuatro veces el valor
de su amplitud. El ajuste de la amplitud es el valor de pico de una señal,
mientras que el ajuste de las señales alternas es el valor RMS.
e) Offset: El ajuste del offset controla el nivel de continua sobre el cual varía la
señal alterna. En offset 0 (cero) las posiciones del tipo de onda están a lo largo
del eje X del osciloscopio (siempre y cuando su Y POS esté ajustado también a
0). Se puede ajustar el offset desde -999 kV a 999 kV. (El ajuste de las
unidades de la amplitud determina el ajuste de las unidades de offset.)
f) Terminales:
“+”: El terminal positivo proporciona una señal con la
amplitud seleccionada en el
sentido
positivo
del
terminal neutro COM.
30
“COM”:El terminal COM ("común") proporciona un nivel de
referencia de la señal.
Si se conecta a COM con tierra
para un nivel 0.
“-“: El terminal negativo proporciona una señal con la
amplitud elegida en el sentido positivo del terminal neutro
COM.
6) El osciloscopio. Es un instrumento de dos canales que te va a permitir
ver y medir la forma de onda en voltajes de pico a pico.
Posee dos terminales de entrada, canal A y canal B, de forma que dos señales
diferentes pueden visualizarse de forma simultánea. Se puede ajustar para
obtener una gráfica de una señal respecto al tiempo o bien, puede comparar
las dos formas de onda.
Los controles del osciloscopio son:
a) Especificación de los ejes: Y/T, A/B, B/A. Los ejes pueden conmutarse,
como por ejemplo para mostrar magnitud en función del tiempo (Y/T), o para
mostrar la magnitud de la onda de uno de los canales en función del otro (A/B o
B/A). En la primera opción, el eje X representa al tiempo y el eje Y representa
voltios por división. En la segunda opción, ambos ejes representan voltios por
división. Por ejemplo, si está comparando la entrada del canal A con la del
canal B (A/B), la escala del eje X está determinada por el ajuste de los voltiospor-división (V/Div) del canal B, y viceversa.
b) Ajustes de escala:
* BASE DE TIEMPOS: El ajuste de la base de tiempos controla la
escala horizontal o eje x cuando se comparan magnitudes en función del
tiempo (Y/T). El valor de cada división horizontal puede estar en un
rango comprendido entre 0.1 ns y 0.5 s. Para obtener una pantalla
legible, se debe ajustar la base de tiempos en proporción inversa a la
frecuencia configurada en el generador de funciones. Por ejemplo, si se
desea visualizar un ciclo de una señal de 1 kHz, se debe ajustar la base
de tiempos a 0.1 ms, o por señalar otro ejemplo, un ciclo de 10 kHz
requiere una base de tiempos de 0.01 ms.
31
* V/DIV: El ajuste de los voltios-por-división (V/Div) determina la
escala del eje Y. También controla la escala del eje X comparando A/B o
B/A. Se pueden ajustar los valores en un rango comprendido entre 0.01
mV/Div y 5.0 kV/Div. Cada canal puede ser controlado de forma
separada. Para obtener una visualización legible, se ajusta la escala en
relación con el voltaje previsto de los canales. Una señal de entrada de
CA de 3 voltios llena la pantalla del osciloscopio verticalmente si el eje Y
se ajusta a 1 V/Div.
c) Especificación del origen de coordenadas:
* X POS: El ajuste de X POS ("posición del eje x") determina el
punto de inicio de la señal sobre el eje x. Cuando X POS es 0, la señal
se inicia en la parte izquierda de la pantalla del osciloscopio. Un valor
positivo desplaza el origen hacia la derecha. Un valor negativo lo
desplaza hacia la izquierda.
* Y POS: El ajuste de Y POS ("posición Y") controla el origen del
eje Y. Si Y POS está a 0, el origen es la intersección con el eje X. Su
valor puede ser ajustado desde -3.00 a 3.00. Un valor de 1.50, por
ejemplo, desplaza el origen a la mitad de camino entre el eje X y la parte
superior de la pantalla del osciloscopio. Si por ejemplo se quieren
separar las ondas de los canales A y B para compararlas o distinguirlas,
se debe ajustar el valor de Y POS para uno o ambos canales.
d) Acoplamiento del osciloscopio: AC, 0 o DC. Se puede especificar un
acoplamiento de entrada distinto para cada canal usando los botones AC, O o
DC.
* Seleccionar el acoplamiento AC para mostrar sólo la
componente alterna de la señal.
* Seleccionar el acoplamiento DC para mostrar sólo la
componente continua de la señal.
* Seleccionar 0 para visualizar una línea plana de referencia en el
origen ajustado por Y POS.
e) Disparo. El ajuste del disparo determina cuando se visualiza la onda. Si no
se logra ver ninguna onda en el osciloscopio, se debe cambiar el disparo a
Auto. Los botones de flanco determinan si la onda debe comenzar en su flanco
ascendente (pendiente positiva) o flanco descendente (pendiente negativa). El
nivel de disparo es el punto del eje Y del osciloscopio que debe ser cruzado por
la señal de disparo antes de que se visualice.
Los botones Auto, A, B y EXT determinan la señal que produce el disparo.
Utilizar Auto si se desea que las ondas se visualicen lo mejor posible o si se
presenta una onda plana. Pulsar sobre A o B para utilizar la señal de este
canal. Pulsar sobre EXT para utilizar un disparo externo. (Si se está usando un
32
disparo externo, conéctese al terminal derecho inferior del icono del
osciloscopio.)
f) Tierra. Como punto de referencia, el osciloscopio asume que es la tierra. No
necesita la masa del osciloscopio para obtener una lectura correcta. No
obstante, cuando use el osciloscopio, el circuito debe ponerse a tierra.
g) Ampliación del osciloscopio (Zoom). El botón Zoom expande la pantalla
gráfica del osciloscopio, moviendo los controles hasta la parte inferior de la
pantalla. Se pueden obtener lecturas exactas en el trazado, arrastrando los
ejes hasta la posición deseada. Las cajas situadas debajo de la pantalla
muestran el tiempo y variación de la posición del primer eje, del segundo eje y
la diferencia entre las dos posiciones.
Si se desea imprimir el trazo del osciloscopio después de haberlo ampliado,
elija "Trazar X-Y" desde la caja de diálogo de Imprimir. Se puede observar que
en la copia está impresa OFFSET = YPOS * (V/DIV) para cada canal. Se
pueden ajustar los controles del osciloscopio mientras el circuito está activado.
Si la simulación es aún válida, se pueden desplazar sus sondas a otros puntos
del circuito. En ambos casos, la pantalla del osciloscopio se redibuja
automáticamente. Si se necesita tiempo para analizar las formas de onda del
osciloscopio, podemos activar Pausa después de cada pantalla en la caja de
diálogo de Opciones de Análisis.
7) El trazador de diagramas de Bode. El trazador de Bode se emplea para
analizar la respuesta en frecuencia de un circuito. Es capaz de medir
tanto la relación entre magnitudes (ganancia de voltaje en decibelios)
como el desfase (en grados).
El trazador de Bode genera su propio espectro de frecuencia. La frecuencia de
cualquier fuente de alterna en el circuito es ignorada, pero el circuito debe
incluir una fuente de alterna.
Se debe conectar los terminales In y Out del trazador de Bode a los puntos del
circuito en los que desea medir Vin y Vout. El ajuste de los controles del
trazador de Bode son:
a) Modo, Magnitud o Fase: Seleccionar Magnitud o Fase para especificar si se
quiere que el Trazador de Bode represente la relación de magnitudes entre dos
puntos de prueba (ganancia de voltaje, en decibelios) o el desfase (en grados),
con respecto a la frecuencia (en hertzios).
33
b) Base Logarítmica o lineal: Seleccionar Log o Lin para indicar si se quiere que
los ejes vertical y horizontal empleen una escala logarítmica (base 10) o lineal
(base 1). Una base logarítmica se usa, generalmente, cuando se está
analizando la respuesta de un circuito en una amplia gama de frecuencias. (La
gráfica sólo se considera un trazado de Bode cuando se emplea una escala
logarítmica.)
c) Especificación de la escala del eje vertical. Configurar el punto de comienzo
Y final de la escala del eje vertical del trazador de Bode ajustando sus valores
F (final) e I (inicial). Cuando se mide magnitud (ganancia), el eje vertical
representa la relación entre las tensiones de salida y de entrada (Vout/Vin).
Para una base logarítmica, las unidades son decibelios. Para una base lineal,
representa un simple relación. Cuando se mide el desfase, las unidades
siempre son grados.
d) Especificación del eje horizontal. El eje horizontal del Trazador de Bode
siempre representa frecuencia. Se pueden ajustar los puntos de comienzo y
final mediante los valores de F (final) e I (inicial).
e) Tomando lecturas.
Activar el circuito para obtener una gráfica. A
continuación, se desplazan los ejes del Trazador de Bode para obtener una
lectura de la frecuencia Y magnitud o fase en cualquier punto de la gráfica. Hay
dos formas de desplazar el cursor:
* Pulsando sobre las flechas situadas en la parte inferior del Trazador de
Bode.
* Desplazando el cursor desde la zona izquierda de la pantalla del
Trazador de Bode, hasta situarlo en el punto de la gráfica cuyas medidas desee
obtener.
El valor de la intersección del cursor y el gráfico aparece en el botón situado en
la esquina derecha del Trazador de Bode.
Todo lo anterior se ubica dentro de la Barra de Instrumentos, ahora bien, como
se vio en el segundo dibujo, también tenemos el botón de Interruptor; éste se
ubica en la parte superior derecha de la ventana principal. La simulación se
llevará a cabo durante el período que hayamos seleccionado mediante la
opciones que ofrece el generador lógico.
Haciendo clic con el ratón se conecta. Cuando está funcionado se muestra en
un cuadro de texto el tiempo transcurrido.
34
Barra de en donde se ubican los componentes. Todos los componentes
disponibles se hallan agrupados en distintas librerías. Al seleccionar una
librería, aparecerán todos los componentes que contiene en una ventana
situada a la izquierda del área de trabajo.
Componentes particularizados (Subcircuitos).
subcircuitos que hayamos ido creando.
Aquí se encuentran los
Indicadores.
Aquí encontraremos diferentes elementos útiles para la
visualización de valores en cualquier punto de un circuito.
y aparecerá de esta forma en la pantalla:
35
Compuertas. Contiene compuertas lógicas individuales de dos entradas así
como distintos circuitos integrados comerciales que las incluyen.
Estas compuertas serán:
Combinacional. Incluye un semisumador y un sumador así como distintos
sistemas combinacionales integrados como componentes comerciales.
Los combinacionales son:
36
Secuencial. Aquí se incluyen tanto biestables individuales como distintos
sistemas secuenciales integrados como componentes comerciales.
Los secuenciales son:
Circuitos Integrados. Contiene todos circuitos integrados comerciales incluidos
en las demás librerías, pero en este caso, ordenados según su referencia
comercial.
Y por último tenemos a los circuitos integrados:
37
Componentes pasivos
Entre otros, incluye los símbolos correspondientes a la alimentación y los
puntos de conexión. Los elementos +5V y masa sirven para establecer niveles
lógicos (1 ó 0) fijos en puntos del circuito y para alimentar los circuitos
integrados. Los puntos de conexión sirven para unir entre sí cables o crear
puntos de prueba en el circuito.
Los componentes de esta librería son:
Se nota que hay una barra de desplazamiento en la parte izquierda, si la
mueves hacia abajo, puedes ver los demás dispositivos
38
Componentes activos. Incluye varios tipos: diodos, transistores bipolares y
circuitos operacionales.
Transistores de Efecto de Campo (FET). Incluye varias familias de esta clase
de transistores: los de unión o JFET y los tipo MOSFET de deflexión o
acumulación.
Los componentes de esta librería son:
39
Componentes de control. Este banco incluye componentes capaces de actuar
según determinados valores de tensión o corriente. Así tendremos relés,
interruptores y fuentes de alimentación controladas.
Los componentes de esta librería son:
40
Componentes híbridos. Aquí vemos distintos circuitos de uso frecuente en
sistemas digitales. Convertidores Analógico-Digital (ADC) y
DigitalAnalógico (DAC), multivibradores monoestables y temporizadores de uso
extendido.
Los subcircuitos
Los subcircuitos son circuitos encapsulados dentro de una caja negra y que
son creados por el usuario. Son muy útiles cuando el diseño del circuito a
simular es muy grande o cuando una parte del circuito se utiliza muchas veces.
Para crear un subcircuito debemos dotarlo de terminales de conexión al
exterior.
A continuación debemos seleccionar todos los componentes que queremos
que formen parte del subcircuito sin incluir los terminales de conexión, una vez
seleccionados elegimos la opción Subcircuito del menú Circuito donde le
damos un nombre.
El subcircuito estará disponible en el banco de componentes personalizados
del simulador, tras lo cual el circuito original quedará: intacto (opción Copiar),
borrado (opción mover) o reemplazado por el subcircuito (opción reemplazar).
41
Ejercicio 1: Cuestionario
1.- Menciona tres nombres de software utilizado para simulación electrónica.
2.- Anota dos actividades que se simplifican con el uso del EWB.
3.- ¿En qué parte de la pantalla se encuentran los instrumentos que pueden ser
utilizados como multímetro, osciloscopio, generador, etc.
4.- Anota 5 elementos contenidos en la barra de bancos de componentes
correspondientes cada uno de los siguientes iconos:
5.- ¿Qué debes de hacer para utilizar cualquier elemento o instrumento en el
área de trabajo?
6.-¿Qué procedimiento se sigue para la conexión de componentes?
7.- ¿Qué opción debes elegir para rotular o etiquetar un elemento?
8.- ¿Qué función tiene y cuándo se utiliza este botón
42
?
Practica 1: Simulación de circuitos en computadora
a).- Simulación de rectificador de media onda
El siguiente circuito muestra un rectificador de media onda el cual deberás
construir en el área de trabajo del Electronic Work Bench, de acuerdo al
siguiente procedimiento.
1.- Construye el siguiente circuito correspondiente al rectificador de media onda
en el área de trabajo.
2.- Conecta el osciloscopio para observar la forma de onda del voltaje y anota
la forma observada en el siguiente cuadro.
3.- Construye el siguiente circuito correspondiente al rectificador de media onda
en el área de trabajo.
43
4.- Conecta el osciloscopio para observar la forma de onda del voltaje y anota
la forma observada en el siguiente cuadro.
5.- Anota tus observaciones acerca de los cambios observados entre los dos
circuitos y sus formas de onda.
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
B).- Simulación de rectificador onda completa.
El siguiente circuito muestra un rectificador de onda completa el cual deberás
construir en el área de trabajo del Electronic Work Bench, de acuerdo al
siguiente procedimiento.
1.- Construye el siguiente circuito en el área de trabajo.
44
2.- Conecta el osciloscopio para observar la forma de onda del voltaje en la
resistencia y anota la forma observada en el siguiente cuadro.
3.- Completa el circuito del punto 1, agregando el capacitor como se muestra
en el siguiente circuito.
4.- Conecta el osciloscopio para observar la forma de onda del voltaje en la
resistencia en los puntos A y B, y anota la forma observada en el siguiente
cuadro.
5.- Anota las diferencias observadas respecto al comportamiento de la forma
de onda de los dos circuitos.
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
______________________________________________________________
45
C).- Electronic Work Bench como auxiliar de dibujo.
En la elaboración de reportes y trabajos electrónicos de calidad el software de
simulación es un auxiliar que te permite copiar el circuito que realizas en el
área de trabajo y pegarlo en un documento de texto, dibujo, presentación etc.,
esto te permite ahorrar tiempo y mejorar la presentación de tu trabajo.
En éste ejercicio tienes la oportunidad de aplicar esta herramienta de
acuerdo a los pasos siguientes.
1.- Construye los siguientes circuitos en el área de trabajo.
C1
0.01uF
R2
12K
2V
V2
+12V
U1
UA741
0V
.IC
R3
12k
.IC
+
A
D1
1N914
C2
0.01uf
D2
1N914
R5
12k
V1
-12V
R1
50k 60%
R4
12k
+10V
0V
1k
1k
200pF
10V
200pF
.NS
.NS
A
B
39k
39k
10k
10k
2N3904
390k 390k
1N914
-10V
200pF 200pF
0/10V
10kHz
46
2N3904
1N914
2. Construye en un procesador de texto el formato en donde se incluirán los
circuitos en el área marcada.
COLEGIO DE ESTUDIOS Y TECNOLOGICOS DEL ESTADO DE
_________
PLANTEL _________
MODULO 2 SUBMODULO1
Ejercicio 3: Electronic Work Bench como auxiliar de dibujo
CIRCUITO 1
Pega aquí circuito1
CIRCUITO
2
Pega
aquí circuito
2
Lugar y fecha__________
47
Guía de observación
Indicaciones: En el presente formato se presentan dos columnas, en la izquierda están escritos
los criterios de desempeño y en la derecha el resultado.
Nombre del alumno(a):
Carrera: Técnico en Electrónica
Modulo II: Mantenimiento Electrónico
Submódulo I: Reparar equipo de audio.
Fecha de la Observación:
Criterios de desempeño
Resultado
No
Si
1.- Mantuvo limpia su área de trabajo
2.- Preparó el programa de simulación electrónica
3.- Colocó los circuitos en el área de trabajo del software en base al diagrama
4.- Realizó las conexiones en el área de trabajo del software
5.- Utilizó los instrumentos apropiados para realizar pruebas en el circuito
6.- Midió en los puntos acordes al diagrama entregado (responsabilidad)
7.- Realizó la impresión del diagrama
8.- Realizó la impresión de las mediciones
9.- El circuito funcionó.
10.- Llevo un registro de cada medición indicada
11.- La actividad la realizó en orden
Recursos materiales de apoyo

Herramienta básica para electrónica: Computadora, simulador instalado
en el computadora.
Comentarios para el maestro:
Las actividades, ejercicios y prácticas que se muestran en esta guía son
sugeridos, el maestro tiene la libertad de complementar las prácticas que
considere necesarias bajo su criterio
48
Desarrollo
¿Qué elementos
contiene el equipo de
audio?
Para poder realizar mejor la reparación de los equipos de audio es necesario
conocer las partes que lo componen y los equipos de medición que
utilizaremos al momento de realizar el trabajo, entre las cuales están las
siguientes:
Componentes electrónicos: resistencias, condensadores, inductores,
transformadores, interruptores, opto acopladores, termistores, diodos,
transistores, circuitos integrados, etc.
Accesorios: cables, conectores, micas, aislantes, pasta térmica, fundente,
termoencogible, disipadores, identificadores, etc.
Herramientas: juegos de destornilladores de varias clases, llaves
hexagonales, llaves allen, llaves torx, lupas, escarbadores, bisturí, soldador
cautín, succionador de estaño, soldadura de estaño, etc.
Instrumentos
de
medición:
osciloscopio,
multímetro,
frecuencímetro, capacímetro, analizador de espectro, etc.
watímetro,
Instrumental: generador de patrones de video, generador de señales, fuentes
de alimentación, trazador de señales, inyector de señales, etc.
49
Fuente de
Voltaje
Una de las partes principales de los equipos
son la fuente que alimenta el circuito, pero
¿Cómo funciona y de que se compone una
fuente de voltaje?
Principalmente la fuente de alimentación se
compone de tres elementos fundamentales
los cuales son:
1 78L05 2
Vm = 15
+
+
IN OUT
COM
250uF
C2
.01uF
Vo = 5 V
3
120 V
EL DIODO COMO RECTIFICADOR
Rectificador de media onda
La corriente y voltaje que las compañías distribuyen a nuestras casas,
comercios u otros es alterna. Para que los artefactos electrónicos que allí
tenemos puedan funcionar adecuadamente, la corriente alterna debe de
convertirse en corriente continua.
Para realizar esta operación se utilizan diodos semiconductores que conforman
circuitos rectificadores. Inicialmente se reduce el voltaje de la red (110 / 220
voltios u otro) a uno más bajo como 12 o 15 Voltios con ayuda de un
transformador. La tensión en el secundario del transformador es alterna, y
tendrá un semiciclo positivo y uno negativo. A la salida del transformador se
pone el circuito rectificador, el cual puede ser de media onda o de onda
completa.
El rectificador de media onda esta compuesto solo por un diodo. Suponiendo
que el diodo es ideal la mitad positiva del ciclo de la tensión de la fuente
polarizara el diodo en directa y aparecerá a través de la resistencia de carga.
En la mitad negativa del ciclo el diodo estará polarizado en inversa. En este
caso el diodo ideal aparecerá como un interruptor abierto y no hay tensión en la
resistencia de carga.
50
En un rectificador de media onda el diodo esta conduciendo durante las
mitades positivas de los ciclos pero no esta conduciendo durante las mitades
negativas. A causa de esto el circuito recorta las mitades negativas de los
ciclos. Denominamos a una forma de onda como esta una señal de media
onda. Esta tensión de media onda produce una corriente por la carga en forma
unidireccional. Esto significa que solo circula por una dirección.
Una señal de media onda es una tensión continua pulsante que se incrementa
a un máximo, decrece a cero y después permanece en cero durante la mitad
negativa del ciclo.
Polarización del diodo en
sentido directo
Durante el semiciclo positivo
el diodo queda polarizado en
directo, permitiendo el paso
de la corriente a través de él.
Si el diodo es considerado
como
ideal,
este
se
comporta
como
un
cortocircuito, entonces toda
la tensión del secundario
aparecerá en la resistencia
de carga.
Polarización del diodo en sentido
inverso
Durante el semiciclo negativo, la
corriente
suministrada
por
el
transformador querrá circular en sentido
opuesto a la flecha del diodo. Si el
diodo es considerado ideal entonces
este actúa como un circuito abierto y no
habrá flujo de corriente.
La forma de onda de salida de un rectificador de media onda será como se
muestra en el siguiente diagrama.
Señal de entrada al diodo
Señal de salida después del diodo
51
Rectificador de onda completa.
El rectificador de onda completa con dos diodos es equivalente a dos
rectificadores de media onda. Cada una de estos rectificadores tiene una
tensión de entrada igual a la mitad de la tensión del transformador del
devanado secundario. El diodo 1 conduce durante el semiciclo positivo y el
diodo 2 conduce durante el semiciclo negativo.
D11N4001
TR1
N2
R1 1k
N2
N1
N3
N1
N3
D21N4001
R1 1k
TR1
Semiciclo positivo D1 conduce Semiciclo negativo D2 conduce
Como resultado la corriente por la carga rectificada circula durante ambos
semiciclos. La tensión en la carga tiene la misma polaridad y la corriente por la
carga circula en la misma dirección. Ambos ciclos del voltaje de entrada son
aprovechados y el voltaje de salida se verá como en el siguiente gráfico
D1
D2
D1
D2
D1
Durante el ciclo completo la tensión en la
carga tiene la misma polaridad y la corriente
por la carga circula en la misma dirección.
Este tipo de rectificador necesita un
transformador con derivación central. La
derivación central es una conexión adicional
en
el
bobinado
secundario
del
transformador, que divide la tensión
(voltaje) en este bobinado en dos voltajes
iguales. Esta conexión adicional se pone a tierra. La forma de onda de salida
de un rectificador de onda completa se muestra en el siguiente diagrama.
Señal de entrada
Al rectificador
Señal de Salida
del rectificador
52
Este circuito se denomina rectificador de onda completa por que ha
cambiado la tensión alterna entrada a una tensión de salida pulsante continua.
Rectificador de onda completa.
Para realizar esta operación se utilizan diodos semiconductores que conforman
circuitos rectificadores. La tensión en el secundario del transformador es
alterna, y tendrá un semiciclo positivo y uno negativo. A la salida del
transformador se pone el circuito rectificador, el cual puede ser de media onda
o de onda completa y este a su vez pueden ser construidos por dos o cuatro
diodos rectificadores. Los fabricantes han incluido dentro de una misma
cápsula cuatro diodos rectificadores con montaje llamado "en puente" o
“Puente de Diodos”
Símbolo eléctrico de un puente de diodos
Observamos en el símbolo dos terminales de entrada de corriente alterna y dos
de salida de corriente continua. Los terminales del puente rectificador pueden
cambiar, dependiendo del fabricante. Vemos que pueden tener distintos
aspectos, que dependen sobre todo de la potencia que sea necesaria en el
circuito al que van destinados.
En la figura siguiente podemos ver un rectificador de onda completa en puente:
Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseño elimina la necesidad de la
conexión intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar
dicha conexión es que la tensión en la carga rectificada es el doble que la que
se obtendría con el rectificador de onda completa con 2 diodos.
Un puente rectificador es
similar a un rectificador de
onda
completa
porque
produce una tensión de salida
de onda completa. Los diodos
D1 y D3 conducen en la mitad
positiva del ciclo, mientras
que D2 y D4 conducen en la
mitad negativa del ciclo.
Como resultado, la corriente por la carga rectificada circula durante ambas
mitades de los ciclos y durante ambas mitades de los ciclos, la tensión en la
carga tiene la misma polaridad y la corriente por la carga circula en la misma
dirección. El circuito ha cambiado la tensión de entrada alterna por una tensión
de salida continua.
53
La ventaja de este tipo de rectificación de onda completa sobre la versión con
conexión central (de dos diodos), es que en el puente rectificador la tensión del
secundario se usa en su totalidad.
La forma de onda de salida de un rectificador de onda completa se muestra en
el siguiente diagrama.
Señal de entrada al puente de diodos Señal de salida del puente de diodos
Este circuito se denomina rectificador de onda completa por que ha
cambiado la tensión alterna entrada a una tensión de salida pulsante continua.
Formas físicas de los puentes rectificadores de onda completa
Diodo Zener:
El símbolo del diodo Zener es:
La curva característica del diodo zener se muestra en la siguiente figura:
54
El uso del diodo Zener se da cuando este trabaja en la zona de característica inversa y, en
particular, en la zona del punto de ruptura de su característica inversa
Esta tensión de ruptura (Vz = voltaje zener) depende de las características de
construcción del diodo, se fabrican desde 2 a 200 voltios. Polarizado en directa
actúa como un diodo normal y por tanto no se utiliza en dicho estado.
El análisis de las redes que emplean los diodos Zener es muy similar a aquel
que se aplicó al análisis de los diodos semiconductores. En primer lugar, el
estado del diodo debe determinarse seguido por una sustitución del modelo
apropiado y una determinación de las demás cantidades desconocidas de la red.
A menos que otra cosa se especifique, el modelo Zener a emplearse en el
estado "encendido" será como el que muestra la siguiente figura:
+
+
V
V
Encendi
Para el estado "apagado" como lo define un voltaje menor que VZ pero mayor
que 0 V con la polaridad indicada en la siguiente figura, el equivalente del Zener
es el circuito abierto que aparece en la misma figura:
V
Apagado
Vi y R fijas
Vz > V
Las redes más simples con diodo Zener aparecen en la siguiente figura:
55
El voltaje de CD aplicado es fijo, como lo es la resistencia de carga. El análisis
puede fundamentalmente dividirse en dos etapas.
Reguladores de voltaje
Los reguladores de voltaje comprenden una clase de CIs ampliamente
utilizados. Los reguladores de CI contienen los circuitos de la fuente de
referencia, el amplificador comparador, el dispositivo de control y la protección
contra la sobrecarga, todo en un CI. A pesar de que la construcción interna de
un CI es un tanto distinta de la descrita para los circuitos reguladores de voltaje
discretos, la operación externa es muy similar. Las unidades de CI ofrecen la
regulación de un voltaje fijo positivo o negativo o de un voltaje ajustable.
Es posible construir una fuente de alimentación mediante un transformador
conectado a la línea de suministro de CA para llevar el voltaje de CA a la
amplitud deseada, luego se rectificará este voltaje de ac, opcionalmente se le
filtrará mediante un capacitor y un filtro RC y finalmente se regulará el voltaje
de CD por medio de un CI regulador. Es posible seleccionar los reguladores
para operar con corrientes de carga desde cientos de mili amperes hasta
decenas de amperes, que corresponden a rangos de potencia de miliwatts
hasta decenas de watts.
Reguladores de tres terminales
La siguiente figura muestra la conexión básica de un regulador de voltaje de CI
de tres terminales con una carga:
56
Voltaje diferencial
salida-entrada
Corriente de
ENTRADA
+
IL
SALIDA
+
Regulador
de voltaje
Voltaje de entrada
no regulado
Vi
Voltaje de
salida
TIERRA
Carga
-
-
Rango de voltaje
de entrada
Regulación
carga.
de
Representación de bloques del regulador de voltaje de tres terminales
El regulador de voltaje fijo cuenta con un voltaje CD de entrada no regulado Vi,
aplicado a una terminal de entrada, un voltaje CD de salida regulado Vo, en una
segunda terminal, y la tercera terminal conectada a tierra. Para un regulador
seleccionado, las especificaciones del dispositivo de CI listan un rango de
voltaje sobre el cual puede variar el voltaje de entrada para mantener un voltaje
de salida regulado sobre un rango de corriente de carga. Las especificaciones
también listan la cantidad de cambio del voltaje de salida que resulta debido a
un cambio en la corriente de carga (regulación de carga) o en el voltaje de
entrada (regulación de línea).
Regulador de voltaje positivo fijo
Los reguladores de la serie 78 ofrecen voltajes fijos regulados que van de 5 a
24 V .La siguiente figura muestra la forma en la que uno de estos CIs, el 7812,
se conecta para proporcionar un voltaje regulado de salida de + 12 V cd.
1
2
IN OUT
+
+
C1
+
COM
+
Vi
-
78L12
C2
3
Vo
-
Un voltaje de entrada no regulado Vi es filtrado por el capacitor C1 y conectado
a la terminal IN (entrada) del CI. La terminal OUT (salida) del CI proporciona +
12 V regulados, los cuales son filtrados por el capacitor C2 (principalmente para
cualquier ruido de alta frecuencia). La tercera terminal del CI se conecta a tierra
(GND). Mientras que el voltaje de entrada varíe dentro de un rango permitido
57
de voltaje y la carga de salida varíe dentro de un rango aceptable, el voltaje de
salida permanecerá constante dentro de los límites especificados de variación
del voltaje. Estos límites se detallan en las hojas de especificaciones de los
fabricantes. En la siguiente tabla se presenta una lista de Cls reguladores de
voltaje positivo.
Reguladores de voltaje positivo en la serie 7800
Parte CI
Vi mínimo (V)
Voltaje de salida (V)
7805
+5
7.3
7806
7808
7810
7812
7815
7818
+6
+8
+10
+12
+15
+18
8.3
10.5
12.5
14.6
17.7
21.0
7824
+24
27.1
En la conexión de la figura se muestra la operación de un regulador 7812
dentro de una fuente de alimentación completa. El voltaje de línea CA (120
V rms) se reduce a 18 V rms a través de cada mitad del transformador con
derivación central. Luego, un rectificador de onda completa y un filtro de
capacitor proporcionan un voltaje de dc no regulado, que se muestra como
un voltaje cercano a 22 V, con un rizo de ac de unos cuantos volts como la
entrada al regulador de voltaje. El Cl 7812 después proporcionará una salida
que se encuentra regulada en + 12 V dc.
1
78L12
IN
OUT
2
+
COM
+
+
3
470uF
0.01uF
120 V
Vo = + 12
-
18 V rms
(cada
Fuente de voltaje de 12 volts
58
Especificaciones de los reguladores de voltaje positivo
La hoja de especificaciones de los reguladores de voltajes se ilustra en la
siguiente figura, para el grupo de reguladores de voltaje positivo de la serie
7800. Se deben tomar en cuenta algunas consideraciones acerca de los
parámetros más importantes.
Salida
Común
Entrada
Valores nominales absolutos máximos:
Voltaje de entrada
40 V
Disipación continua total
W
Rango de temperatura de operación al aire libre
65 a 150˚C
Voltaje nominal de
salida
5V
Regulado
r
7805
6V
7806
8V
7808
10V
7810
12V
7812
2
-
15V
7815
18 V
7818
24 V
7824
Características eléctricas del μA 7812C
Parámetros
Voltaje de salida
Mín.
Típ.
Máx.
11.5
12
12.5
V
3
120
mV
Regulación de entrada
Rechazo de rizo
55
71
Unidades
dB
Regulación de salida
4
Resistencia de salida
0.018
Ω
Diferencia de voltaje
2
V
350
mA
2.2
A
Corriente de salida de corto
circuito
Corriente de salida pico
100
mV
Voltaje de salida: La especificación para la unidad 7812 muestra que el
voltaje de salida es, por lo regular, de +12 V pero puede llegar a ser tan bajo
como 11.5 V o tan alto como 12.5 V.
Regulación de salida: La regulación de voltaje de salida, por lo general, se
presenta de 4 mV, hasta un máximo de 100 mV (a corrientes de salida de 0.25
hasta 0.75 A). Esta información especifica que el voltaje de salida puede variar
por lo regular sólo 4 mV a partir de su valor nominal de 12 V de CD.
Corriente de salida de corto circuito: La cantidad de corriente se encuentra
limitada típicamente hasta 0.35 A si la salida estuviera en corto circuito
(presumiblemente por accidente o debido a otro componente defectuoso).
59
Corriente de salida pico: Mientras la corriente nominal máxima es de 1.5 A
para esta serie de CI, el consumo de corriente de salida pico típica de una
carga es de 2.2 A. Esto muestra que incluso cuando el fabricante califica al CI
como capaz de proporcionar 1.5 A, es posible extraer un poco más de corriente
(posiblemente por un periodo).
Diferencia de voltaje: La diferencia de voltaje, típicamente de 2 V, es la
cantidad mínima de voltaje a través de las terminales de entrada-salida que
deberá mantenerse si el CI operará como un regulador. Si el voltaje de entrada
desciende demasiado o si la salida se eleva de forma que no se mantienen al
menos los 2 V a través de la entrada-salida del CI, éste ya no será capaz de
proporcionar una regulación de voltaje. Por tanto, se debe mantener un voltaje
de entrada lo suficientemente grande para asegurar que siempre se
proporcione la diferencia de voltaje.
Reguladores de voltaje negativo fijo
La serie de CIs 7900 proporciona reguladores de voltaje negativo, similares a
los que proporcionan voltajes positivos. En la siguiente tabla se presenta una
lista de CIs reguladores de voltaje negativo. Como se muestra, los CIs
reguladores se encuentran disponibles para un rango de voltajes negativos
fijos, el CI seleccionado, proporcionará el voltaje de salida especificado toda
vez que el voltaje entrada se mantenga mayor al valor de entrada mínimo. Por
ejemplo, la unidad 7912 proporciona una cantidad de -12 V mientras la
entrada al Cl regulador sea más negativa que -14.6 V
Reguladores de voltaje negativo en la serie 7900
Parte CI
Voltaje de salida (V)
Vi mínimo (V)
7905
-5
-7.3
7906
7908
7909
7912
7915
7918
-6
-8
-9
-12
-15
-18
-8.4
-10.5
-11.5
-14.6
-17.7
-20.8
7924
-24
-27.1
Reguladores de voltaje ajustables
Los reguladores de voltaje también se encuentran disponibles en configuraciones
de circuitos que permiten que el usuario establezca el voltaje de salida en un valor
regulado deseado. La unidad LM317, por ejemplo, puede operarse con el voltaje
de salida regulado en cualquier valor dentro del rango de voltajes de 1.2 a 37 V.
La siguiente figura muestra la forma en la que es posible establecer el voltaje de
salida regulado de un LM317.
60
Los resistores R1 y R2 fijan la salida en cualquier voltaje deseado dentro del rango
de ajuste (1.2 a 37 V).
Teoremas básicos de
Circuitos
Teorema de Thévenin
Dos puntos cualesquiera de una red eléctrica que contenga solamente
elementos pasivos de tipo lineal y fuentes ideales pueden ser reemplazados
por una fuente única de voltaje en serie con una impedancia. Esto significa que
todas las características eléctricas de la red original, entre esos dos puntos,
son reemplazados por la fuente equivalente, llamado “voltaje deThévenin”, y la
impedancia equivalente, llamada “impedancia de Thévenin”, o, en caso de que
sólo haya presentes resistores, por la resistencia de Thévenin.
El voltaje de Thévenin (ETh) es el voltaje de circuito abierto entre las
terminales de salida, con todas las fuentes presentes como en la red original. El
término circuito abierto significa que no se coloca ningún elemento externo
entre los puntos.
La impedancia de Thévenin es la impedancia de la red original entre los
puntos elegidos, cuando se han reemplazado las fuentes de voltaje real por
cortos circuitos y todas las fuentes de corriente real por circuitos abiertos.
A continuación se muestra el circuito equivalente de Thévenin:
RT
a
ET
b
61
Problema:
Aplique el teorema de Thévenin para encontrar el circuito equivalente
Thévenin entre los puntos a y b del siguiente circuito:
R1
100
R4
25
Ω
de
Ω
a
R3
75 Ω
+
RL
100 Ω
25V
R2
50
b
Ω
Emplee este circuito equivalente de Thévenin para encontrar la corriente y el
voltaje de carga a través de la carga externa RL.
Solución:
En este caso la impedancia de Thévenin es una resistencia. Se halla
reemplazando la fuente de 25 V por un corto circuito y encontrando la
resistencia entre los puntos a y b, como se muestra en la siguiente figura:
R4
25 Ω
R1
100 Ω
a
R3
75 Ω
RTh
R2
50 Ω
b
RTh = R4 +((R3//(R1+R2))
RTh = 25 Ω +((75 Ω//(100 Ω+50 Ω))
RTh = 75 Ω
Para determinar el ETh , se recolocan las fuentes y se determinan los voltajes
de circuito abierto como se muestra en la siguiente figura:
R1
100
R4
25 Ω
Ω
+
a
25 V
R3
75
R2
50 Ω
Ω
ETh
62
b
El voltaje de Thévenin es simplemente la caída de voltaje a través del resistor
de 75 Ω , ya que el resistor de 25 Ω no lleva corriente (circuito abierto de a a b).
Por tanto el voltaje de Thévenin es:
ETh = ((25 V) (R3))/(R1+R2+R3)
ETh = ((25 V) (75 Ω))/(100 Ω+50 Ω+75 Ω)
ETh = 8.33 V
El circuito equivalente de Thévenin se muestra en la siguiente figura con el
resistor de carga (RL) colocado entre las terminales a y b.
a
RTh
75 Ω
+
8.3 V
RL
100 Ω
b
La corriente en la carga se saca de la siguiente manera:
IRL = (ETh)/(RTh+RL)
IRL = (8.33 V)/(75 Ω+100 Ω)
IRL = 47.6 mA
El voltaje de carga se determina de la siguiente manera:
VRL = (IRL)*(RL)
VRL = (47.6 mA)*(100 Ω)
VRL = 4.76 V
Teorema de Norton
Dos puntos cualesquiera en una red que conste de componentes pasivos y
fuentes ideales pueden ser reemplazados por una fuente de corriente
equivalente en paralelo con una impedancia. La fuente única de corriente,
llamada “fuente de corriente Norton”, y la impedancia en paralelo, llamada
“impedancia de Norton”, presentan todas las características eléctricas de la red
original.
63
La fuente de corriente tiene la magnitud y el sentido de la corriente que pasa
por un corto circuito colocado entre los puntos elegidos. La impedancia de
Norton es aquélla entre las terminales elegidas reemplazando las fuentes de
voltaje real por un corto circuito y todas las fuentes de corriente real por un
circuito abierto.
Problema:
Determine la corriente que pasa por R2. Aplique el teorema de Norton.
R1
10
Ω
a
R3
50
Ω
R2
5Ω
+ V1
10V
+ V2
20V
b
Solución:
Se encontrará el circuito equivalente de Norton entre los puntos a y b del
circuito, sin la resistencia de 5 Ω. La corriente de cortocircuito será la suma de
la corriente debida a la fuente de 10 V y la corriente debida a la fuente de 20 V,
como se muestra en la siguiente figura:
R1
10
Ω
R3
50
Ω
+ V2
20V
+ V1
10V
IN = ((V1)/(R1))+((V2)/(R3))
IN = ((10 V)/(10 Ω))+((20 V)/(50 Ω))
IN = 1.4 A
64
Se calcula la resistencia de Norton entre los puntos a y b, con las dos fuentes
de voltaje reemplazadas por cortos circuitos. Es simplemente la combinación
paralela de las resistencias de 10 Ω y 50 Ω,
a
R1
10 Ω
R3
50 Ω
RN
b
RN = R1//R3
RN = 10 Ω // 50 Ω
RN = 8.33 Ω
El circuito equivalente de Norton se muestra en la siguiente figura, junto con la
resistencia R2 a la cual debe conectarse:
IN
1.4 A
RN
8.3 Ω
R2
5Ω
Basandose en la regla de división de corriente se encuentra la I2:
I2 = (IN RN) / (RN + R2)
I2 = ((1.4)(8.3 Ω)) / (8.3 Ω + 5 Ω)
I2 = 874 mA
Teorema de Superposición
El principio de superposición dice que cuando un sistema es afectado por dos o
más causas que actúan de manera conjunta, es permisible, cuando las
65
relaciones son lineales, considerar que cada causa actúa independientemente,
y después suponer los dos o más efectos relacionados.
En redes con dos o más fuentes, el principio de superposición afirma que es
posible encontrar las corrientes y voltajes de cada fuente de manera
independiente. Las corrientes y los voltajes netos son la suma algebraica de las
contribuciones de cada fuente. Todos los elementos deben ser lineales, de
manera que los transistores, los inductores con núcleo de hierro, etcétera,
deben modelarse en una representación lineal.
Desde el punto de vista operativo para encontrar la contribución de una sola
fuente, se reemplazan las otras por su resistencia interna, y se aplica el análisis
a la red para encontrar las corrientes y voltajes que proceden de la fuente
individual. Se hace esto para cada fuente.
Problema:
Aplicando el teorema de superposición, determine qué corriente pasa por R2 en
la red de la siguiente figura:
R1
10
Ω
R3
50 Ω
A
+ V1
10V
R2
5Ω
+ V2
20V
B
Solución:
Primeramente, para encontrar la contribución de V1 se reemplaza V2 por un
corto circuito, ya que es una fuente ideal. El circuito resultante se muestra en la
siguiente figura:
66
La I2 que produce V1 se calcula utilizando un divisor de corriente como se
muestra a continuación:
I2 (V1) = (R3 / (R2 + R3)) * IT
Como no tenemos la IT hay que calcularla:
IT = V1/RT
Como no tenemos la RT hay que calcularla:
RT = R1+ (R2//R3)
RT = 10 Ω + (5 Ω//50 Ω)
RT = 14.55 Ω
Ya con RT se calcula la IT:
IT = V1/RT
IT = 10 V/ 14.55 Ω
IT = 0.6875 A
Ya con la IT se calcula I2 que produce V1 :
I2 (V1) = (R3 / (R2 + R3)) * IT
I2 (V1) = 0.625 A
Ahora, V1 se reemplaza por un corto circuito y la corriente que procede de V2
se encuentra a partir del siguiente circuito:
La I2 que produce V2 se calcula utilizando un divisor de corriente como se
muestra a continuación:
I2 (V2) = (R1 / (R1 + R2)) * IT
Como no tenemos la IT hay que calcularla:
IT = V2/RT
67
Como no tenemos la RT hay que calcularla:
RT = R3+ (R1//R2)
RT = 50 Ω + (10 Ω//5 Ω)
RT = 53.33 Ω
Ya con RT se calcula la IT:
IT = V2/RT
IT = 20 V/ 53.33 Ω
IT = 0.375 A
Ya con la IT se calcula I2 que produce V2:
I2 (V2) = (R1 / (R1 + R2)) * IT
I2 (V2) = 0.25 A
La solución final es la combinación algebraica de las dos corrientes. Ambas
tienen el mismo sentido a través de R2, de manera que simplemente se suman:
I2 = I2 (V1) + I2 (V2)
I2 = 0.625 A + 0.25 A
I2 = 0.875 A
Clasificación de los amplificadores
La primera clasificación que podemos hacer con los amplificadores viene
determinada por las frecuencias con las que van a trabajar. Si las frecuencias
están comprendidas dentro de la banda audible los amplificadores reciben el
nombre de amplificadores de audio frecuencia.
En las transmisiones se utilizan otros amplificadores que trabajan con la gama
alta de frecuencias, las radio frecuencias (amplificadores de R.F). Dentro de las
dos gamas de amplificadores podemos hacer una clasificación atendiendo a su
forma de trabajo:
a) Amplificadores de tensión: son los que su principal misión es suministrar
una tensión mayor en su salida que en su entrada
b) Amplificadores de potencia: aquellos que, aparte de suministrar una mayor
tensión, suministran también una mayor corriente (amplificación de tensión y
amplificación de corriente y, por ende, amplificación de potencia)
En este tema únicamente vamos a entrar en los amplificadores de potencia,
que son los que nos interesan para iniciar el campo de la reparacion de
amplificadores de audio
68
Clases de amplificadores de potencia
Este tipo de amplificadores pueden entregarnos en su salida toda la señal de
entrada o una parte de la misma; atendiendo a esta característica, los
amplificadores de potencia, podemos clasificarlos de la siguiente forma:
Amplificadores de clase A: un amplificador de potencia funciona en clase A
cuando la tensión de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada
poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule durante todo
el período de la señal de entrada.
Amplificadores de clase B: un amplificador de potencia funciona en clase B
cuando la tensión de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada
poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule durante un
semiperíodo de la señal de entrada.
Amplificadores de clase AB: son, por así decirlo, una mezcla de los dos
anteriores, un amplificador de potencia funciona en clase AB cuando la tensión
de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada poseen valores
tales que hacen que la corriente de salida circule durante menos de un período
y más de un semiperíodo de la señal de entrada.
Amplificadores de clase C: un amplificador de potencia funciona en clase C
cuando la tensión de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada
poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule durante
menos de un semiperíodo de la señal de entrada.
Amplificador de potencia en contrafase de clase B
Uno de los principales inconvenientes de los amplificadores en clase A es que,
en reposo, están consumiendo corriente por lo que el rendimiento de
conversión se hace bastante bajo. Para mejorar este rendimiento, y por tanto
aprovechar al máximo la potencia entregada por la fuente de alimentación, los
amplificadores utilzados en los equipos de audio se suelen construir en clase B
69
Señal de entrada y salida para amplificadores clase A y clase B
Por norma general, los amplificadores que se van a hacer trabajar en clase B,
se montan con transistores que trabajen en contrafase (push-pull); con el fin de
minimizar los armónicos que se pueden generar en este tipo de montajes,
estos amplificadores adoptan una serie de montajes determinados. En la figura
que hay arriba, vemos como el amplificador en clase A (en azul), debido a que
su curva de respuesta es casi continua, la continuación en las senoides de la
señal de salida es uniforme; en el amplificador de clase B (en rojo), debido al
desplazamiento de las curvas, se produce un pequeño salto entre las senoides
de la señal de salida (se producen armónicos). A este salto entre las dos
senoides es a lo que se le conoce como distorsión de cruce del amplificador; el
"aplanamiento" al que tiende la señal es debido a que en la señal de salida se
producen armónicos impares de la frecuencia de la señal.
En este tipo de montajes, una cuestión a tener en cuenta (muy importante) es
que los dos transistores deben tener las mismas características en cuanto a
tensiones, ganancias, etc. Si no ponemos dos transistores con las mismas
características, puede ocurrir que, uno de los semiciclos tenga mas amplitud
que el otro (debido a que un transistor tiene mas ganancia que otro) con lo que
aumentaríamos la distorsión de la etapa.
Para minimizar el efecto de la distorsión de cruce, los transistores se suelen
polarizar de forma que se les introduce una pequeña polarización directa. Con
esto conseguimos desplazar las curvas y
disminuimos dicha distorsión de cruce.
En el montaje de la figura superior, la resistencia
Re (resistencia de emisor) debe ser muy
pequeña (menor de 1 W ) ; el valor de esta
resistencia, junto con los valores de R1 y R2,
deben escogerse de forma que los transistores
trabajen con las condiciones de polarización
correctas y que tengan una buena estabilidad
térmica. El condensador sirve para el desacoplo
70
armónico; a veces, en paralelo con R2 se coloca un diodo con el fin de mejorar
la estabilidad térmica.
En este tipo de circuitos, el rendimiento de conversión suele estar cerca del
78%, mientras que en los de clase A este rendimiento suele estar en torno al
36,4% (aprovechamos la potencia de la fuente de alimentación más de el
doble, por eso se recurre a este tipo de montaje).
Amplificador en contrafase simétrico complementario
En el esquema anterior hemos visto un montaje con dos transistores NPN, a
veces se recurre a montar dos transistores de tipo complementario (uno NPN y
otro PNP), en este caso el esquema lo vemos en el gráfico siguiente. Este
montaje, además, tiene la particularidad de ser un amplificador en clase B sin
transformador de salida, recibe el nombre de amplificador en contrafase
simétrico complementario.
La señal de entrada se aplica simultáneamente a la base de los dos
transistores, en el semiciclo positivo el que conduce es el transistor PNP,
mientras que el NPN está bloqueado. En el semiciclo negativo el que conduce
es el transistor NPN; el PNP, en este caso, está bloqueado.
71
Cuando se aplica una señal, durante la semionda positiva, el transistor Tr1
comienza a conducir mientras que Tr2 se lleva a la situación de bloqueo. Por el
altavoz pasa la señal convenientemente amplificada por Tr1. En la semionda
negativa ocurre todo los contrario: es Tr2 el que conduce mientras que Tr1 se
lleva a la situación de bloqueo. Por el altavoz, como vemos en el gráfico pasan
las dos semiondas, una entregada por Tr1 y la otra entregada por Tr2; ambas
semiondas recorren el altavoz en sentido contrario
AMPLIFICADORES
OPERACIONALES
INTRODUCCIÓN
Si existe un elemento estrella en los sistemas electrónicos analógicos ese
elemento es sin duda el amplificador operacional. Con él podremos amplificar
señales, atenuarlas, filtrarlas, etc. Los sistemas de control analógico
encuentran en el amplificador operacional un elemento de conmutación
sumamente simple. El conocimiento a nivel básico del amplificador operacional
proporciona al diseñador una herramienta de valor incalculable.
72
EL MODELO IDEAL
Un amplificador operacional es un dispositivo electrónico activo siendo capaz
de ofrecer una tensión de salida en función de una tensión de entrada.
Considerando el amplificador operacional ideal, es una aproximación muy
precisa y perfectamente válida para el análisis de sistemas reales. Un
amplificador operacional presenta cinco patillas.
Dos de ellas son las entradas del
dispositivo; la primera de ellas llamada
entrada inversora se halla indicada en
los esquemas con un signo menos, la
otra denominada entrada no inversora
se indica mediante un signo más. Otro
de las patillas del amplificador
operacional corresponde a la salida
del dispositivo mientras que las dos
restantes corresponden a la alimentación requerida por el dispositivo (±Vcc).
Una vez que nos hemos familiarizado con las patillas podemos pasar a indicar
las características de un amplificador operacional. Debido a que en ningún
momento entraremos en el diseño interno del circuito deben ser asumidas.
Recordamos una vez más que son características teóricas, si bien las reales se
aproximan a las teóricas:
Características del OPAM:
 Ancho de banda infinito (podemos trabajar con señales de cualquier
frecuencia).
 Tiempo de conmutación nulo
 Ganancia de tensión infinita.
 Impedancia de entrada infinita.
 Impedancia de salida nula.
 Corrientes de polarización nulas.
 Tensión de desplazamiento nula (si bien no es estrictamente cierto,
diremos que la diferencia de potencial entre las entradas inversora y no
inversora nula).
 Margen dinámico ±Vcc (la tensión de salida puede a nivel teórico
alcanzar el valor de la tensión de alimentación, en la práctica se
aproxima pero no puede ser igual ya que se producen saturaciones en el
dispositivo).
AMPLIFICADOR INVERSOR
La configuración más sencilla es la inversora. Dada una señal analógica (por
ejemplo de audio) el amplificador inversor constituye el modo más simple de
amplificar o atenuar la señal (en el ejemplo propuesto modificar el volumen de
la señal).
73
Se comenzará por la configuración más adecuada para nuestros propósitos:
el modo amplificador inversor. Hemos afirmado anteriormente que la
impedancia de entrada del dispositivo es infinita, por lo cual no circulará
corriente en el interior del amplificador operacional y las resistencias R1 y R2
estarán dispuestas en serie. Por encontrarse estas resistencias dispuestas en
serie la corriente que atravesará ambas será la misma, podemos afirmar por
tanto:
A continuación se va a demostrar como Va es nula. Si tenemos en cuenta que
la ganancia de tensión de un amplificador operacional debe atender a la
relación salida/entrada:
Al ser una de las características del opam la ganancia en tensión infinita
podemos intuir que la única solución válida es disponer a la entrada del opam
de una tensión nula.
Al llegar a este punto se destaca que no debe confundirse la entrada del opam
constituida por las patas inversora y no inversora con la entrada de la etapa
amplificadora inversora.
Se llega a la conclusión de que la diferencia de potencial en la entrada del
operacional debe ser nula. Puesto que en el circuito la pata no inversora se
halla conectada a tierra el valor de Va será nulo o de lo contrario la diferencia
de tensión en la entrada del opam no sería nula.
74
Al analizar a continuación el resultado obtenido se puede ver claramente que la
tensión de salida es proporcional a la tensión de entrada, siendo el factor de
proporcionalidad una constante que definimos con las resistencias R1 y R2. Se
acaba de diseñar el primer amplificador, ya que este simple amplificador
operacional puede atenuar o amplificar las señales aplicadas a su entrada. El
nombre de inversor viene dado por el signo negativo presente en la fórmula. Es
decir, el montaje invierte la fase de la señal; este detalle no puede pasarse por
alto para señales que requieran cuidar su fase.
Finalmente debemos destacar la presencia de la resistencia R3, cuya misión no
es sino la de compensar los posibles efectos no deseados debidos a
imperfecciones en el funcionamiento de los amplificadores operacionales
reales. En concreto busca disminuir el efecto nocivo de unas intensidades de
polarización residuales presentes en las entradas del ampop (lo que conlleva
una impedancia de entrada elevada pero no infinita).
AMPLIFICADOR NO INVERSOR
Este circuito presenta como característica más destacable su capacidad para
mantener la fase de la señal. El análisis se realiza de forma análoga al anterior.
Se ha razonado que la diferencia de tensión en las patillas de entrada del
amplificador operacional ha de ser nula, por lo que la tensión presente en la
patilla inversora será la misma que la presente en la no-inversora. Por hallarse
las resistencias R1 y R2 en serie, la corriente que las atravesará será la misma
y conocida, ya que sabemos el valor de R1 y las tensiones en sus extremos
(Vin y 0):
75
Resulta sencillo despejar de esta expresión la ganancia:
Se puede apreciar como no existe signo negativo en la expresión (no se
invierte la señal), siendo además la ganancia siempre superior a la unidad.
Este circuito no permite por consiguiente atenuar señales.
Se hará una puntualización con respecto a la conveniencia de uso del inversor /
no inversor. La inversión de fase no resulta significativa en el tratamiento de
señales alternas, ya que dichas señales varían entre semiciclos positivos y
negativos. Un amplificador inversor aplicado a una señal alterna tiene como
resultado una simple inversión de fase. Sin embargo en señales de continua el
resultado es bien distinto. Si deseamos duplicar una tensión continua e
introducimos a la entrada de un amplificador inversor 2V a la salida tendremos 4V (negativos), lo cual puede ser un inconveniente en determinadas
aplicaciones. La elección de una etapa u otra depende por consiguiente de las
condiciones concretas de diseño.
AMPLIFICADOR MEZCLADOR O SUMADOR
Esencialmente no es mas que un amplificador en configuración inversora.
Difiere de este último en la red resistiva empleada en sustitución de la
resistencia R1 utilizada en el ejemplo de configuración inversora.
El desarrollo matemático es el mismo. Debido a la ganancia de tensión infinita
del amplificador para que la tensión de salida sea un número finito la tensión de
entrada debe ser nula. Puesto que una de las patillas (la no-inversora en este
caso) se encuentra conectada a tierra a través de la resistencia Re, la otra
patilla (patilla inversora) debe presentar también este valor.
Debido a la impedancia de entrada infinita del amplificador, la suma de
intensidades que atraviesen las resistencias R1,R2,...Rn será igual a la
intensidad que atraviese la resistencia Rs (según la primera ley de Kirchhoff).
Por tanto podemos afirmar que:
76
Despejando la tensión de salida:
Al llegar a este punto se debe particularizar la presente configuración para
obtener un sumador. Si se afirma la igualdad entre las resistencias
R1=R2=...=Rn y además se hace que este valor coincida con el de la
resistencia Ro se obtiene una tensión de salida igual a la suma algebraica de
tensiones de entrada (con la correspondiente inversión de fase). Nótese la
importancia de esta particularización para la comprensión de los antiguos
calculadores analógicos:
CIRCUITO SEGUIDOR
Esta sencilla configuración ofrece una tensión de salida igual a la tensión de
entrada, no produciéndose ganancia alguna.
El montaje se emplea fundamentalmente como adaptador de impedancias, ya
que no consume corriente en su entrada (impedancia de entrada infinita)
ofreciendo señal en su salida (impedancia de salida nula).
Vout =Vin
77
Su nombre está dado por el hecho de que la señal de salida es igual a la de
entrada, es decir, sigue a la señal de entrada.
AMPLIFICADOR DIFERENCIAL
Este circuito presenta como característica notable la amplificación de la
diferencia entre las dos tensiones de entrada. Presenta el inconveniente de que
la impedancia de entrada del amplificador disminuye sensiblemente y además
las dos resistencias R1 y las dos R2 deben ser exactamente iguales.
Puesto que sabemos que las tensiones de las patillas inversora y no inversora
deben ser iguales, podemos afirmar que tanto las resistencias R1 y R2
superiores como las R1 y R2 inferiores se encuentran en serie. Planteando las
ecuaciones:
De estas dos igualdades (donde Va es la tensión de entrada tanto en la patilla
no inversora como en la inversora) podemos obtener la tensión de salida en
función de los valores R1, R2 y las tensiones de entrada Para ello despejamos
lo valores Va de ambas expresiones obteniendo:
78
Igualando ambas expresiones resulta trivial obtener la expresión final de la
tensión de salida:
Como se puede ver esta configuración amplifica o atenúa la diferencia
existente en las dos entradas V2 y V1.
En la siguiente tabla se muestran los 11 amplificadores operacionales y los dos
amplificadores de instrumentación, y se aportan datos de las características
eléctricas más importantes de cada uno de ellos. Entre estos operacionales, se
encuentra el LM741, el operacional cuyo uso está más extendido
mundialmente, y del cual pueden verse en esta tabla sus ventajas e
inconvenientes. También señalar que los parámetros incluidos en la tabla son
los valores típicos de los dispositivos (no máximos ni mínimos).
79
ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS
LM741
Este dispositivo es un amplificador de propósito general bastante conocido y de
uso muy extendido. Sus parámetros son bastante regulares, no teniendo
ninguno que sea el mejor respecto a los de los demás, pero en conjunto
presenta una alta impedancia de entrada, pequeños offset (de corriente y de
voltaje) en la entrada y buenos parámetros.
LM725
Este amplificador es un modelo bastante similar al LM741, pero que mejora
bastantes de sus parámetros. Tiene unos valores para la corriente y el voltaje
de offset de entrada menores, su corriente de polarización también es menor y
su CMRR más elevado. Sin embargo, la impedancia de entrada de este
dispositivo es inferior a la que presenta el LM741.
LF411
Este dispositivo posee excelentes parámetros. Tiene uno offset de entrada y
una corriente de polarización de valores muy bajos. Además su impedancia de
entrada es la más elevada de todas (junto con el MAX430). Es uno de los
amplificadores operacionales de National Semiconductors para aplicaciones de
máxima precisión.
OPA124
Este chip es el que presenta los valores más bajos de corriente offset de
entrada y de corriente de polarización de entrada. Posee una impedancia de
entrada elevadísima, la cual se presenta como una resistencia en paralelo con
un condensador. Es uno de los mejores amplificadores operacionales que he
analizado.
NE5533
Este chip es el que posee (a nivel general) peores prestaciones de todos los
amplificadores que se encuentran en el estudio. Su impedancia de entrada es
la menos alta de todas y su corriente de polarización la más elevada. Es un
amplificador para aplicaciones en las que no se requiera de alta precisión.
NE/SE5532
Este dispositivo está diseñado a partir de dos amplificadores operacionales con
alta ganancia que se colocan de manera opuesta para presentar compensación
en los parámetros. También está pensado para que pueda operar en un rango
amplio de voltajes de alimentación. Posee el bandwith (ancho de banda) más
alto de todos los amplificadores que se han analizado.
NE/SE5514
Este dispositivo se presenta como un amplificador operacional para
aplicaciones con altas exigencias. Presenta una corriente de polarización
bastante baja y unas corrientes y voltajes de offset con valores también bajos.
La impedancia de entrada de este dispositivo es una de las más altas de todos
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los amplificadores que he analizado y por ello este dispositivo es apropiado
cuando trabajemos con un elemento que disponga de una impedancia de
salida muy elevada.
NE/SE5230
Este amplificador operacional presenta una característica diferenciadora
respecto al resto de amplificadores y que no está mostrada en la tabla, la cual
consiste ven que está especialmente diseñado para trabajar con voltajes de
alimentación muy bajos. De este modo este operacional se puede alimentar
con ±18V o con ±1,5V.
Otros amplificadores, con tensiones de alimentación tan bajas no pueden
funcionar correctamente, por lo tanto este dispositivo es ideal cuando haya que
utilizar un amplificador operacional en una placa en la cual se quiera utilizar un
mismo voltaje (por ejemplo niveles TTL) para alimentar toda la circuitería. Sus
parámetros son en general buenos presentando pequeños valores de offset a
la entrada.
NE/SE532
Este chip posee buenos parámetros, pero dos de ellos destacan sobre los
demás. Es el amplificador con mayor rango de voltaje de entrada ±16 V y
también es el que posee mayor límite en la corriente de salida. Este
amplificador puede atacar cargas con un valor de corriente casi el doble a la de
otros amplificadores.
MAX430
Este amplificador presenta unos parámetros que le acercan a los de los
amplificadores de instrumentación. Esta diseñado para presentar una alta
precisión. Posee el valor de offset de entrada más bajo de todos los
amplificadores y también los valores más altos de rechazo al modo común
CMRR y al voltaje de alimentación PSRR. También cabe destacar que posee la
impedancia de entrada más alta de todos los amplificadores, y me hace pensar
que aunque el fabricante presenta este dispositivo como un amplificador
operacional, su estructura tal vez esté compuesta por tres operacionales como
los amplificadores de instrumentación.
MXL1001
El fabricante presenta a este dispositivo como un amplificador operacional de
precisión. Posee muy buenos parámetros y cabe destacar que es el dispositivo
con uno de los mayores rangos de voltaje de entrada (±14 V). Me ha llamado la
atención que en la documentación técnica de este sensor, el fabricante aporta
una imagen ampliada del diseño PCB que posee el amplificador operacional
internamente y señala sobre el dibujo los diferentes lugares desde donde
surgen los pines hacia el exterior del chip.
Todas las características de los circuitos que se han descrito, son importantes,
puesto que, son las bases para la completa fundamentación de la tecnología de
los circuitos amplificadores operacionales. Los cinco criterios básicos que
describen al amplificador ideal son fundamentales, y a partir de estos se
desarrollan los tres principales axiomas de la teoría de los amplificadores
operacionales, los cuales son:
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1. La tensión de entrada diferencial es nula.
2. No existe flujo de corriente en ninguno de los terminales de entrada.
3. En bucle cerrado, la entrada (-) será regulada al potencial de entrada (+)
o de referencia.
Estos tres axiomas se han descrito en todos los circuitos básicos y sus
variaciones. En la configuración inversora, los conceptos de corriente de
entrada nula, y de tensión de entrada diferencial cero, dan origen a los
conceptos de nudo de suma y tierra virtual, donde la entrada inversora se
mantiene por realimentación al mismo potencial que la entrada no inversora a
masa. El funcionamiento esta solamente determinado por los componentes
conectados externamente al amplificador.
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Ejercicio 4:Cuestionario
INSTRUCCIONES:
Marca con una X la respuesta correcta.
1) Un diodo polarizado en directa funciona como un interruptor:
Cerrado, sin dejar pasar así la corriente.
Abierto, sin permitir el flujo de corriente.
Cerrado, permitiendo el flujo de corriente.
Abierto, permitiendo así el flujo de corriente
2) ¿Un diodo polarizado en inversa funciona como un interruptor?
Cerrado, sin dejar pasar así la corriente.
Abierto, sin permitir el flujo de corriente.
Cerrado, permitiendo el flujo de corriente.
Abierto, permitiendo así el flujo de corriente
3) ¿De cuantos diodos consta un rectificador de onda completa sin ser tipo
puente?
De dos.
De uno.
De cuatro.
De seis.
4) ¿Qué parte del ciclo rectifica un rectificador de onda completa?
El medio ciclo negativo.
El ciclo completo.
El medio ciclo positivo y la mitad del negativo.
El medio ciclo positivo.
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