Prácticas de Laboratorio

ELECTRÓNICA ANALÓGICA I
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
TRABAJOS
PRÁCTICOS DE
LABORATORIO
EN GABINETE DE COMPUTACIÓN
CON COMPONENTES REALES
Mg. Ing. Mario O. Muñoz
AÑO 2013
(P.C.)
(Lab. Real)
Índice
Uso de placa experimental tipo Poject Board y de instrumentos de laboratorio.........................................I
Consideraciones sobre la realización de experiencias de laboratorio ...................................................... IV
Trabajo práctico L1 - Diodos: curvas y aplicaciones................................................................................. 1
Trabajo práctico L2 - Amplificadores Básicos con Transistores Bipolares............................................... 9
Trabajo práctico L3 - Aplicaciones del transistor de efecto de campo y bipolar..................................... 13
Listado de componentes a utilizar............................................................................................................ 19
Uso de la plaqueta experimental (Project Board)
En la actualidad existen diversos modelos y tamaños de plaquetas experimentales. En la Figura I podemos ver una
plaqueta experimental típica.
Zonas de
propósitos
generales
Líneas de
alimentació
Borneras
(opcional)
Figura I
El experimentor de la Figura I consta de tres partes fundamentales:
• 2 líneas de alimentación. (+ y -)
• 2 Borneras (circunferencias)
• 2 zonas de propósitos generales (zonas centrales)
Algunos modelos no traen bornera y otros tampoco poseen línea de alimentación. La bornera no es indispensable, pero
la línea de alimentación simplifica mucho el cableado del circuito.
El experimentor trae una serie de puentes internos. Estos pueden observarse en la Figura II con línea continua gruesa.
Corte en las
líneas
Figura II
Nótese que la línea de alimentación está cortada en la mitad de la placa, por lo tanto esta conexión, de ser necesaria,
deberá cablearse externamente. Lo mismo ocurre con las borneras, las cuales no tienen ningún tipo de conexión.
La línea en blanco central que divide a la placa en dos, sirve para conectar circuitos integrados. Deberá colocarse cada
hilera de patas en mitades distintas.
Realización del cableado
El conductor a utilizar tiene que ser un alambre aislado, con un diámetro aproximado de 0,6mm. Si se utiliza alambre
más delgado se corre el riesgo de que aparezcan problemas de contacto muy difíciles de encontrar. Utilizar alambre
más grueso puede causar daños irreversibles en la plaqueta. Se recomienda usar alambre telefónico (del tipo multipar).
Ambas puntas del cable deberán pelarse (no más de 7mm, para evitar cortocircuitos).
Para poder hacer un seguimiento del circuito una vez armado, los cables deben curvarse a 90°. Evitar cables largos en
exceso y transversales a la plaqueta.
No conviene volver a doblar para otra aplicación un cable que ya ha sido doblado, ya que éste podría cortarse (cosa que
no es perceptible a simple vista debido al aislante plástico), haciendo muy difícil la detección de fallas. Se recomienda
guardar los cables doblados, ya que pueden servir para algún otro proyecto.
Uso de los instrumentos de laboratorio
El alumno ya debe estar familiarizado con los distintos instrumentos del laboratorio (voltímetro, amperímetro,
osciloscopio, frecuencímetro, generador de señales, etc.). El objetivo de esta guía es sólo recordar los conceptos
básicos para una correcta utilización de los mismos.
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Página I
Uso del voltímetro
Para medir la diferencia de potencial entre dos puntos A y B de un circuito, debe conectarse un voltímetro entre los
puntos A y B mencionados, tal como se muestra en la Figura III. Esta conexión recibe el nombre de conexión paralelo.
Multímetro
conectado como
Voltímetro
A
B
Figura III
Antes de conectar los terminales, deben verificarse que el rango de la escala seleccionada en el instrumento sea mayor
que el máximo valor esperado de tensión. Si no se tiene en cuenta esta precaución, se corre el riesgo de destruir el voltímetro. Si no se conociera el probable valor máximo de la tensión a medir, seleccionar la mayor escala disponible e ir
disminuyéndola hasta lograr la resolución deseada (cuidando que no se produzca sobrerrango). Para alargar la vida útil
de la llave selectora, se recomienda desconectar el instrumento del circuito (por lo menos un terminal) cuando se
realice un cambio de escala.
También es de suma importancia tener presente la tensión máxima que soporta el instrumento. Este valor generalmente
está grabado junto a los conectores del mismo.
Uso del amperímetro
Para medir la corriente que pasa por una rama del circuito, debe intercalarse un amperímetro en dicha rama, tal como
se muestra en la Figura IV. Esta conexión recibe el nombre de conexión serie, en la cual el circuito a medir debe ser
abierto. NO DEBE CONECTARSE JAMÁS UN AMPERÍMETRO EN PARALELO YA QUE LA CORRIENTE
CIRCULANTE OCASIONARÍA LA INMEDIATA DESTRUCCIÓN DEL MISMO.
Deberán tenerse las mismas precauciones con respecto a la selección de las escalas que las mencionadas para el caso
del voltímetro.
Multímetro
conectado como
Amperímetro
Figura IV
Uso del osciloscopio
El osciloscopio es un instrumento muy versátil, y permite hacer varios tipos de mediciones, dependiendo de la
complejidad del equipo. Un osciloscopio típico (como los disponibles en el laboratorio) es el que podemos ver en la
Figura V.
Figura V
El panel de control puede dividirse en 4 partes:
1) Canal A:
Aquí debe conectarse la punta del osciloscopio (en forma paralela, como si fuera un
voltímetro). Debe ajustarse la escala con la perilla Volt/División hasta lograr la resolución
deseada en las ordenadas (eje vertical). Cuando se necesite medir tensiones alternas,
colocar la llave AC/GND/DC en AC. La posición GND permite centrar el haz del
osciloscopio con las perillas de posición vertical.
2) Canal B:
Ídem canal A.
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Página II
3) Disparo:
4) Base de tiempo:
Aquí se puede seleccionar si la sincronización se hace con el canal A, el B, por la línea o
por una fuente externa.
Es el ajuste de las abscisas, el cual debe modificarse en función de la frecuencia de la señal
a medir. Además se dispone de regulación de la posición del haz (horizontal).
Además, la mayoría de los osciloscopios poseen ajuste de intensidad y foco, con los cuales podemos regular el aspecto
del haz. El haz no debe ser muy brillante, ya que esto provoca un rápido deterioro del recubrimiento interno de fósforo
de la pantalla.
Uso del frecuencímetro
El frecuencímetro es un instrumento muy sencillo de utilizar. Sólo hay que conectar los terminales del mismo en forma
paralela (como en un voltímetro). Para obtener mayor precisión en la medición, elegir un tiempo de muestreo mayor. Si
el frecuencímetro no fuera autorrango, evidentemente se debe seleccionar una escala adecuada para realizar las
mediciones. La única precaución que debe tenerse en cuenta es la de no conectar las puntas del instrumento a una
tensión mayor a la que soporta, mostrada en los conectores.
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Página III
CONSIDERACIONES SOBRE LA REALIZACIÓN DE EXPERIENCIAS DE LABORATORIO
Introducción
Un ingeniero debe ser muy organizado y ordenado en el ejercicio de su profesión, por lo que los siguientes ítemes
tienen como único objetivo puntualizar una metodología de trabajo a fin de que las prácticas de laboratorio resulten
precisas y eficaces, a la vez que sirvan de guía para cualquier trabajo a realizar, encauzando al alumno hacia el orden y
la organización.
1 - Cuaderno de notas de laboratorio
Es muy importante disponer de un cuaderno de notas de laboratorio, en el cual se hará un registro de todo el trabajo
relativo a la experiencia realizada. No existe una fórmula para llevar dicho cuaderno de manera mejor que otra, por lo
tanto los comentarios siguientes deben ser considerados como de aplicación general y orientativos; ya que están
basados en una gran experiencia y práctica.
Hay que tener en cuenta un principio fundamental en el trabajo de laboratorio y es que: CUALQUIER PERSONA EXTRAÑA,
CON PREPARACIÓN SIMILAR, Y SIGUIENDO LAS INDICACIONES DEL CUADERNO DE LABORATORIO, DEBE SER CAPAZ DE
REPRODUCIR TODA LA EXPERIENCIA CON DATOS Y CONCLUSIONES SIMILARES. Un año, un mes o quizás pocos días
después de la práctica, el mismo autor de la experiencia puede ser dicha persona extraña. EN NINGÚN CASO SE DEBE
CONFIAR EN LA MEMORIA PARA COMPLETAR DETALLES CON POSTERIORIDAD. Todo debe quedar anotado. La
hoja suelta o el papel borrador NO deben existir en el laboratorio. Se pueden destinar las páginas pares (lado izquierdo
del cuaderno) a borrador o para realizar cálculos o anotaciones de carácter secundario.
Si alguien debe seguir el trabajo realizado por otro, es muy importante la correcta organización. El cuaderno de
laboratorio NO ES UN INFORME QUE DEBE PREPARARSE DESPUÉS DE REALIZAR LA EXPERIENCIA. Es el registro claro,
sistemático y completo de una experiencia y es tan importante como la experiencia misma.
2 - Encabezamiento
En el encabezamiento de la primera página de la experiencia de laboratorio debe aparecer el título de dicha
experiencia, nombre de la persona y fecha. Esto parece trivial pero constituye un buen hábito.
3 - Objetivo
Iniciando el registro debe estar indicado en forma concisa y concreta lo que se desea hallar o verificar en la
experiencia. Si bien esto se destina a quien recibirá el informe, también es de gran ayuda para aclarar la experiencia
que se va a desarrollar.
4 - Bibliografía
Se deben anotar las lecturas y el material de referencia utilizados para preparar y desarrollar la práctica. También
conviene incluir los circuitos a estudiar como esquema general del procedimiento a seguir durante la experiencia.
5 - Circuito
Se debe dibujar y rotular el circuito de la experiencia de modo que resulte fácil y rápido poder reproducirlo en el
futuro, y poniendo especial cuidado en registrar toda modificación introducida durante la experiencia.
6 - Instrumental
Se debe anotar la lista de los instrumentos utilizados en la experiencia, siendo solamente necesario que aparezcan
aquellos que tienen incidencia directa en la precisión de los datos. Generalmente los instrumentos con los que se
efectúan las lecturas son los más importantes. Se debe registrar en el cuaderno que instrumento midió cada lectura, la
forma como estaba conectado en el circuito y cual fue la escala seleccionada para cada medición.
7 - Procedimiento
En general basta con algunos comentarios al margen de los datos. Debe tenerse siempre presente que la experiencia
DEBE PODER REPRODUCIRSE EN CUALQUIER MOMENTO, A PARTIR DE LA DESCRIPCIÓN QUE SE HAGA DE LA MISMA.
8 - Datos
La identificación de las tablas de datos tiene que ser lo suficientemente clara como para que sea obvio que datos se
obtuvieron de cada circuito. Cada columna de datos debe estar encabezada con las unidades adecuadas.
9 - Gráficos
El objetivo de una gráfica es la representación de numerosos datos en forma concisa. La representación de los datos
debe realizarse sobre el tipo de papel adecuado (milimetrado, semilogarítmico, logarítmico, etc.). Cada gráfico ha de
tener un encabezamiento descriptivo breve. Conviene evitar títulos como "Intensidad en función de la tensión" o
"Curvas del transistor"; más bien deben ser algo como "Característica v-i del diodo 1N4001" o "Característica de salida
del transistor 2N3055".
Debe además tenerse especial cuidado cuando existan valores que se alejen mucho de los valores esperados, y marcar
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Página IV
los mismos como dudosos para luego volver a analizarlos repitiendo la experiencia o descartándolos si existen otros
valores cercanos para poder asegurar que se trata de un error de medición.
10 - Cálculos
En este punto se debe ser específico. No hay que iniciar una sección con el título "Cálculo". Cálculo de que?. Es más
conveniente un encabezamiento como "Cálculo de las resistencias de polarización de la configuración emisor común".
Los demás cálculos auxiliares pueden realizarse en las páginas de la izquierda.
11 - Resultados
Uno de los objetivos fundamentales del trabajo de laboratorio es la verificación de la teoría e indicar cómo y cuando
esta se aplica a las situaciones prácticas. En general conviene representar simultáneamente los resultados esperados
teóricamente y los obtenidos prácticamente, indicando claramente cuál es cada uno, de modo de observar la correlación
entra la teoría y la práctica.
12 - Conclusiones
Es de gran importancia la anotación de las conclusiones. Aquí es donde se deben interpretar los resultados COMO
INGENIERO. Conviene evitar cosas como:
A) "Los resultados teóricos y prácticos coinciden bien".
B) "El gráfico de V en función de I es lineal desde I = 0,1
hasta I = 100".
En cambio, es recomendable presentar conclusiones como:
C)
"La causa de la gran discrepancia entre la frecuencia de corte superior calculada y la observada durante la
experiencia es la excesiva capacidad parásita y de conexionado presente. El valor de esta capacidad se estima en
4,2 pF".
D) "Si
se continuara este estudio, se propone medir correctamente la capacidad distribuida con el puente de
capacidades".
Como se ve, en las conclusiones deben figurar explicaciones sobre los resultados; propuestas de nuevas experiencias y
comentarios generales. Las mismas deben ser breves pero completas.
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TRABAJO
PRÁCTICO L1
DIODOS: CURVAS y
APLICACIONES
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Página 1
L1-1
Relevamiento de la curva característica del diodo de unión.
Objetivos:
Obtener la curva característica tensión-corriente real de un diodo común de juntura y
compararla con la teórica, explicando las posibles diferencias.
Familiarizarse con el manejo de componentes semiconductores y con el armado de circuitos
experimentales.
L1-1.1
Característica directa.
L1-1.1.1
Circuito a utilizar.
La figura 1 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado.
LAB. REAL
V
VD
R
VC
D
P
C
Figura 1
L1-1.1.3
PC
VD
V
L1-1.1.2
Datos.
P: Potenciómetro lineal de 5 KΩ.
R: Resistencia limitadora de 1 KΩ ; ¼ watt.
Vcc: Fuente de alimentación de 10 Volt.
D: Diodo de silicio tipo 1N4148.
VD1: Multímetro digital conectado para medir la caida de
tensión en R, que será proporcional a la corriente del
diodo.
VD2: Multímetro digital conectado para medir la
tensión en el diodo.
Realización de la mediciones.
Comenzar la experiencia con el eje del potenciómetro totalmente girado hacia un extremo, de forma tal que la
tensión en el punto medio o cursor del mismo sea nula (masa).
Variar la posición del eje del potenciómetro de forma de ir obteniendo distintos valores de tensión en el cursor
del potenciómetro.
Medir para cada posición del potenciómetro las tensiones en la resistencia R (proporcional a la corriente)
(VD2) y en el diodo (VD1). Tomar nota de estos valores en una tabla. Realizar como mínimo 10 mediciones.
Realizar un gráfico de VD versus ID en papel cuadriculado, utilizando las escalas adecuadas e indicando las
mismas en el gráfico.
L1-1.1.4
Análisis de los datos y conclusiones.
Realizar un breve análisis de los resultados obtenidos. Compararlos con los datos teóricos y, en caso de no
coincidir, explicar la causa de las posibles diferencias.
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Página 2
L1-1.2
Característica inversa.
L1-1.2.1
Circuito a utilizar.
La figura 2 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado. Obsérvese que este
circuito es similar al de la experiencia anterior, con la única diferencia de la polarización del diodo, por lo
tanto se sugiere utilizar el mismo circuito con la salvedad de "dar vuelta el diodo".
LAB. REAL
V
VD
R
VC
D
P
C
Figura 2
L1-1.2.3
PC
VD
V
L1-1.2.2
Datos.
P:
R:
Vcc:
D:
VD1:
Potenciómetro lineal de 5 KΩ.
Resistencia limitadora de 1 KΩ ; ¼ watt.
Fuente de alimentación de 10 Volt.
Diodo de silicio tipo 1N4148.
Multímetro digital conectado para medir
la caida de tensión en R, que será
proporcional a la corriente del diodo.
Multímetro digital conectado para medir la
VD2:
tensión en el diodo.
Realización de las mediciones.
Comenzar la experiencia con el eje del potenciómetro totalmente girado hacia un extremo, de forma tal que la
tensión en el punto medio del mismo sea nula (masa).
Variar la posición del eje del potenciómetro de forma de ir obteniendo distintos valores de tensión en el cursor
del potenciómetro.
Medir para cada posición del potenciómetro las tensiones en la resistencia R (proporcional a la corriente)
(VD2) y en el diodo (VD1). Tomar nota de estos valores en una tabla. Realizar como mínimo 10 mediciones.
Realizar un gráfico de VD versus ID en papel cuadriculado, utilizando las escalas adecuadas e indicando las
mismas en el gráfico.
L1-1.2.4
Análisis de los datos y conclusiones.
Realizar un breve análisis de los resultados obtenidos. Compararlos con los datos teóricos y, en caso de no
coincidir, explicar la posible causa de las diferencias.
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Página 3
L1-2 Relevamiento de la curva característica inversa del diodo zener.
Objetivos: Obtener la característica tensión-corriente del diodo zener y compararla con la curva teórica.
Verificar el fenómeno de tensión Zener.
L1-2.1
Circuito a utilizar.
La figura 3 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado. Obsérvese que este
circuito es prácticamente idéntico al de figura 1, con la salvedad de que en este caso se utilizará un diodo
zener, por lo que se sugiere utilizar el mismo circuito, pero reemplazando el diodo de unión por el zener.
Debe ponerse especial atención en que la potencia del diodo zener sea la especificada, y NO superior.
LAB. REAL
V
VD
R
VC
D
P
C
Figura 3
L1-2.3
PC
VD1
V
L1-2.2
Datos.
P: Potenciómetro lineal de 5 KΩ.
R: Resistencia limitadora de 1 KΩ ; ¼ watt.
Vcc: Fuente de alimentación de 10 voltios.
DZ: Diodo de zener de 3,3 a 5,1 voltios, ¼ watt.
VD1: Multímetro digital conectado para medir la caída de
tensión en R, que será proporcional a la corriente por el
diodo.
VD2: Multímetro digital conectado para medir la
tensión en el diodo.
Realización de las mediciones.
Comenzar la experiencia con el eje del potenciómetro totalmente girado hacia un extremo, de forma tal que la
tensión en el punto medio del mismo sea nula (masa).
Variar la posición del eje del potenciómetro de forma de ir obteniendo distintos valores de tensión en el cursor
del potenciómetro.
Anotar en una tabla los valores de las tensiones en el diodo zener (VD2) y en la resistencia R (VD2), la cual
será proporcional a la corriente que circula por el diodo zener obtenidos al ir girando el potenciómetro. Para
cumplir con los objetivos de la práctica, la tensión en el cursor del potenciómetro se deberá variar hasta por lo
menos 2 Volt por encima de la tensión de zener del diodo elegido. Realizar como mínimo un total de seis
mediciones.
Realizar un gráfico de VZ versus IZ en papel cuadriculado, utilizando las escalas adecuadas e indicando las
mismas en el gráfico.
NOTA:
En el informe se deberán incluir todas las características del diodo elegido (obtener los datos de la página web
del fabricante).
L1-2.4
Análisis de los datos y conclusiones.
Realizar un breve análisis de los resultados obtenidos. Compararlos con los datos teóricos y explicar las
posibles diferencias.
Calcular el valor de la resistencia dinámica (RD = ΔVZ / ΔIZ ) del diodo en la zona de regulación a partir del
gráfico.
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Página 4
L1-3 Circuitos recortadores dobles.
Objetivos: Verificar el funcionamiento como conmutador de los diodos rectificadores y zener y
comprender como se ve afectado el mismo con la variación de los parámetros del circuito.
L1-3.1
Recortador doble con diodos rectificadores.
L1-3.1.1 Circuito a utilizar.
La figura 4 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado.
L1-3.1.2 Datos.
PC
LAB. REAL
Osciloscopio
R1
R2
D2
D1
+
Vcc2
−
Generador
de señal
R1: 10 KΩ ; ¼ Watt.
R2: 1 KΩ ; ¼ Watt.
D1 y D2: Diodos de silicio tipo 1N4148.
Vcc1: Fuente de alimentación variable (negativa).
Vcc2: Fuente de alimentación variable (positiva).
Vcc1
Figura 4
L1-3.1.3 Realización de las mediciones.
L1-3.1.4
•
Colocar la tensión de la fuente Vcc1 en 7 volt y de Vcc2 en 1,5 volt.
•
Configurar el generador de señales para entrgar una señal triangular con una frecuencia de 1 KHz y variar la
amplitud de la onda para que exista recorte (superior e inferior).
•
Conectar un canal del osciloscopio a la entrada del circuito (generador de señal) y el otro canal del
osciloscopio a la salida (ánodo de D2).
•
Graficar lo observado en el osciloscopio.
•
Realizar el experimento nuevamente pero con Vcc2 = 0 y 3 Volt. Graficar los resultados.
Análisis de los datos y conclusiones.
Realizar un breve análisis de los datos obtenidos.
Explicar por qué se produce el efecto de recorte.
Verificar que el recorte se produzca a las tensiones previstas.
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Página 5
L1-3.2
Recortador doble con diodos zener.
L1-3.2.1 Circuito a utilizar.
La figura 5 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado. Debe ponerse especial
atención en que la potencia del diodo zener sea la especificada, y NO superior.
LAB. REAL
PC
OSC
G
A
GEN
B
R
DZ
L1-3.2.2
Datos.
R: 10 kΩ ; ¼ Watt.
DZ1: Diodo zener de 5,5 Volt ¼ W
DZ2: Diodo zener de 7,5 Volt ¼ W
GEN: Generador de funciones.
OSC: Osciloscopio.
DZ
Figura 5
L1-3.2.3
L1-3.2.4
Realización de las mediciones.
•
Configurar el generador de señales para entrgar una señal triangular con una frecuencia de 1 KHz y
variar la amplitud de la onda para que exista recorte (superior e inferior).
•
Graficar lo observado en el osciloscopio para dos valores distintos de amplitud.
•
Intercambiar los diodos y graficar lo que sucede para dos valores distintos de amplitud del generador.
Análisis de los datos y conclusiones.
Explicar las diferencias (ventajas y/o desventajas) entre un recortador con diodos zener y uno con diodos
comunes.
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Página 6
L1-4
Fuentes de alimentación de corriente continua.
Objetivos: Observar las formas de onda de la tensión de salida de un rectificador de onda completa tipo puente .
Analizar como varía la tensión de salida al variar las condiciones de carga y la constante de tiempo.
L1-4.1
Rectificador puente de onda completa sin regulación de tensión.
L1-4.1.1
Circuito a utilizar.
El circuito que se utilizará para la realización de esta práctica es el que se muestra en las figuras 4 y 4 A.
Ri
Ri
Figura 6 (LAB REAL)
L1-4.1.2
Datos.
T1:
P1:
R 1:
Ri:
C':
C":
D1-D5:
L1-4.1.3
L1-4.1.4
Figura 6A (P. C.)
Transformador 220V-12V.
Potenciómetro de 10KΩ.
470Ω / 1 Watt.
1Ω / 1/2 Watt.
10μF / 15V.
100μF / 15V.
Diodos rectificadores tipo 1N4001 o similar.
Mediciones.
A continuación se hace un listado de las mediciones que se deberán realizar. Para cada uno de los apartados
siguientes, se realizará una gráfica que muestre lo observado en el osciloscopio, con la escala adecuada.
•
Tensión de salida para dos valores distintos de P1 (mínimo y máximo). Graficar las dos curvas en la
misma gráfica e identificar cada una de ellas.
•
Ripple para P1 máximo y P1 mínimo (en el mismo gráfico).
•
Tensión sobre los diodos D1 y D2 (en el mismo gráfico).
•
Medir el ripple para distintos valores del capacitor (C y C") y para P1 mínimo. Realizar las dos curvas
en un mismo gráfico.
•
Conectar la punta del osciloscopio entre ambos bornes de la resistencia Ri, de forma de visualizar la
forma de onda de la caida de tensión sobre Ri, que será proporcional a la corriente que circula por D2.
Realizar esta medición para el valor mas grande del capacitor (100μF) y también para cuando dicho
capacitor esté desconectado. Graficar las formas de onda de la tensión en Ri en ambos casos. Tomar
nota de los valores pico de las tensiones medidas y calcular (a partir del valor de Ri), el valor pico de la
corriente que circula por el diodo D1.
Análisis de los datos y conclusiones.
Explicar por que varía la forma de onda de la tensión de salida al variar el valor del capacitor y/o la
resistencia de carga.
Explicar la diferencia entre los valores pico de la corriente que circula por D1 cuando el capacitor está
conectado y cuando está desconectado.
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Página 7
L1-4.2
Rectificador de onda completa con estabilización de tensión.
L1-4.2.1 Circuito a utilizar.
El circuito que se utilizará para la realización de esta práctica es el que se muestra en las figuras 5 y 5A.
NOTA:
Para la realización de esta experiencia de laboratorio es indispensable realizar el cálculo de la potencia
que deberá ser capaz de disipar el diodo zener con anterioridad a la realización de la práctica. Estos
cálculos deberán adjuntarse al informe de la práctica, como así también los datos completos (hoja de
datos) del diodo zener utilizado.
a
D1
Dz
D3
Línea
220 V
50 Hz
+
D1
D2
R1
Figura 7 (LAB REAL)
L1-4.2.2
T1:
P1:
R 1:
R 2:
C':
C'':
D1-D5:
Z:
L1-4.2.3
L1-4.2.4
D3
Dz
D4
R2
a
b
P1
C
D2
R2
D5
C
D4
b
P1
R1
Figura 7A (P. C.)
Datos
Transformador 220V-12V.
Potenciómetro de 10KΩ.
470Ω / 1Watt.
560Ω / 1Watt.
10μF / 15V.
100μF / 15V.
Diodos rectificadores tipo 1N4001 o similar.
Diodo zener 8 V y potencia de acuerdo a los cálculos realizados previamente.
Mediciones.
• Medir con el osciloscopio y graficar, para diferentes valores del capacitor y la resistencia de carga, las
formas de onda de las tensiones en ambos bornes de R2 respecto de masa, es decir entre el punto “a” y
masa y entre el punto “b” y masa.
•
Medir, con el multímetro digital, la tensión entre los bornes del diodo zener, para C = 10 μF.
•
Medir, con el multímetro digital, la corriente que circula por el diodo zener, para C = 100 μF.
•
Medir, con el osciloscopio y, con la configuración adecuada para obtener la mayor precisión posible, el
valor del ripple para C = 100 μF y P1 mínimo. Especificar este valor en el informe.
Análisis de los datos y conclusiones.
Comparar las gráficas obtenidas en esta experiencia con las obtenidas en la experiencia anterior, en lo
referente a calidad de la tensión de salida.
Realizar un gráfico de Vz versus Iz para el diodo adoptado (de acuerdo a hoja de datos), y marcar la zona de
trabajo de acuerdo a los valores medidos.
Calcular la potencia que realmente está disipando el diodo zener y compararla con la calculada, explicando
las posibles diferencias.
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Página 8
TRABAJO
PRÁCTICO L2
Amplificadores Básicos con
Transistores Bipolares
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L2 Amplificadores básicos con transistores bipolares.
Objetivos: Calcular el punto de operación de corriente continua y verificarlo prácticamente.
Medir las ganancias de tensión y corriente de los amplificadores en configuración emisor común y
colector común (seguidor de emisor) y compararlas.
L2-1
L2-1.1
Configuración base común.
Circuito a utilizar.
La figura 8 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado.
LAB. REAL
PC
A+
Ri
Ci
Vi
+
T
RC
RE
VCC
VEE
C
R
L2-1.2 Datos.
VCC: Fuente alimentación de 12V
VEE: Fuente alimentación de -12V
RC: 10 kΩ
RL: 5,1 kΩ
RE: 22 kΩ
Ri: 10 kΩ
Ci: 100 μF
CL: 100 μF
T: Transistor NPN tipo BC 337 o similar
Vi: Generador de funciones.
Figura 8
L2-1.3
Realización de las mediciones.
Configurar el generador de señal para que entregue una señal senoidal de frecuencia aproximada a 1kHz y una
amplitud de 1,5 V de pico.
Ganancia de tensión
•
•
•
Medir la tensión del punto “A” (entrada) con un canal del osciloscopio, y la tensión sobre RL (salida). Debe tenerse
en cuenta que la resistencia Ri se coloca solamente a los fines de adaptación de impedancias y por ese motivo se
considera la entrada de señal al circuito en el punto “A”.
Dibujar en un mismo gráfico las formas de onda de entrada y de salida. Prestar especial atención a la fase de la
tensión de salida respecto de la tensión de entrada.
Calcular la ganancia de tensión de manera adimensional y en decibeles según las expresiones siguientes:
AV =
vL
vi
⎛ vL
AV [ dB ] = − 20 log ⎜
10 ⎝ v
i
⎞
⎟
⎠
L2-1.4 Análisis de los datos y conclusiones.
Calcular en forma teórica la ganancia de tensión de este amplificador y compararla con la obtenida en forma experimental,
explicando las posibles diferencias.
Recordar que la tensión de entrada se midió sin tener en cuenta a Ri.
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Página 10
L2-2
Configuración emisor común.
L2-2.1 Circuito a utilizar.
La figura 9 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado.
LAB. REAL
R2
Cb
PC
RC
+
VCC
C
+
T
R1
R
+
R
C
L2-2.2 Datos.
VCC:
Rc:
RL:
Re:
Cb:
Ce:
CL:
T:
Fuente alimentación de 12V
1KΩ
1KΩ
100 Ω
100µF / 16 V
100µF / 16 V
100µF / 16 V
Transistor NPN tipo BC 337 o similar
Figura 9
L2-2.3 Cálculos auxiliares.
NOTA:
Para poder comenzar la realización de esta experiencia de laboratorio, es requisito indispensable, haber
realizado con anterioridad los cálculos de R1 y R2, para obtener máxima excursión simétrica de la
tensión en la resistencia de carga (RL). Asignarles a R1 y R2 el valor comercial de resistencia más próximo.
Adjuntar al informe los cálculos realizados en forma detallada.
L2-2.4
Realización de las mediciones.
a) Verificación de los cálculos de polarización
Alimentar el circuito con la tensión de corriente continua, sin conectar el generador de señales. Medir con el
multímetro la tensión colector-emisor del punto de polarización (VCEQ) y la caída de tensión sobre RC, que será
proporcional al valor de la corriente de colector de polarización (ICQ). Comprobar que sean similares a los valores
calculados de ICQ y VCEQ. Registrar estos datos.
Configurar el generador de señales para que entregue una señal sinusoidal de 1kHz y aumentar su amplitud hasta
observar recorte en la tensión de salida. Verificar que este recorte sea aproximadamente simétrico, de forma de
comprobar que el transistor se encuentra polarizado para máxima excursión simétrica.
b) Ganancia de tensión
Disminuir la amplitud de la señal de entrada hasta que no haya recorte a la salida. Dibujar en un mismo gráfico las
formas de onda de entrada y de salida. Prestar especial atención a la fase de la tensión de salida respecto de la
tensión de entrada.
Calcular la ganancia de tensión de manera adimensional y en decibeles según las expresiones siguientes:
AV =
vL
vi
⎛ vL
AV [ dB ] = − 20 log ⎜
10 ⎝ v
i
⎞
⎟
⎠
Realizar estos cálculos con el capacitor Ce conectado y con Ce desconectado.
c) Medición de potencia
Medir con el osciloscopio (para la máxima señal de entrada posible sin recorte), la tensión sobre la resistencia de
carga, y con el multímetro digital la corriente que entrega la fuente de alimentación.
Calcular las potencias correspondientes a cada uno de estos elementos y adjuntar estos datos al informe.
L2-2.5
Análisis de los datos y conclusiones.
Explicar a que se deben las posibles diferencias entre los valores de ICQ y VCEQ calculados y los observados.
Calcular (en forma teórica) la potencia disipada por el transistor y por la resistencia de carga, y la entregada por la
fuente de alimentación (Vcc). Comparar estos resultados con los obtenidos en L2.I-2.4 c)
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Página 11
L2-3
Configuración colector común.
L2-3.1
Circuito a utilizar.
La figura 10 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado.
PC
LAB. REAL
R1
Cb
Vcc
+
T
R2
+
C
R
L2-3.2 Datos.
VCC:
R L:
R E:
Cb:
C L:
T:
Fuente alimentación de 12V
1 KΩ
220 Ω
100 μF
100 μF
Transistor NPN (BC 337 o similar)
R
Figura 10
L2-3.3
NOTA:
Cálculos auxiliares.
Para poder comenzar la realización de esta experiencia de laboratorio, es requisito indispensable, haber
realizado con anterioridad los cálculos de R1 y R2, para obtener máxima excursión simétrica de tensión en
la resistencia de carga (RL). Asignarles a R1 y R2 el valor comercial de resistencia más próximo.
Adjuntar al informe los cálculos realizados en forma detallada.
L2-3.4
Realización de las mediciones.
a)
Verificación de los cálculos de polarización.
Alimentar el circuito con la tensión de corriente continua, sin conectar el generador de señales. Medir con el
multímetro la tensión colector-emisor del punto de polarización (VCEQ) y la caida de tensión sobre RC, que
será proporcional al valor de la corriente de colector de polarización (ICQ). Comprobar que sean similares a los
valores calculados de ICQ y VCEQ. Registrar estos datos.
Configurar el generador de señales para que entregue una señal sinusoidal de 1KHz y aumentar su amplitud
hasta observar recorte en la tensión de salida. Verificar que este recorte sea simétrico, de forma de comprobar
que el transistor se encuentra polarizado para máxima excursión simétrica.
b)
Ganancia de tensión
Disminuir la amplitud de la señal de entrada hasta que no haya recorte. Dibujar en un mismo gráfico las
formas de onda de entrada y de salida.
Calcular la ganancia de tensión de manera adimensional y en decibeles según las expresiones siguientes:
AV =
vL
vi
⎛ vL
AV [ dB ] = − 20 log ⎜
10 ⎝ v
i
⎞
⎟
⎠
Realizar estas mediciones y cálculos con CL conectado y luego cortocircuitándolo.
c)
L2-3.5
Medición de potencias.
Medir con el osciloscopio (para la máxima señal de entrada posible sin recorte a la salida), la tensión sobre la
resistencia de carga, y con el multímetro digital la corriente que entrega la fuente de alimentación.
Calcular las potencias disipadas por cada uno de estos elementos y adjuntar estos datos al informe.
Análisis de los datos y conclusiones.
Explicar a que se deben las posibles diferencias entre los valores de ICQ y VCEQ calculados y los observados.
Calcular (en forma teórica) la potencia disipada por el transistor y por la resistencia de carga, y la entregada
por la fuente de alimentación (Vcc).
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Página 12
TRABAJO
PRÁCTICO L3
Aplicaciones del transistor
de efecto de campo
Aplicaciones del transistor
bipolar
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Página 13
L3
Aplicaciones del transistor de efecto de campo.
Objetivos: Verificar prácticamente el punto de operación de corriente continua.
Obtener las ganancias de tensión, corriente y potencia de un amplificador fuente común.
Analizar el funcionamiento de una fuente de corriente con transistor de efecto de campo.
Analizar el funcionamiento del transistor de efecto de campo fuera de la zona lineal.
L3-1
Amplificador en configuración fuente común
L3-1.1
Circuito a utilizar
La figura 12 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones de este apartado.
PC
LAB REAL
RD
C
+
VCC
Ci
FE
R
Vi
RG
L3-1.2 Datos.
Ci = Cs = CL: Capacitor 100 :F / 16 volt
RG: Resistencia 2,2 MΣ; ¼ watt.
RL= RD: Resistencia 10 kΣ; ¼ watt.
RS: Resistencia 560 Σ; ¼ watt.
Vcc: Fuente de alimentación de 15 Volt.
FET: Transistor de efecto de campo 2SK246.
Vi: Generador de señal 0,3 volt pico a pico 10 kHz.
Distribución de patas del FET 2SK246
CS
RS
2SK246
Drenador (D)
Compuerta (G)
Fuente
(S)
Figura 12
NOTA: EN PC UTILIZAR EL FET BC264A
L3-1.3 Realización de las mediciones
a)
Punto de polarización.
Alimentar el circuito, medir con el multímetro digital la tensión drenador - fuente del punto de polarización
(VDSQ), la tensión sobre RD (que será proporcional a la corriente de drenador de polarización IDQ), y la tensión de
polarización de compuerta (VGSQ). Registrar estos datos.
b)
Ganancia de tensión
Ajustar la amplitud de la señal de entrada hasta que no haya distorsión en la tensión de salida. Medir los valores
de estas tensiones y dibujar en un mismo gráfico las formas de onda de entrada y de salida, respetando el
desfasaje si lo hubiese. Calcular las ganancias de tensión según las expresiones siguientes:
AV =
vL
vi
⎛ vL
AV [ dB ] = −20 log ⎜
10 ⎝ v
i
⎞
⎟
⎠
Realizar estos cálculos con el condensador CS conectado y con CS desconectado.
L3.I-1.4 Análisis de los datos y conclusiones.
Calcular el punto de operación teórico y compararlo con el observado en la práctica.
Graficar las rectas de carga de corriente continua y de corriente alterna.
Calcular la ganancia de corriente y expresarla en decibeles.
Calcular la ganancia de potencia y expresarla en decibeles.
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Página 14
L3-2
Fuente de corriente utilizando un transistor de efecto de campo
L3-2.1 Circuito a utilizar.
La figura 13 muestra el circuito que se utilizará en este apartado.
LAB. REAL PC
Datos.
RL: Potenciómetro lineal de 5 ó 10 kΣ.
RS: Resistencia de 1000 Σ ; ¼ watt.
Vcc: Fuente de alimentación de 15 Volt.
FET: Transistor de efecto de campo 2SK246.
AD: Multímetro digital conectado como amperímetro.
+ AD
00.000
RL
L3-2.2
VC
NOTA: En PC utilizar el FET BC264A
FET
RS
Figura 13
L3-2.3 Realización de las mediciones.
Medir la corriente de drenador del transistor para diferentes valores del potenciómetro RL y de la fuente de
alimentación.
Calibrar la tensión de la fuente de alimentación de continua a 15 voltios y variar solamente el valor del
potenciómetro, midiendo los valores de la corriente de drenador y la tensión drenador - surtidor. Tomar nota del
valor de RL y de la tensión drenador - surtidor para las cuales la corriente de drenador deja de ser constante.
L3-2.4 Análisis de los datos y conclusiones.
Explicar el principio de funcionamiento del circuito utilizado.
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Página 15
L3-3
Resistencia controlada por tensión utilizando un transistor de efecto de campo
L3-3.1 Circuito a utilizar.
La figura 14 muestra el circuito que se utilizará en este apartado.
PC
L AB. R E AL
Vi
R
VOU
–Vcc
P
L3-3.2 Datos.
P: Potenciómetro lineal de 5 KΩ.
R: Resistencia de 10 kΩ ; ¼ vatio.
–Vcc: Fuente de alimentación negativa de 5 Volt.
FET: Transistor de efecto de campo 2SK246.
FET
Figura 14
NOTA: En PC utilizar el FET BC264A
L3-3.3 Realización de las mediciones.
Polarizar la compuerta del transistor con una señal negativa de nivel bajo (del orden del voltio).
Aplicar una pequeña señal senoidal en la entrada (Vin) del circuito. Observar la amplitud de la tensión de salida en
el osciloscopio para diferentes valores de VGS.
L3-3.4 Análisis de los datos y conclusiones.
Realizar un breve análisis de los resultados obtenidos. Explicar el principio de funcionamiento de este circuito.
Proponer por lo menos dos aplicaciones prácticas para el mismo.
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Página 16
L3-4
Amplificador de simetría complementaria.
Objetivo: Comprender el funcionamiento de los amplificadores clase “B”.
Observar el fenómeno de distorsión por cruce.
L3-4.1 Circuito a utilizar.
La figura 15 muestra el circuito sobre el que se realizarán las mediciones.
PC
LAB. REAL
T1
b
RE
a
Vi
VCC
RL
L3-4.2 Datos.
VCC: 12 volts
RE: 47 Ω, 1/2 vatio
RL: 390 Ω
T1: Transistor NPN tipo BC 337 o similar.
T2: Transistor PNP tipo BC 327 o similar de hfe similar a T1.
Vi: Generador de señal senoidal.
c
RE
d
− VCC
T2
Figura 15
L3-4.3 Realización de las mediciones.
a) Medir las tensiones de alterna entre los bornes de RE, y entre colector y emisor de cada transistor, para distintos
v
valores de i.
b) Observar y graficar lo mas exactamente posible, el fenómeno de distorsión por cruce.
L3-4.4 Análisis de los datos y conclusiones.
- Explicar la causa de la distorsión por cruce y sugerir una forma de eliminarla.
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Página 17
L3-5
Multivibrador astable.
Objetivos: Analizar y comprender el funcionamiento del transistor en conmutación.
Observar las formas de onda de las tensiones en diferentes partes del circuito.
Calcular la frecuencia de oscilación en forma teórica y compararla con los resultados experimentales.
L3-5.1
Circuito a utilizar
La figura 16 muestra el circuito que se utilizará en esta experiencia.
LAB. REAL
RC
RB
RB
RC
C
C
T
L3-5.2
Datos
RC1 = RC2 = 1 kΩ
RB1 = 22 kΩ
RB2 = 44 kΩ
C1 = C2 = 680 pF
T1 = T2 = Transistores NPN de baja señal tipo BC 337 o similar
Vcc = 10 volt
VCC
T
Figura 16
L3-5.3
Realización de las mediciones
NOTA: Debido a que el modelo matemático utilizado por el software de simulación en PC no soporta el
funcionamiento de los transistores fuera de la zona lineal, no es posible la realización de esta experiencia
con el simulador.
a.
Conectar el circuito a la tensión continua de alimentación. Conectar el osciloscopio de forma de poder
visualizar las formas de onda de las siguientes señales:
•
•
•
•
•
•
Tensión en el colector de T1 respecto de masa.
Tensión en el colector de T2 respecto de masa.
Tensión en la base de T1 respecto de masa.
Tensión en la base de T2 respecto de masa.
Tensión entre los bornes de C1.
Tensión entre los bornes de C2.
Graficar todas las señales observadas en gráficas que tengan los orígenes del eje de tiempo alineado.
b.
Medir con la mayor precisión posible la frecuencia de oscilación y el ancho de cada semiperíodo.
L3-5.4 Análisis de los datos y conclusiones
•
•
•
•
Comparar las formas de onda observadas con las teóricas explicando las posibles diferencias.
Calcular la frecuencia teórica de oscilación y compararla con la medida explicando las posibles
diferencias.
Calcular en forma teórica los anchos de los semiperíodos y compararlos con los medidos, explicando
las posibles diferencias.
Proponer al menos 2 posibles usos para este circuito.
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Página 18
Componente
L1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
L2
L3
Capacitor cerámico 680 pF
2
1 1
Capacitor electrolítico 10 μF - 15 volt
1 1
2 3 2 3
Capacitor electrolítico 100 μF - 15 volt
Diodo 1N4148
1 1
2
Diodo zener 3,3 a 5,1 voltios 1/4 W
1
Diodo zener 5,5 voltios 1/4 W
1
Diodo zener 7,5 voltios 1/4 W
1
Diodo zener 8 voltios y potencia calculada
1
Diodos 1N4001
4 4
1 1
Potenciómetro 10 kΩ
1 1 1
1 1
Potenciómetro 5 kΩ
1
Resistencia 1 Ω − 1/2 watt
1 1 2
2
1
Resistencia 10 kΩ - 1/4 watt
1
Resistencia 100 Ω - 1/4 watt
1 1 1
1
2 1
1
2
Resistencia 1kΩ - 1/4 watt
Resistencia 2,5 kΩ - 1/4 watt
1
Resistencia 2,2 MΩ - 1/4 watt
1
1
Resistencia 22 kΩ - 1/4 watt
1
Resistencia 220 Ω - 1/4 watt
1
Resistencia 390 Ω - 1/2 watt
1
Resistencia 44 kΩ - 1/4 watt
2
Resistencia 47 Ω - 1/2 watt
1 1
Resistencia 470 Ω - 1 watt
1
Resistencia 5,1 kΩ - 1/4 watt
1
1
Resistencia 560 Ω - 1 watt
Transformador 220/12v - 500 mA
1 1
Transistor NPN tipo BC337 o similar
1 1 1
1 2
Transistor PNP tipo BC327 o similar
28
1
(complementario del BC337)
29 Transistor FET tipo 2SK246
1 1 1
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2013
CANTIDAD TOTAL NECESARIA
Ítem
Práctica
Curva directa diodo unión
Curva inversa diodo unión
Curva inversa diodo zener
Rectificador sin regulación
Rectificador con regulación
Recortador c/ diodos rectificadores
Recortador c/ diodos zener
Amplificador base común
Amplificador emisor común
Amplificador colector común
Amplificador fuente común
Fuente de corriente con FET
Resistencia cont. por tensión c/ FET
Amplif. sim. complementario
Multivibrador astable
Listado de componentes a utilizar:
2
1
3
2
1
1
1
1
4
1
1
1
2
1
3
2
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
2
1
1
Página 19