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• Miguel Mejia

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• Ingeniería Informática

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Curso Práctico de Electrónica RF Laboratorio de Electricidad y Electrónica Julio Cesar Garcia Alvarez Applied Electromagnetic Propagation Group Student 1: Student 2: Student 3: Student 4:

Index Amplificador Derivador, 70–74 Amplificador Diferencial, 79–80 Amplificador de instrumentación, 80– 83 Red generalizada con Amplificadores Operacionales, 81–83 Conclusiones, 87–88 Consideraciones para el Marco Experimental y Resultados, 226, 231– 232, 237, 247 Consideraciones para el informe final, 241–242, 244 Diseño, 229–231, 235–237, 246 Cálculo de Resistencias, 229–231 Cálculo de Transistores, 229 Diseño de la Etapa de Control, 236– 237 Diseño de Resistencias de Potencia, 236 Diseño de Transistores, 235–236 Tensiones y Corrientes de Carga, 235 Experimentación y Resultados, 156–160, 170–175 Experimental Setup and Results, 62– 64 Introducción, 163, 170 MATERIALES, 88 Marco Experimental, 108–109, 115–116, 121–122, 136–137, 143–144, 150– 151, 164–165, 182–183, 193–195, 204–205 Marco Teórico, 89–91 Red generalizada con Amplificadores Operacionales, 89–90 Marco experimental, 92–97, 212–216 Análisis de pequeña señal, 215–216 Análisis de polarización, 213–215

Calculo de elementos, 216 Circuito Sumador, 92 Propuesta, 240–241 Prueba en BJTs, 20–22 Resultados, 75–77, 83–84, 97–100, 110– 112, 116–118, 122–125, 128–130, 137–140, 144–147, 151–154, 166– 169, 184–186, 195–198, 206–208, 216–218 Circuito Sumador, 84 Montaje, 217–218 Simulación, 216–217 Simulación circuito BJT, 184 Simulación circuito FET, 185, 197, 207 Simulación, 241, 243 Slew Rate, 64–65 Amplificador con Red Reactiva, 67–69 Resultados de Simulación, 68–69 Amplificador Conmutador, 26–27 Amplificador Integrador, 74–75 Amplificador Inversor, 27 Amplificador NO inversor, 28–29 Análisis de Circuitos, 67, 69–70 Diseño, 67 Ganancia de Tensión, 67, 69 Respuesta en Frecuencia, 69–70 Respuesta paramétrica, 69 Resultados de Simulación, 67 Análisis de Frecuencia, 30–31 Análisis del Diodo en pequeña señal, 103–104 Circuito Diodo en Serie, 16 Circuitos Reguladores, 128 Clamper, 107–108 Conclusion, 225–226

3 | 256

Index

Conclusiones, 15–16, 31–32, 56–58, 65– 67, 77–79, 100–102, 112–114, 119– 120, 125–127, 133–135, 140–142, 147–149, 154–156, 160–163, 169– 170, 177–179, 188–190, 198–201, 209–212, 218–219, 226–228, 232– 234, 238–240, 242–245, 247 Consideraciones sobre los casos de estudio, 8–10 Control de Velocidad de un Motor de 12 Volts, 163–164 Diodo Varactor (A), 104–105 Diodo Varactor (B), 105–107 Diseño y puesta a prueba de red Π, 48– 51 Diseño y puesta aprueba de una red T, 51–55 Efecto de no-linealidad de los dispositivos electrónicos, 17–19 El paso de las prácticas al reporte, 6–7 Electronic Device Modeling, 41–43 Conclusion, 43 Mathematical Analysis, 41–42 Simulation Results, 43 Evolución tecnológica del amplificador operacional, 25–26 Frequency Analysis, 43–46 Conclusion, 45–46 Mathematical Analysis, 44 Simulation Results, 44 Introducción, 46, 88 Introduction, 70, 107, 114–115, 120–121, 135, 142, 149–150 Marco Experimental, 83 Marco Teórico, 222–223 Materiales y Puntos de Prueba, 7–8 Mediciones sobre parámetros reales del Amplificador Operacional, 58– 61 Relación de Rechazo en Modo Común, 59–60

4 | 256

Slew Rate, 60–61 Tensión Offset, 58–59 Medición de variables en un circuito eléctrico, 10–12 Medición en un sistema de dos puertos., 30 Metodología, 223–225 Parámetros de Impedancia, 46–48 Parámetros de Ganancia, 48 Parámetros híbridos para el diseño de amplificadores, 180–181, 191–193, 202–204 Configuración BJT en Base Común, 202–203 Configuración BJT en Colector Común, 191–192 Configuración BJT en Emisor Común, 180–181 Configuración FET en Compuerta Común, 203–204 Configuración FET en Drenaje Común, 192–193 Configuración FET en Fuente Común, 181 Procedimiento para diseño del proyecto, 37 Procedimiento para impresión del diseño, 37–41 Proyecto 1, 56 Proyecto: Mediciones sobre circuitos eléctricos, 12–13 Proyecto: Sistema de transmisión de energía, 13–15 Rectificadores, 102–103 Resultados, 85–86 Simulación y montaje en Protoboard, 36

Contents

Contents Index

3

Introducción

6

1 2 3

El paso de las prácticas al reporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Materiales y Puntos de Prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consideraciones sobre los casos de estudio . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ley de Ohm - Mediciones en un circuito eléctrico

1 2 3 4

Medición de variables en un circuito eléctrico Proyecto: Mediciones sobre circuitos eléctricos Proyecto: Sistema de transmisión de energía . Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

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Efecto No-Lineal de los Diodos Semiconductores

1 2

El Transistor de Efecto de Campo

Evolución tecnológica del amplificador operacional Amplificador Conmutador . . . . . . . . . . . . . . . Amplificador Inversor . . . . . . . . . . . . . . . . . Amplificador NO inversor . . . . . . . . . . . . . . .

22 25

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Medición de Parámetros en Redes de Dos Puertos (2)

1 2 3

20 22

Prueba en FETs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Modos de operación del Amplificador Operacional

1 2 3 4

16 17 19

Prueba en BJTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0.1

10 12 13 15 16

Circuito Diodo en Serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Efecto de no-linealidad de los dispositivos electrónicos . . . . . . . . . .

Análisis del Transistor de Juntura Bipolar

1

6 7 8

25 26 27 28 29

Medición en un sistema de dos puertos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Análisis de Frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30 30 31

Diseño, implementación y puesta a prueba de una Fuente de Tensión Dual. 32

1 2 3

Simulación y montaje en Protoboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Procedimiento para diseño del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Procedimiento para impresión del diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36 37 37

5 | 256

Contents

Medición de Parámetros en Redes de Dos Puertos (2)

1

2

Electronic Device Modeling . . 1.1 Mathematical Analysis . 1.2 Simulation Results . . . 1.3 Conclusion . . . . . . . Frequency Analysis . . . . . . . 2.1 Mathematical Analysis . 2.2 Simulation Results . . . 2.3 Conclusion . . . . . . .

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41

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Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos)

1 2 3 4

5 6

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Parámetros de Impedancia . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Parámetros de Ganancia . . . . . . . . . . . . . . Diseño y puesta a prueba de red Π . . . . . . . . . . . . Diseño y puesta aprueba de una red T . . . . . . . . . . 4.1 Impedancias de entrada, salida y transferencia 4.2 Ganancia directa e inversa de transmisión . . Proyecto 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Amplificador Operacional: Parámetros reales

1

2

3 4

2

Mediciones sobre parámetros reales del Amplificador Operacional 1.1 Tensión Offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Relación de Rechazo en Modo Común . . . . . . . . . . . . 1.3 Slew Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Experimental Setup and Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Imperfecciones DC: Tensión offset interna . . . . . . . . . 2.2 Rechazo en Modo Común . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Slew Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Análisis de Circuitos . . . . . . . 1.1 Ganancia de Tensión . . . 1.2 Diseño . . . . . . . . . . . 1.3 Resultados de Simulación Amplificador con Red Reactiva . 2.1 Resultados de Simulación

6 | 256

Análisis de Circuitos . . . . . . 1.1 Ganancia de Tensión . . 1.2 Respuesta paramétrica . 1.3 Respuesta en Frecuencia

46 46 48 48 51 54 55 56 56

58 58 59 60 62 62 63 64 65 67

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Amplificador Diferencial

1

46

58

Amplificadores

1

41 41 43 43 43 44 44 45

67 67 67 67 67 68 69

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69 69 69 69

Contents

Amplificador Operacional en modo Derivador

1 2

70

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Amplificador Derivador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Amplificador Operacional Integral

1 2 3

Amplificador Integrador . . . . . 1.1 Amplificador Integrador Resultados . . . . . . . . . . . . . Conclusiones . . . . . . . . . . . .

74

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Amplificador Sumador, Diferencial y de Instrumentación

1 2 3 4

5 6

Amplificador Diferencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Amplificador de instrumentación . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Red generalizada con Amplificadores Operacionales Marco Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Amplificador NO inversor . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Circuito Sumador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

5

6

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. . . . . . . . . .

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MATERIALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Marco Teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Red generalizada con Amplificadores Operacionales . . 3.2 Sistema de Ecuaciones Lineales . . . . . . . . . . . . . . Marco experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Circuito Sumador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Sistema de ecuaciones lineales ejemplo . . . . . . . . . 4.3 Sistema de ecuaciones lineales propuesto . . . . . . . . Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Circuito Sumador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Simulación del sistema de ecuaciones lineales ejemplo 5.3 Sistema de ecuaciones lineales propuesto . . . . . . . . Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Aplicaciones con Diodos

1

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79 80 81 83 83 83 83 84 85 87 88

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. 88 . 88 . 89 . 89 . 90 . 92 . 92 . 93 . 95 . 97 . 97 . 98 . 99 . 100 102

103

Análisis del Diodo en pequeña señal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Aplicaciones con Diodos (C)

1

. . . . . . . . . .

Rectificadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

Aplicaciones con Diodos (B)

1

74 75 75 77 79

Sumador-Restador y Sistemas Lineales

1 2 3

70 70

104

Diodo Varactor (A) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

7 | 256

Contents

Aplicaciones con Diodos (D)

1

105

Diodo Varactor (B) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

Clamper circuit

1 2 3

4

5

107

Introduction . . . . . . . . . Clamper . . . . . . . . . . . Marco Experimental . . . . 3.1 Materiales . . . . . . 3.2 Circuito levantador Resultados . . . . . . . . . . 4.1 Simulación . . . . . 4.2 Montaje . . . . . . . Conclusiones . . . . . . . . .

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Clipper Circuit

1 2 3

4

Introduction . . . . . Marco Experimental 2.1 Materiales . . Resultados . . . . . . 3.1 Simulación . 3.2 Montaje . . . Conclusiones . . . . .

114

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Voltage Doubler

1 2

3

4

Introduction . . . . . . . . Marco Experimental . . . 2.1 Materiales . . . . . 2.2 Circuito doblador Resultados . . . . . . . . . 3.1 Simulación . . . . 3.2 Montaje . . . . . . Conclusiones . . . . . . . .

2

3

. . . . . . . .

. . . . . . . .

Circuitos Reguladores . . . . 1.1 Materiales . . . . . . . 1.2 Parámetros del Diodo Resultados . . . . . . . . . . . 2.1 Simulación . . . . . . 2.2 Montaje . . . . . . . . Conclusiones . . . . . . . . . .

Compuerta OR con Diodos

1

8 | 256

114 115 116 116 116 117 119 120

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Circuitos rectificadores mediante el uso de diodos

1

107 107 108 108 109 110 110 110 112

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120 121 122 122 122 122 123 125 127

128 128 128 128 128 130 133 135

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

Contents

2

3

4

Marco Experimental . . . 2.1 Materiales . . . . . 2.2 Compuerta Lógica Resultados . . . . . . . . . 3.1 Simulación . . . . 3.2 Montaje . . . . . . Conclusiones . . . . . . . .

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Compuerta AND usando Diodos

1 2

3

4

142

Introduction . . . . . . . . Marco Experimental . . . 2.1 Materiales . . . . . 2.2 Compuerta Lógica Resultados . . . . . . . . . 3.1 Simulación . . . . 3.2 Montaje . . . . . . Conclusiones . . . . . . . .

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Limiter Circuit using Zener Diode

1 2 3

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Introduction . . . . . Marco Experimental 2.1 Materiales . . Resultados . . . . . . 3.1 Simulación . 3.2 Montaje . . . Conclusiones . . . . .

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Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Control de Velocidad de un Motor de 12 Volts Marco Experimental . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Control de Velocidad . . . . . . . . . . Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Simulación . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Montaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Experimentación y Resultados 1.1 Simulación . . . . . . . 1.2 Variación Capacitor CF 1.3 Variación Resistencia R Conclusiones . . . . . . . . . . .

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4

5

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Motor-speed Control by Opto-couplers

1 2 3

142 143 143 144 144 144 144 147 149

Circuitos reguladores mediante el uso de diodos

1

136 136 137 137 137 137 140

156 158 158 158 160 163

163 163 164 164 165 166 166 166 169

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Contents

Circuitos reguladores mediante el uso de diodos y transistores

1 2

3

Introducción . . . . . . . . . . . Experimentación y Resultados 2.1 Simulación . . . . . . . 2.2 Variación Capacitor CF 2.3 Variación Resistencia R Conclusiones . . . . . . . . . . .

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Amplificadores con Transistores: Emisor/Fuente Común

1

2

3

4

Parámetros híbridos para el diseño de amplificadores 1.1 Configuración BJT en Emisor Común . . . . . 1.2 Configuración FET en Fuente Común . . . . . Marco Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Emisor Común . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Fuente Común . . . . . . . . . . . . . . . . . . Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Simulación circuito BJT . . . . . . . . . . . . . 3.2 Montaje circuito BJT . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Simulación circuito FET . . . . . . . . . . . . . 3.4 Montaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Amplificadores con Transistores: Colector/Drenaje Común

1

2

3

4

Parámetros híbridos para el diseño de amplificadores 1.1 Configuración BJT en Colector Común . . . . 1.2 Configuración FET en Drenaje Común . . . . Marco Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Colector Común . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Drenaje Común . . . . . . . . . . . . . . . . . Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Simulación circuito BJT . . . . . . . . . . . . . 3.2 Montaje circuito BJT . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Simulación circuito FET . . . . . . . . . . . . . 3.4 Montaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

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Parámetros híbridos para el diseño de amplificadores 1.1 Configuración BJT en Base Común . . . . . . . 1.2 Configuración FET en Compuerta Común . . Marco Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Base Común . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

180 180 181 182 182 183 183 184 184 184 185 186 188 190

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Amplificadores con Transistores: Base/Compuerta Común

1

170 170 171 173 175 177

191 191 192 193 193 194 194 195 195 196 197 198 198 201

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202 202 203 204 204 205

Contents

3

4

2.3 Compuerta Común . . . Resultados . . . . . . . . . . . . . 3.1 Simulación circuito BJT . 3.2 Montaje circuito BJT . . 3.3 Simulación circuito FET . 3.4 Montaje . . . . . . . . . . Conclusiones . . . . . . . . . . . .

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Amplificador de dos etapas usando BJT

1

2

3

Marco experimental . . . . . . . 1.1 Análisis de polarización . 1.2 Análisis de pequeña señal 1.3 Calculo de elementos . . Resultados . . . . . . . . . . . . . 2.1 Simulación . . . . . . . . . 2.2 Montaje . . . . . . . . . . Conclusiones . . . . . . . . . . . .

205 206 206 206 207 208 209 212

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212 213 215 216 216 216 217 218

Silicon-Controller-Rectifier

219

Ruido

222

1 2 3

Marco Teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 Metodología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

Caso de Estudio: Efecto Wah

1 2

226

Consideraciones para el Marco Experimental y Resultados . . . . . . . 226 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

Caso de Estudio: Control de Motor para ventilador

1

2 3

Diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Cálculo de Transistores . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Cálculo de Resistencias . . . . . . . . . . . . . . . . . Consideraciones para el Marco Experimental y Resultados Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Caso de Estudio: Cargador de Baterías

1

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Diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Tensiones y Corrientes de Carga . . . . . . . . . . . . 1.2 Diseño de Transistores . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Diseño de Resistencias de Potencia . . . . . . . . . . 1.4 Diseño de la Etapa de Control . . . . . . . . . . . . . Consideraciones para el Marco Experimental y Resultados Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

229 229 229 231 232 234

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235 235 235 236 236 237 238

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Contents

Medidor de proximidad utilizando Sensor Infrarojo

1 2 3 4

Propuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . Simulación . . . . . . . . . . . . . . . . Consideraciones para el informe final Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . .

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Sensor de Sonido

1 2 3

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240 241 241 242 243

Simulación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 Consideraciones para el informe final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Caso de Estudio: Amplificador FET de dos etapas

1 2 3

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240

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Diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 Consideraciones para el Marco Experimental y Resultados . . . . . . . 247 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

Introducción

Introducción Este cuaderno es una recopilación de prácticas realizadas en las instalaciones del Laboratorio de Electricidad y Electrónica. Cada reporte es elaborado de tal forma que el estudiante formule un informe de laboratorio, solo dedicándose a llenar los conceptos, resultados y conclusiones. Esto le permite al estudiante enfocarse en el análisis de los resultados experimentales en el momento de elaboración de un informe. Así, le enseña al estudiante a formular un reporte técnico. En cada experimento se da un análisis completo de un dispositivo electrónico basado en los conociemientos de clase. Adicional, el estudiante incrementa su capacidad de cálculo en el diseño de circuitos.

1 El paso de las prácticas al reporte Es importante aclarar que el reporte técnico no es un simple formulario, donde los estudiantes solo deben llenar los datos. Por el contrario, el estudiante puede guiarse a través de estas prácticas libro para poder elaborar de forma coherente un reporte técnico o documento de investigación. Existen dos tipos de reporte técnico: (i) el reporte corto y (2) el reporte completo. La estructura general del reporte corto se elabora de la siguiente manera: • Responder secuencialmente cada actividad propuesta, es decir, escribir los enunciados de cada actividad y a continuación explicar la solución. Esta solución cuenta con la descripción de los datos registrados durante la realización de la actividad. Además, debe existir una descripción del procedimiento matemático y/o metodológico: la forma como se realizó, el procedimiento de cálculo y la respectiva descripción de los resultados obtenidos. • Analizar los datos. Cada actividad incluye tablas, figuras y cualquier otro tipo de representación de los datos numéricos recolectados. La inclusión de este análisis ayuda a una comprensión del significado de los datos, y facilitan interpretación de los datos ofrecidos. Así, cada figura, algoritmo y tabla que se presente en cada actividad debe ser claramente explicada y ser coherente con la solución de la actividad. • Existe una sección de conclusiones, aparte de la sección de actividades. En esta sección se evalúan y discuten los resultados obtenidos. La conclusión debe quedar integrada en un solo párrafo (en prosa), a

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Introducción

pesar que existen actividades detalladas en esta sección. En detalle, el estudiante explica aquí si el diseño original ha sido cambiado o ajustado de acuerdo con los datos recogidos durante el experimento. Al final de esta sección, el estudiante explica en que podría modificarse el experimento y qué podría hacerse para ampliar tal experimento en el futuro. Para desarrollar un reporte completo, se debe insertar la respuesta a cada una de las actividades dentro de la siguiente estructura: • Introducción. Define el problema a ser resuelto en la actividad. Además, ilustra los experimentos a desarrollar. • Marco Teórico. En este caso es el estudiante que, a través de una preparación previa del tema, determina un estado del arte alrededor del problema. • Metodología Propuesta. En este caso, basado en lo entregado del experimento, propone el método para resolver/evidenciar el problema. • Experimento. Cada experimento cuenta con su merco experimental y resultados. El estudiante debe describir el procedimiento en detalle, explicando lo realizado durante el experimento. Incluye detalles extensos para que los lectores puedan replicar el experimento en el futuro. Debe exponerse el procedimiento de forma suficientemente explícita con un paso para que otros puedan realizar el mismo experimento y comprobar la validez de los resultados. • Conclusiones. Evalúa y discute los resultados obtenidos, contrastándolo con la introducción.

2 Materiales y Puntos de Prueba Es importante aclarar, que este cuaderno de laboratorios es específico para el área de Telecomunicaciones, razón por la cual también requiere de equipo especializado. Algunos elementos que son necesarios para el adecuado desempeño de las actividades se ilustran a continuación: • MATLAB u otro software de simulación, • Generador de Señales, • Osciloscopio de dos canales, • Sistema de Tranmisión en Banda Base, con sus respectivos elementos de tranmisión, por ejemplo, Cable Coaxial o Par Trenzado. El Entrenador de Comunicaciones analógicas PROMAX EC-696 es usado para este experimento, pero puede usarse otro entrenador estándar.

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Introducción

Se debe entregar un informe escrito en LaTex y un video sobre el desarrollo del montaje y la solución planteada para ajustarse a los parámetros de diseño. La simulación debe hacerse con los valores reales obtenidos en el mercado. La implementación se debe hacer sobre circuito impreso PCB, incluyendo puntos de acceso a la medición (Jacks en lo posible). No se aceptan placas universales o prefabricados. El protoboard solo se usará para efectos de ensayo. El protoboard solo se usará para efectos de ensayo. La simulación se realiza en Proteus ISIS y el PCB en Proteus ARES. Sin embargo, el diseño puede realizarse con algún otro programa de simulación y diseño. La Tabla 1 ilustra los puntos de prueba dispuestos en el circuito y la variable medida. Punto de Prueba TP1 TP2 TP3 TP4

Variable

Table 1: Ejmeplo de Puntos de Prueba

3 Consideraciones sobre los casos de estudio Los Casos de Estudio contemplan trabajos adicionales a la completación del reporte técnico. Para ello, el estudiante debe generar, además del reporte técnico, los siguientes informes: 1. Cotización de los equipos utilizados en el reporte técnico, con precios y desde una empresa consituída, incluyendo cotización de mano de obra y costo de ingeniero(s), además de alquileres de equipos y espacios; 2. Propuesta de licitación sobre la implementación de la red a considerar, en una región real. Adicional, esto debe ser propuesto bajo una empresa de nombre propuesta por el grupo o ya constituída, si existe. Lo particular sobre los Casos de Estudio, es que abordan los problemas en Telecomunicación desde un punto de vista sistémico. Este trabajo contiene las siguientes secciones: Introducción Planteamiento del Problema/ Marco Teórico Marco Experimental Así, cada trabajo complementa al anterior, así que se ilustra a continuación los pasos desde el principio. La introducción debe ser escrita de forma corrida, es decir, sin interrupción o viñetas. Esta sección consiste de: 1. Busqueda de información a través de

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Introducción

palabras clave. 2. Relación de al menos tres trabajos publicados en los últimos 5 años. Estos trabajos deben estar publicados en bases de datos como IEEEXplore, SCOPUS o ScienceDirect. 3. El planteamiento del problema, que se compone de alguno de los dos siguientes aspectos: 3.1. Lo que los tres trabajos publicados no han podido resolver. 3.2. Una mejora o cambio de aplicación de lo realixzado por estos tres trabajos.Esto permite elaborar la propuesta (objetivo del trabajo), que es la parte final de la introducción. El planteamiento del problema se reparte en el documento de la siguiente forma: 1. El problema explicado de forma general y resumida, en la sección de introducción. 2. El problema y la propuesta, expandidas en el Background (Marco Teórico) y la propuesta (Proposed method). Para la parte 1. Cuando se escribe el problema en la introducción, ésta debe ser escrita de forma corrida, es decir, sin interrupción o viñetas. Esta sección debe relacionarse con los tres trabajos publicados en los últimos 5 años. Como antes, estos trabajos deben estar publicados en bases de datos como IEEEXplore, SCOPUS o ScienceDirect. Así, se permite elaborar la propuesta (objetivo del trabajo), que es la parte final de la introducción. Para la parte 2. El planteamiento del problema se compone de alguno de los dos siguientes aspectos: 2.1. Lo que los tres trabajos publicados no han podido resolver. 2.2. Una mejora o cambio de aplicación de lo realizado por estos tres trabajos. Como el problema tiene que ver con sistemas de comunicación, los siguientes aspectos se van a considerar en este trabajo: a. Las características de la fuente: Ancho de Banda en Banda Base; Frecuencia de operación (modulación) en sus aplicaciones más comúnes; Análoga/Digital? Aleatoria/Determinística? b. Las características del canal: Ancho de banda del Canal(Si la modulación es análoga) Capacidad del Canal (Si la modulación es digital). Esquema de modulación a utlizar. Problemas debido al canal. c. Modelo del ruido: Gaussiano/Weibull/Uniforme? Qué tipo de interferencias se presentan? cómo afectan éstas el esquema de modulación? d. Problemas que se esperan: Caída de la señal, pérdida de SNR, baja fidelidad, errores de transmisión. Hasta este punto, resultan tres secciones: Introduction, Background y Proposal. A continuación, se añade el Marco Experimental. En Sistemas de Comunicaciones, esta sección identifica tres grupos: 1. Variación de la Señal por Ruido. Evidenciado por Distorsión de la Señal, Aliasing y dsiparidades estadísticas. 2. Disparidad en los datos. Evidenciado por la Interferencia Inter-Símbolos, la Tasa de Error de Bits y la medición de Paquetes Perdidos. 3. Los "Cuellos de Botella" en el Canal. Evidenciado por el crecimiento en el consumo del ancho de banda y las limitaciones dados por la relación BER contra Eb/No. Con lo anterior, se describe un párrafo breve de cada uno de estos problemas, y se amplía en el caso que corresponda al caso de estudio, justificando su relación.

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Ley de Ohm - Mediciones en un circuito eléctrico

Ley de Ohm - Mediciones en un circuito eléctrico La corriente que pasa por un circuito eléctrico es dependiente de la configuración de los elementos conectados a él. En este trabajo se ilustra el comportamiento lineal de los resistores y solución de circuitos serie-paralelo. Además, se ilustra cómo el cambio de los elementos involucrados en el circuito afectan la corriente que pasa a través de ellos. Se usa el análisis de circuitos mediante la Ley de Ohm.

1 Medición de variables en un circuito eléctrico El análisis básico de un circuito empieza con la descripción del circuito a partir de sus Mallas y Nodos. Para demostrar la linealidad del dispositivo resistivo, se realiza una serie de circuitos con cargas resistivas y una sola fuente. Actividad 1.1 Defina las características de una malla y un nodo en un circuito eléctrico. Determine el número de mallas y nodos del circuito de la Fig. 1(c). Actividad 1.2 Para el circuito de la Fig. 1(a), con los valores R = 330, 470, 680, 1k y 2.2kΩ, y Vs = 9 Volts, calcule el valor de la corriente I, mediante los siguientes métodos: 1. Realizando el montaje del circuito en laboratorio (corriente I (1)), usando un amperímetro. Describir el procedimiento de medición. 2. Utilizando una herramienta computacional (corriente I (2)). Describa el algoritmo de cálculo. 3. Utilizando un programa de simulación de circuitos (corriente I (3)). Ilustre el diagrama esquemático con el valor resultante. Actividad 1.3 Calcule el valor promedio de corriente para cada uno de los valores de resistencia definidos, utilizando la Ec. (1). Calcule la potencia entregada a la ¯ resistencia utilizando P1 = Vs · I. 1 3 I¯ = ∑ ( I (n)) (1) 3 n =1 Actividad 1.4 Llenar la Tabla 1 con los resultados de este experimento. Actividad 1.5 Para el circuito de la Fig. 1(b), con Rs = 150Ω, R L = 330, 470, 860, 1k y 2.2kΩ, y Vs = 9 Volts, calcule el valor de la corriente Is , mediante los siguientes métodos:

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Ley de Ohm - Mediciones en un circuito eléctrico

IsI+

+ Vs R -

V -

(a) Circuito simple con una única carga

Is-

+ Rs -

+

+ RL

-

-

(b) Circuito en serie

+ Rs -

+

+ RA

IA

Vs -

?

+ RB

IB

-

? -

(c) Circuito en paralelo Figure 1: Circuitos de prueba. Los materiales usados para estos montajes son cable estándar, protoboard, resistencias con los valores diseñados, fuente estándar de laboratorio y Multímetro

R (Ω) 330 470 680 1k 2.2k

I (1)

I (2)

I (3)

I¯

P1

Table 1: Resultados para el circuito de la Fig. 1(a), con V = 9 Volts. Las medidas de corriente I están en mAmperes, el cálculo de la potencia total P1 del circuito está en mWatts.

1. Realizando el montaje del circuito en laboratorio (corriente Is (1)), usando un amperímetro. Describir el procedimiento de medición. 2. Utilizando una herramienta computacional (corriente Is (2)). Describa el algoritmo de cálculo. 3. Utilizando un programa de simulación de circuitos (corriente Is (3)). Ilustre el diagrama esquemático con el valor resultante. Actividad 1.6 Calcule el valor promedio de corriente para cada uno de los valores de resitencia definidos, utilizando la Ec. (2). Calcule la potencia suministrada por la fuente utilizando P2 = Vs · I¯s 1 3 I¯s = ∑ ( Is (n)) 3 n =1 Actividad 1.7 Llenar la Tabla 2 con los resultados de este experimento.

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(2)

Ley de Ohm - Mediciones en un circuito eléctrico

R L (Ω) 330 470 680 1k 2.2k

Is (1)

Is (2)

Is (3)

I¯s

P2

Table 2: Resultados para el circuito de la Fig. 1(b), con Rs = 150Ω, y Vs = 9 Volts. Las medidas de corriente Is están en mAmperes, el cálculo de la potencia total P2 del circuito está en mWatts.

Actividad 1.8 Para el circuito de la Fig. 1(c), con Rs = 150Ω, R A = 2.2kΩ, R B = 330, 470, 860, 1k y 2.2kΩ, y Vs = 9 Volts, calcule el valor de la corriente Is , mediante los siguientes métodos: 1. Realizando el montaje del circuito en laboratorio (corriente Is (1)), usando un amperímetro. Describir el procedimiento de medición. 2. Utilizando una herramienta computacional (corriente Is (2)). Describa el algoritmo de cálculo. 3. Utilizando un programa de simulación de circuitos (corriente Is (3)). Ilustre el diagrama esquemático con el valor resultante. Actividad 1.9 Calcule el valor promedio de corriente para cada uno de los valores de resitencia definidos, utilizando la Ec. (2). Calcule la potencia suministrada por la fuente utilizando P3 = Vs · I¯s Actividad 1.10 Llenar la Tabla 3 con los resultados de este experimento. R B (Ω) 330 470 680 1k 2.2k

Is (1)

Is (2)

Is (3)

I¯s

P3

Table 3: Resultados para el circuito de la Fig. 1(c), con Rs = 150Ω, R A = 2.2kΩ, y Vs = 9 Volts. Las medidas de corriente Is están en mAmperes, el cálculo de la potencia total P3 del circuito está en mWatts.

2 Proyecto: Mediciones sobre circuitos eléctricos La Fig. 2 muestra un circuito eléctrico, del que solo se tienen las mediciones de la Tabla 4.

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Ley de Ohm - Mediciones en un circuito eléctrico

Iπ-

+Vπ − +V12 −

+V21 − -

-

+ I11

I12

V11

?−

I3

+ V3 ?−

I21

I22

+ V22 ?−

Figure 2: Circuito Table 4: Diseño del circuito de prueba

Elemento X11 X22 Xπ X12 X21 X3

Medición V11 = 6.31Volt, I11 = 7.33mAmpére V22 = 5.31Volt, I22 = 24.2mAmpére Vπ = 1 Volt, Iπ = 9.92mAmpére V12 = −5.69Volt, I12 = −17.3mAmpére V21 = 6.69Volt, I21 = 14.2mAmpére V3 = 12Volt, I3 = −31.5mAmpéres

¿X =(Fuente/Carga)?

Valor de X

Actividad 2.1 1. Elabore un algoritmo que detecte si los elementos del circuito son fuentes o cargas y que calcule el valor de la resistencia en caso que el elemento sea una carga, utilizando como datos de entrada los que aparecen en la Tabla 4. Con estos datos llene la columna correspondiente en la Tabla 4. 2. Realice el montaje del circuito, con los valores de las fuentes y las resistencias calculadas. Realice las mediciones de tensión y corriente y compruebe que coincide con los valores de la Tabla 4, llenando los espacios correspondientes en la Tabla 5. 3. Utilizando un programa de simulación de circuitos eléctricos, realice la simulación del circuito con los valores de las fuentes y las resistencias calculadas. Ilustre el diagrama esquemático del circuito, con los valores resultantes, y llene los valores correspondientes en la Tabla 5.

3 Proyecto: Sistema de transmisión de energía Un sistema de propulsión usa un circuito de dos elementos, como se ilustra en la Fig. 3(a). El elemento X1 es una fuente que provee una energía de w = 40m Joules desde el estado t > 0. El elemento X2 es un elemento no lineal, debido a que la corriente medida es: i (t) = D exp(−t/60) mAmpéres y la tensión aplicada a ella es v2 (t) = B exp(−t/60) Volts. De acuerdo con

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Ley de Ohm - Mediciones en un circuito eléctrico

Table 5: Medición del circuito de pureba

Elemento

Medición (Montaje) V (Volt) I (mAmpére)

Medición (Simulación) V (Volt) I (mAmpére)

X11 X22 Xπ X12 X21 X3 especificaciones de seguridad, la máxima magnitud de la corriente se limita a max( D ) = 1mAmpére.

(a) Modelo

(b) Circuito Figure 3: Sistema de transmisión de energía

Actividad 3.1 Calcule el valor de energía, utlizando: w=

Z ∞ 0

i (t)v2 (t)dt

Actividad 3.2 Calcule el valor D y B y realice el algoritmo que ilustre la gráfica de corriente y tensión de acuerdo con estos valores, utilizando una herramienta computacional. Describa el comportamiento del circuito utilizando la gráfica relacionada. En la Fig. 3(b) se describen los elementos X1 y X2 de la Fig. 3(a) de forma explícita, donde X1 es una fuente de valor B, con una resistencia Rs y condensador electrolítico de valor C conectados en serie. Además, el elemento X2 es una resistencia de valor R L . En el tiempo t < 0, el interruptor se encuentra cerrado, cargando así el condensador. Actividad 3.3 Para el circuito de la Fig. 3(b), con Rs = 470Ω, calcule el valor de la resistencia R L y del condensador C mediante la ecuación:   t i (t) = D exp − RL C Quedando R L C = 60. Asigne arbitrariamente un valor de capacitancia comercial, entre 1000µ y 4700µ Farads, para hallar el valor de la resitencia R L

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Ley de Ohm - Mediciones en un circuito eléctrico

Actividad 3.4 Realice las gráficas para i (t) y v2 (t), comprobando así que el diseño realizado fué correcto, utilizando los siguientes métodos: 1. Realizando el montaje del circuito en laboratorio, utilizando el siguiente procedimiento de medición: • Colocar el amperímetro para la medición de la corriente que pasa por la resistencia R L (i R L ) y las sondas del osciloscopio para la graficación de la tensión en el condensador C (VC ). • Cerrar el interruptor hasta que i R L = D y VC = B. • Acto seguido, abrir el interruptor y medir con el amperímetro el valor i R L durante el lapso de 60 segundos y registre estos resultados en una gráfica. De igual forma, registre la gráfica que resulta del osciloscopio. 2. Utilizando una herramienta computacional. Describa el algoritmo de cálculo y grafique las curvas de tensión y corriente resultantes. 3. Utilizando un programa de simulación de circuitos. Ilustre el diagrama esquemático con los valores resultantes.

4 Conclusiones Al finalizar este laboratorio, realice una sección de conclusiones, completando las siguiente actividades: Actividad 4.1 Defina la relación entre Voltaje y Energía, entre Corriente y Carga, y entre Potencia y Resistencia. Actividad 4.2 Explique la razón física por la cual la corriente I cambió con respecto al valor de la resistencia R en el circuito de la Fig. 1(a). Actividad 4.3 Explique el efecto de las resistencias en serie sobre la corriente Is en el circuito de la Fig. 1(b). Actividad 4.4 Con respecto al circuito de la Fig. 1(b), compruebe que la tensión Vs se distribuye por cada uno de los elementos del circuito. Actividad 4.5 Con respecto al circuito de la Fig. 1(c), compruebe que la corriente Is se distribuye por cada uno de los elementos del circuito. Actividad 4.6 Para cada uno de los circuitos de la Fig. 23, explique cómo la potencia se distribuye por cada uno de los elementos del circuito. Actividad 4.7 Para el circuito de la Fig. 2, explique cómo la potencia se distribuye por cada uno de los elementos del circuito. Actividad 4.8 Para el circuito de la Fig. 3(b), explique la función del condensador en el sistema de propulsión.

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Efecto No-Lineal de los Diodos Semiconductores

Efecto No-Lineal de los Diodos Semiconductores La corriente que pasa por un circuito eléctrico es dependiente de la configuración de los elementos conectados a él. En este trabajo, se ilustra cómo el cambio de los elementos involucrados en el circuito afectan la corriente que pasa a través de ellos. En este trabajo se ilustra el comportamiento no-lineal del diodo en un circuito serie. Se usa el análisis de circuitos mediante la Leyes de Ohm y de Kirchoff.

1 Circuito Diodo en Serie La Fig. 4 ilustra un circuito en serie, donde R es el valor de la resistencia variable, VD es el valor de tensión del diodo, Vs es el valor de tensión en la fuente e I es el valor de la corriente del circuito. Así, la ecuación (3) define una relación entre la tensión de la fuente y la tensión en los demás elementos. Vs = VR + VD

(3)

Figure 4: Circuito con Diodo en Serie

Actividad 1.1 Completar la Tabla 1 con los valores VR , I y VD medidos en el montaje, usando Vs = 9Volts, variando el valor de la resistencia R. Actividad 1.2 Determine el comportamiento no lineal de la corriente I de acuerdo con la variación de la tensión VD .

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Efecto No-Lineal de los Diodos Semiconductores

R (kΩ) 0.33 0.47 0.51 0.68 0.81 1.00 1.50 2.20 3.30

VR

I (mA)

VD

VD0

Table 1: Resultados de la medición del circuito de la Fig. 4. Las medidas de tensión V están en Volts.

2 Efecto de no-linealidad de los dispositivos electrónicos Para hallar el valor estimado de tensión del diodo VD0 , se elabora un algoritmo que sirve como aproximación de las medidas de tensión y corriente en el circuito de la Fig. 4. Según el análisis por ley de Kirchoff, se tiene que la corriente en el circuito es igual a: I=

Vs R + rd

(4)

Donde rd se denomina la Resistencia Dinámica del diodo. Esta resistencia es dependiente de la tensión VD , por lo que también tiene un comportamiento no-lineal. La resistencia dinámica del diodo está dado por la ecuación de corriente: VD ID = Is (exp( ) − 1) ηVT Donde Is es la corriente de saturación inversa, η es el coeficiente de fabricación del diodo de acuerdo al material y VT es el voltaje térmico del diodo. De forma iterativa, podemos encontrar el valor de la corriente en la Ecuación (5), para el circuito de la Fig. 4, donde k = 1 . . . K es el valor de iteración.   Vs − VD0 (k ) 0 VD (k + 1) = ηVT ln (5) RIs Así, el valor estimado de la tensión VD0 se calcula mediante el siguiente algoritmo. Paso 1. Como parámetros de entrada se encuentran ya definidos el valor de la tensión en la fuente Vs y la resistencia R (Los usados en la Tabla 1). Asigne los valores de η, Is y VT , de acuerdo con lo establecido en la hoja de datos del diodo. Aunque comúnmente se asigna η = 1, VT = 23mVolts e Is = 10−14 Amperes, se recomienda revisar la hoja de datos.

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Efecto No-Lineal de los Diodos Semiconductores

Paso 2. Hacer k = 0. Asigne al valor VD0 (0), el valor de diferencia de potencial que aparece en la hoja de datos del diodo utilizado. Aunque se suele utilizar VD0 (0) = 0.7 Volts, se recomienda revisar la hoja de datos. Paso 3. Asigne a la Ecuación (5) el valor VD0 (k) y calcule VD0 (k + 1). A continuación realice k + 1 → k. Paso 4. Repita el Paso 3, hasta que el diferencial ∆VD = |VD0 (k + 1) − VD0 (k )| sea muy pequeño. Normalmente esto se encuentra cuando K = 3. Actividad 2.1 Completar la Tabla 1 con el valor estimado VD0 . Actividad 2.2 Dibuje la gráfica de la curva de corriente I contra tensión del diodo VD y superpuesta, otra gráfica de la curva de corriente I contra tensión del diodo estimada VD0 . Calcule el valor de error acumulado, de acuerdo con la siguiente ecuación I e = ∑ VD (i ) − V 0 (i ) D

i =1

donde i corresponde al índice de la fila de la Tabla 1. Actividad 2.3 • Hallar la tensión y corriente en el diodo en la Fig. 5, considerando el modelo ideal. • Hallar la tensión y corriente en el diodo en la Fig. 5, utilizando análisis por iteración.

Figure 5: Circuito

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Análisis del Transistor de Juntura Bipolar

Análisis del Transistor de Juntura Bipolar Existen dos tipos de transistores de juntura bipolar (BJT), NPN y PNP. La convención se refiere a las capas de material semiconductor usado para la fabricación del transistor. La mayoría de los transistores son NPN debido a su facilidad de fabricación. Los símbolos se ilustan en la Fig. 91. El

Figure 6: Configuraciones BJT.

BJT puede ser polarizado mediante tres configuraciones básicas: Emisor Común (CE), Colector Común (CC) y Base Común (CB). La Fig. 97 ilustra estas configuraciones.

(a) Emisor común

(b) Colector común

(c) Base común Figure 7: Configuraciones BJT.

De acuerdo con la cantidad de corriente de base aplicada al transistor, se observan tres regiones de operación: la primera se denomina corte, donde VCE = VCC ; la segunda se denomina saturación, donde la corriente IC llega a su punto máximo y permanece constante, sin importar el cambio de la corriente de base IB ; la tercera zona se denomina activa y se encuentra entre las zonas de corte y de saturación. Utilizando la configuración de Emisor Común (Fig. 134(a)), la Tabla 1 ilustra la forma de determinar las regiones de operación del transistor.

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Análisis del Transistor de Juntura Bipolar

Parámetro VCE IC IB Comportamiento

Region de Operación corte

activa

saturación

VCC ≈0 ≈0 Circuito Abierto

[0, VCC ] βIB >0 Lineal

≈0 max( IC ) max( IB ) Corto-circuito

Table 1: Resultados de la prueba del transistor.

1 Prueba en BJTs Existen varios métodos para probar el BJT y medir sus parámetros. Se ilustran los siguientes: Mediante un multímetro, mediante un circuito y mediante un equipo probador. 1. Prueba con Multímetro Aunque existen multímetros avanzados que prueban los transistores directamente, con un multímetro que mida resistencia o diodos es suficiente. En caso de utilizar la opción de medir resitencias, se utiliza el menor rango posible. Actividad 1.1 Medir con el multímetro dos de los tres terminales del transistor tanto directa como inversamente (en total deben ser 6 mediciones), escriba en la Tabla 2 los resultados de las mediciones de impedancia. Juntura

Resultado

BE EB BC CB CE EC Table 2: Resultados de la prueba del transistor.

Actividad 1.2 De acuerdo con los resultados de la Actividad 1.1, determine la junturas que se comportan como diodos y las junturas que siempre están como circuito abierto. Explique la razón de este comportamiento 2. Prueba con circuito En el montaje del dispositivo BJT en el circuito mostrado en la Figura 8, se tiene que Vcc = 12 Volts, VI = 5 Volts, R B es una resitencia variable entre 0 y 50kΩ, y RC = 100Ω. Actividad 1.3 Complete la Tabla 3 con los resultados obtenidos al variar el valor de resistencia R B . En la columna Región, determine en cuál de las tres regiones (corte, activa, saturación) se encuentra en operación el transistor según el valor de resistencia R B .

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Análisis del Transistor de Juntura Bipolar

Figure 8: Circuito probador BJT.

R B (kΩ) 0.01 0.1 0.5 1.0 2.5 5.0 10.0 50.0

IC

VCE

Table 3: Valores medidos para el circuito de la Fig. 8.

Actividad 1.4 Al medir la tensión VI , determine el valor de tensión VI (cuto f f ) que hace que se presente una zona de corte y el valor VI (sat) para la de saturación. Actividad 1.5 Determine el procedimiento para calcular la ganancia de coriente Colector/Base en la zona activa β. Actividad 1.6 Dibuje la curva paramétrica VI vs. IC que se genera a partir de los resultados de la Tabla 3, indicando las zonas de corte y saturación. Actividad 1.7 En la zona activa se observa un valor de β casi constante. Realizando una aproximación, determine el valor de β = en esa zona. 3. Prueba con dispositivo de medición de parámetros. Complete la Tabla 4 con los valores medidos sobre el BJT utilizando un dispositivo de medición de parámetros.

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El Transistor de Efecto de Campo

Parámetro

Valor

hFE

VBE0 IC0 Table 4: Resultados de la prueba del transistor.

El Transistor de Efecto de Campo El Transistor de Efecto de Campo (FET) funciona mediante un campo eléctrico aplicado que controla la conductividad de un canal portador de carga de un material semicondutor. Estos dispositivos son frecuentemente llamados transistores unipolares para diferenciar su operación de tipo uniportadora con la operación bi–portadora del BJT. Los símbolos se ilustran en la Figura 36. El FET puede ser polarizado mediante tres configuraciones

Figure 9: Configuraciones FET

básicas: Drenaje común (CD), Fuente Común (CS) y Compuerta Común (CG). La Figura 37 ilustra estas configuraciones.

0.1 Prueba en FETs El procedimiento para probar el FET es el siguiente. 1. Usando un Multímetro Aunque existen multímetros avanzados que prueban los transistores directamente, con un multímetro que mida resistencia o diodos es suficiente. En caso de utilizar la opción de medir resitencias, utilize el menor rango posible. Así, mida con el multímetro dos de los tres terminales del transistor tanto directa como inversamente. En total deben ser 6 mediciones. La Tabla 1 ilustra los resultados que se obtienen.

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El Transistor de Efecto de Campo

(a) Common Source

(b) Common Drain

(c) Common Gate Figure 10: Configuraciones FET

Juntura

Resultado

GS SG GD DG DS SD Table 1: Resultados de la prueba FET.

De este modo, la junturas y se comportan como diodos y la juntura siempre está como circuito abierto, porque

.

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El Transistor de Efecto de Campo

2. Prueba con un circuito Instale el FET en el circuito mostrado en la Figura ??, donde VDD = 12 Volts, VI = [0, 5] Volts, R D = 1kΩ. El

Figure 11: Circuito.

siguiente es el procedimiento para calcular la ganancia de transconductancia Drain/Gate en la zona activa gm Coloque el procedimiento aquí

Así, el valor medido

es gm =

Ampéres/Volt.

3. Prueba con un dispositivo de medición de parámetros. La Tabla 2 ilustra los valores medidos sobre el FET utilizando un dispositivo de medición de parámetros. Parámetro gm VGSo f f ID0

Valor

Table 2: Resultados de la prueba del transistor.

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Modos de operación del Amplificador Operacional

Modos de operación del Amplificador Operacional El amplificador operacional es un dispositivo versátil en electrónica análoga, ya que permite realizar diversas operaciones matemáticas, usando los elementos que están dispuestos alrededor de éste (Resistores, Capacitores, inductores, etc.). Los circuitos conectados alrededor del amplificador definen la operación para la cual el amplificador es diseñado. Por lo tanto, es importante definir los parámetros de diseño que establezcan los valores de dichos elementos, de tal manera que el amplificador opere adecuadamente a los rangos pre–determinados. En este trabajo se hace el análisis de un amplificador lineal, en sus modos inversor y no inversor, utilizando un circuito integrado. Este laboratorio requiere de los siguientes materiales: • Fuente DC, • Multímetro, • Protoboard, • Amplificadores Operacionales TL084 ó LM324, • 2 resistores de 1k Ohms, 1/4 Watt, • Capacitor de 100n Farads, • Resistores de diversos valores entre 1 y 150 kOhms. En su lugar puede usarse un potenciómetro de valor 150 kOhms mínimo.

1 Evolución tecnológica del amplificador operacional En 1965, la compañía Fairchild Semiconductor introdujo en el mercado el uA709, el primer amplificador operacional monolítico ampliamente usado. Sin embargo, esta primera generación de amplificadores operacionales tenía un gran número de desventajas. Este hecho condujo a fabricar un amplificador operacional mejorado, el uA741. Debido a su bajo costo y sencillez, éste amplificador mejoró a su predecesor. Otros diseños del uA741 han aparecido a partir de entonces en el mercado. Por ejemplo, Motorola produce el MC1741, National Semiconductor el LM741 y Texas

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Modos de operación del Amplificador Operacional

Figure 12: Circuito del Amplificador Operacional LM–741 [2]

Instruments el SN72741, teniendo las mismas especificaciones en sus hojas de características. Para simplificar el nombre, la mayoría de la gente ha evitado los prefijos y a este amplificador operacional de gran uso se le llama simplemente 741 (Fig. 12). Conforme las innovaciones tecnológicas fueron implementándose, otras familias como la LM324 y la TL084 fueron desplazando al 741. Actividad 1.1 Defina Tensión Offset en un amplificador operacional. Explique la razón por la cual debe compensarse la tensión offset en un Amplificador Operacional LM741, siendo una desventaja ante los circuitos LM324 o TL084.

2 Amplificador Conmutador Un amplificador Conmutador es un sistema que entrega en su salida un nivel de tensión de saturación, dependiendo de la polaridad del nivel de tensión a la entrada. El circuito de la Fig. 13 ilustra el uso del amplificador operacional en modo conmutador.

Figure 13: Configuración conmutación

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Modos de operación del Amplificador Operacional

Actividad 2.1 En el circuito de la Fig. 13, con R1 = 10kOhms y VCC = 12 Volts, coloque Vin a tierra (0 Volts) y mida la tensión a la salida del amplificador. Realice la misma medición al ingresar una tensión de 2 Volts a la terminal Vin . Compare los resultados de estas mediciones tanto en simulación como en montaje, y explique si existe alguna diferencia. Para explicar este fenómeno, básese en la medición de la diferencia de potencial entre los terminales inversor y no inversor a la entrada del amplificador. Actividad 2.2 Realice nuevamente la actividad 2.1, conectando una resistencia R3 = 22k Ohm entre el terminal de entrada no inversora (+) y tierra (Fig. 14). Comparando estos resultados con los de la actividad 2.1, explique porqué la resistencia R3 conectada entre el terminal no inversor y tierra reduce (o no) significativamente el error introducido por la corriente de polarización.

Figure 14: Configuración conmutación

3 Amplificador Inversor Un amplificador Inversor es un sistema que entrega en su salida un nivel de tensión proporcional al inverso del nivel de tensión a la entrada. El circuito de la Fig. 15 ilustra la configuración inversora de un amplificador. Actividad 3.1 Simule y realice el montaje del circuito de la Fig. 15, con R f = 1kOhms, R1 = 1kOhms, VCC = 12 Volts, y Vin = 1 Volt. En ambos casos, mida la tensión de salida vout del amplificador. Explique si se cumple la relación de ganancia del amplificador inversor, cambiando el valor de R f a 100k Ohms. Actividad 3.2 Usando un potenciómetro en R f , complete la Tabla 1 con los datos medidos sobre el circuito de la Fig. 15. En este caso, vin es una fuente de tensión alterna, con frecuencia de 1k Hertz y amplitud 100m Volts pico-pico, por lo que las medidas de tensión v0 están en Volts pico-pico. Actividad 3.3 Usando los datos de la Tabla 1, realice una gráfica de R f vs. v0 . Explique en qué valores de R f la ganancia no es lineal.

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Modos de operación del Amplificador Operacional

Figure 15: Configuración inversora

R f (kΩ) 0.47 0.68 1 4.7 6.8 10 47 68 100 470

v0

20 log10 (v0 /vi )

Table 1: Variación de tensión de salida en el amplificador inversor. R1 = 1k Ohm.

4 Amplificador NO inversor Un amplificador No Inversor es un sistema que entrega en su salida un nivel de tensión proporcional al nivel de tensión a la entrada. El circuito de la Fig. 16 ilustra la configuración no inversora del amplificador. Actividad 4.1 Simule y realice el montaje del circuito de la Fig. 16, con R f = 1kOhms, R1 = 1kOhms, VCC = 12 Volts, y Vin = 1 Volt. En ambos casos, mida la tensión de salida vout del amplificador. Explique si se cumple la relación de ganancia del amplificador no inversor, cambiando el valor de R f a 100k Ohms. Actividad 4.2 Usando un potenciómetro en R f , complete la Tabla 2 con los datos medidos sobre el circuito de la Fig. 16. En este caso, vin es una fuente de tensión alterna, con frecuencia de 1k Hertz y amplitud 100m Volts pico-pico, por lo que las medidas de tensión v0 están en Volts pico-pico. Actividad 4.3 Usando los datos de la Tabla 2, realice una gráfica de R f vs. v0 . Explique en qué valores de R f la ganancia no es lineal.

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Medición de Parámetros en Redes de Dos Puertos (2)

Figure 16: Configuración NO inversora

R f (kΩ) 0.47 0.68 1 4.7 6.8 10 47 68 100 470

v0

20 log10 (v0 /vi )

Table 2: Variación de tensión de salida en el amplificador no inversor. R1 = 1k Ohm.

Medición de Parámetros en Redes de Dos Puertos (2) Los parámetros de dos puertos nos brinda una herrameinta para determinar el comportamiento de un sistema electrónico, a partir de un estímulo. Esto tiene como ventaja el que no es necesario conocer el modelo exacto del sistema. La Fig. 29 shows the equivalent circuit of a Bipolar Junction Transistor (BJT): A continuación se ilustran los pasos matemáticos requeridos para demostrar que la impedancia de entrada del amplificador de la Figura 29 es: Rin = rπ + ( β + 1) Re .

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Medición de Parámetros en Redes de Dos Puertos (2)

Figure 17: Circuito

Coloque el procedimiento aquí

1 Medición en un sistema de dos puertos. Mediante simulación, se realiza una gráfica paramétrica Rin /Re para el circuito de la Figura 29, usando rπ = 300Ω, β = 100 y R L = 470Ω. Figure 18 shows the variation of Rin with respect to resistance Re , while varying between and Ohms. Figure 18 shows the variation of Rin with respect to frecuency w, while varying between and Hertz.

2 Análisis de Frecuencia Actividad 2.1 Determine las variables requeridas para el análisis de frecuencia en un equipo electrónico.

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Medición de Parámetros en Redes de Dos Puertos (2)

Figure 18: Rin vs. Re parametric graph

Figure 19: Rin vs. Re parametric graph

Actividad 2.2 La Fig. 20 muestra el circuito equivalente de un Transistor de Juntura Bipolar (BJT): 1. Realice los pasos matemáticos requeridos para encontrar la impedancia de entrada del amplificador de la Figura 20. 2. Mediante simulación, realice la gráfica de respuesta en frecuencia de | Rin (ω )| y 6 Rin (ω ) para el circuito de la Figura 97. Use Ce = 1µFarad, rπ = 300Ω, β = 100 y R L = 470Ω.

3 Conclusiones Actividad 3.1 Con respecto al análisis de los circuitos propuestos, determine sus propiedades.

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Diseño, implementación y puesta a prueba de una Fuente de Tensión Dual.

Figure 20: Circuito

Diseño, implementación y puesta a prueba de una Fuente de Tensión Dual. En esta práctica se da un acercamiento práctico a la fabricación de un circuito impreso y al montaje de un dispositivo electrónico. Se trabajará con el una fuente dual de ±12 Volts, una fuente simple de +5 Volts y una fuente variable regulada, realizando el diseño respectivo de los componentes adecuados en cada caso. Palabras clave: Montaje electrónico, Printed Circuit Board, Fuente de Tensión. Para este laboratorio, utilizaremos el montaje de una fuente de tensión, el cual abarca un conjunto de etapas que cumplen una función diferente pero que para este fin están ligadas unas a las otras (Fig. 21). Las etapas que componen la fuente de tensión se describen a continuación. 1. La Etapa de Reducción sirve para reducir la tensión alimentada por la red de 110/220 Volts de corriente alterna a una tensión cercana a 12 o 15 Volts a través de un transformador, ya que la tensión de la red es demasiado elevada para la mayor parte de los artefactos usados en circuitos eléctrónicos. El transformador se basa en el principio de inducción y la relación entre las espiras de ambos devanados para reducir la tensión de la red. 2. En la Etapa de Rectificación, para rectificar la onda completa, se utiliza un arreglo de 4 diodos en una configuración denominada puente completo o puente de Graetz. Recibe el nombre de puente rectificador, por estar formado por cuatro diodos conectados en puente. En esta

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Diseño, implementación y puesta a prueba de una Fuente de Tensión Dual.

Figure 21: Etapas de la Fuente de Tensión

etapa se transforma la corriente alterna a una componente continua, es decir, convierte una señal AC en una señal DC que puede tener una componente AC menor denominado Rizado. Este rectificador debe ser capaz de suministrar la corriente de carga del condensador de la etapa de filtrado. Un rectificador de onda completa transfiere energía de la entrada a la salida todo el ciclo y proporciona mayor corriente promedio por cada ciclo en relación con la que se obtiene utilizando un rectificador de media onda. Por lo general, al construir un rectificador de onda completa se utiliza un transformador con el fin de obtener polaridades positivas y negativas. (Fig. 22(b)) Cuando la tensión del secundario Vs es mayor a cero, los diodos D1 y D2 están polarizados en forma directa. Por lo tanto éstos diodos conducen, en tanto que D3 y D4 están polarizados en inverso. Despreciando las caídas en los diodos por ser éstos ideales, resulta que el voltaje en la carga Vl es positiva y aproximadamente igual a Vs y es mayor que cero. Cuando la fase de la entrada se invierte, la tensión del secundario Vs pasa a ser menor a cero. Luego D3 y D4 están en condiciones de conducir mientras que D1 y D2 quedan polarizados inversamente. La fuente se encuentra ahora aplicada a la carga en forma opuesta, de manera que la tensión en la carga Vl es opuesta a la tensión del secundario (−Vs), volviendo a ser mayor a cero. De esta manera, se verifica que se aprovecha la totalidad de la onda de entrada, y además, la corriente por la fuente ya no es unidireccional como la que circula por la carga, evitando la magnetización del núcleo del transformador. En la Fig. 22(b) se puede observar la señal después de pasar por el puente de diodos 3. La naturaleza pulsante del rizado producido al voltaje de salida producida por lo circuitos rectificadores los hace inapropiados como fuentes DC para circuitos electrónicos. Una forma directa de reducir la variación del voltaje de salida es poner un capacitor en paralelo con

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Diseño, implementación y puesta a prueba de una Fuente de Tensión Dual.

(a) Puente de Diodos

(b) Rectificación

(c) Rizado Figure 22: Proceso de Regulación de la Fuente de Tensión

la carga. El condensador se carga al valor pico de la señal de entrada. En el momento pico de la señal de entrada el capacitor estará cargado y comenzara a descargarse lentamente mientras la señal desciende, este proceso es periódico. Bajo estas condiciones la frecuencia de rizo será el doble con respecto a la señal de entrada, el cual se puede expresar así: Vp . Vripple = 2 f CR En la Fig. 22(c) se representa esta tensión de rizo, la constante de tiempo T = RC determina que tan lenta es la caída durante el intervalo de corte del diodo. 4. Finalmente, la Etapa de Regulación disminuye la componente alterna, evidenciada en cierto rizado que varía su magnitud de acuerdo al valor de la carga. Cuando aumentamos la carga, se disminuye la constante de tiempo RC del filtro y por lo tanto la descarga del capacitor es más rápida de lo deseado dando lugar a fluctuaciones en la fuente. Para evitar estos problemas se utilizan reguladores de voltaje

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Diseño, implementación y puesta a prueba de una Fuente de Tensión Dual.

que entregan un voltaje de salida fijo aunque el voltaje de entrada al regulador varíe. El regulador limita internamente la corriente y la potencia disipada mediante circuitos internos, por lo que si por alguna razón se produce un cortocircuito, el regulador limita internamente la corriente, y si la temperatura de la unión llega a su límite máximo, el regulador automáticamente se apaga hasta que se enfríe la unión. En este experimento, se busca alcanzar lo siguiente: • Construir una fuente de tensión mediante el uso de circuitos impresos. • Implementar los dispositivos electrónicos relacionados con una fuente de tensión en una tarjeta impresa. • Conocer los elementos y métodos requeridos para la fabricación de cicuitos impresos. Para la construcción de un dispositivo electrónico, se debe realizar el siguiente procedimiento: (i) Simulación y montaje sobre Protoboard del circuito propuesto; (ii) Elaboración del esquema circuital en un simulador electrónico; (iii) Impresión del circuito impreso sobre la baquelita; (iv) Instalación y puesta a prueba del dispositivo. Dos circuitos son propuestos para ser implementados. La Figura 23 ilustra ambos, dentro de los cuales se encuentra un regulador dual de intensidad variable, etiquetada como Fuente Variable (El circuito alrededor del LM317 para la positiva y del LM337 para la negativa), y un regulador de tensión fija, etiquetada como Fuente Fija de 5 Volts (el circuito alrededor del LM7805). Para todo el proceso de ensayo, diseño, fabricación y puesta a prueba del dispositivo, los siguientes materiales son requeridos: • Multímetro • Protoboard para el montaje del dispositivo en su etapa previa. • 1 - Transformador 110 V AC primario/12V-0-12V AC secundario. Aunque la corriente nominal recomendada para el secundario es de 1 Ampére, puede usarse un transformador de 600m Ampéres. • 1 - Conector o bornera de atornillar de 3 terminales para soldar. • 4 - Conector o bornera de atornillar de 2 terminales para soldar. • 1 - Rectificador W06M de 1 Ampere circular, o 4 Diodos 1N4001 o 1N4004. • 1 - Regulador LM7805 (para la Fuente Fija) • 1 - Regulador LM317 (para la Fuente Variable positiva)

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Diseño, implementación y puesta a prueba de una Fuente de Tensión Dual.

• 1 - Regulador LM337 (para la Fuente Variable negativa) • 2 - Capacitores electroliticos de 2200µFarad a 25 Volts o superior. Pueden ser de menor capcidad, pero no menos de 1000µ Farad. • 5 - Capacitores cerámicos o de tantalio de 1µFarad • 2 - Capacitores electrolíticos de 10µFarad a 25 Volts (para la Fuente Variable) • 2 - Potenciómetros de 2kΩ. • 2 - Resistencias de 120Ω. • 1 - hoja tamaño carta de papel propalcote de 75 gramos. • 1 - Baquelita virgen de 10 × 10cm o mayor de acuerdo al diseño. • 1 - Bolsa pequeña de percoluro ferrico o ácido para quemar baquelitas • Esponja de cocina (Tipo Scotch Brite) • Algodon • Plancha electrica seca • Una vasija de fondo plano o batea donde quepa la baquelita.

1 Simulación y montaje en Protoboard Se utiliza un programa de simulación de circuitos, e.g., el propuesto en [2], para la creación del diseño. En la Figura 24 se ilustra el esquemático del diseño para la Fuente seleccionada. La simulación arrojó que al aplicar una señal de 120 Volts AC a 60 Hz a la Fuente seleccionada, los valores de tensión en los terminales de salida de la Fuente son iguales a Volts, Volts y Volts respectivamente. Si se cambian los capacitores de 2200µ Farads por capacitores de 100nFarads, se obtiene lo siguiente a la salida de la fuente:

. Al montar el circuito sobre el Protoboard, los valores de tensión en los terminales de salida de la Fuente son iguales a Volts, Volts y Volts respectivamente. La Fig. 25 ilustra el dispositivo montado en Protoboard.

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Diseño, implementación y puesta a prueba de una Fuente de Tensión Dual.

Figure 23: Circuito Regulador

2 Procedimiento para diseño del proyecto Paso seguido, las Figs. 26 y 27 ilustran el diseño creado para la fuente seleccionada, después de haber trazado todas las rutas de conexión y alineado todos los elementos sobre la PCB para la impresión. Las Figura 26 muestra el positivo de pistas y la Figura 27 ilustra el positivo de la cara impresa de los elementos a ubicar. Para la impresión, se recomienda utilizar papel propalcote de 75 gramos.

3 Procedimiento para impresión del diseño Para la impresión del diseño en la baquelita, se procura hacer la siguiente secuencia de pasos: 1. Imprima su diseño sobre la hoja de propalcote ussando impresora laser, de tal manera que corresponda con el sentido Espejo en que van a quedar definitivamente las pistas sobre la baquela. En caso que quede el diseño en el sentido directo, utilice el comando Flip Horizontal en cualquier editor de imagen. Después de impreso, esté seguro que las pistas quedaron bien dibujadas y con suficiente tinta. 2. Coloque la hoja sobre la baquelita. Corte las partes sobrantes de la hoja de tal forma que quede ajustado sobre las dimensiones de la

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Diseño, implementación y puesta a prueba de una Fuente de Tensión Dual.

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 24: Esquemático del circuito elegido.

baquelita (Normalmente las dimensiones de la baquelita son menores a los de la hoja, e.g., 8.5 x 11 pulgadas). Sin embargo, deje un espacio en cada lado de la hoja impresa para poder asegurar la hoja por debajo. No toque la cara de cobre de la baquelita con sus dedos, pues distorsiona el proceso. 3. Asegure la baquelita sobre la mesa, de tal manera que quede la cara de cobre arriba. No coloque cinta adhesiva ni a lo largo de los bordes de la baquela ni por debajo. No use cinta adhesiva transparente, pues el pegamento puede dañar el proceso. 4. Limpie la cara de cobre de la baquelita usando esponjilla no–abrasiva, e.g., un Scotch BriteTM , y luego enjuague con alcohol. Si la baquela continúa sucia, use un limpiador abrasivo, como el que se usa para limpiar la estufa. NO USE ESPONJILLA DE BRILLO. No toque la cara de cobre después de haberse limpiado. Las huellas de los dedos entorpecen el proceso. Seque la baquelita con una toalla o trapo limpio. No use algodon o papel de cocina para secar. 5. Encienda la plancha. En caso que la plancha sea automática, seleccione la opción de planchado en Algodon-Whool. Ásegurese de no usar una opción que implique que la plancha expulse vapor o agua caliente. 6. Doble los lados sobrantes de la hoja por debajo de la baquelita, para asegurar que la impresión no se distorsionará durante el proceso.

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Diseño, implementación y puesta a prueba de una Fuente de Tensión Dual.

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 25: Foto del dispositivo montado en Protoboard.

7. Coloque una hoja en blanco sobre la baquelita y caliente la superficie usando la plancha alrededor de 3 minutos. Retire el papel y coloque la hoja impresa, de tal manera que el lado impreso quede sobre la aún caliente cara de cobre de la baquelita. Asegure la hoja con cinta alrededor de los lados sobrantes y cúbrala con otra hoja en blanco. Planche el diseño por la superficie. Asegúrese que la plancha pasa por toda la superficie y que el planchado es uniforme, mediante un movimiento redondeado. Un valor aproximado de planchado es de 30 segundos. Un tiempo más prolongado se vuelve tedioso, pero se puede hacer. 8. Espere 2 minutos después de retirada la plancha. Con sumo cuidado y muy despacio, reitre los respectivos papeles (la hoja en blanco y la hoja impresa) de la baquelita. Cuidado, las hojas deben estar aún muy calientes. Si el impreso no resultó el óptimo esperado, puede llenar las pistas incompletas con marcador ideleble, e.g., SharpieTM . Si el trabajo quedó muy mal, no hay problema. Limpie la baquelita con acetona y empiece de nuevo. 9. Corroya la baquelita usando el Percloruro Férrico, Persulfato de Amonio u otro corrosivo para eliminar el sobrante de cobre que no pertenece al diseño. Use un recipiente plástico en forma de bandeja (batea), pues el corrosivo debe quedar apenas con suficiente nivel para cubrir justamente la superficie de la baquela. El proceso de corrosión es suave. No agite muy fuerte el recipiente durante el proceso, solo lo suficiente para que el cobre se disuelva fluídamente. Realicelo en un

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Diseño, implementación y puesta a prueba de una Fuente de Tensión Dual.

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 26: Positivo del PCB, lado de pistas.

lugar aireado y fresco. 10. Para realizar la perforación de la baquelita, normalmente se requiere una broca de 1/32 de pulgada. Se recomienda usar un Moto–Tool como taladro. Una broca de 1/16 de pulgada es demasiado para algunos terminales, como los circuitos integrados. Un orificio pequeño ayuda en el proceso de soldaura para fijar los dispositivos. 11. Después de la perforación, limpie la baquela con acetona para eliminar la tinta. 12. Si desea proteger las pistas de cobre, use laca siliconada. Es probable que el cobre se vuelva de color verde si no se hace alguna protección. En la Figura 28 se ilustra el dispositivo terminado. Actividad 3.1 Con respecto al montaje del circuito sobre Protoboard, describa los ajustes adicionales que debió hacer para el correcto funcionamiento del dispositivo. Actividad 3.2 Con respecto a la creación del diseño, describa los ajustes adicionales que debió hacer para el correcto procedimiento de auto-ruta y de trazado de los circuitos. Actividad 3.3 Con respecto a la impresión de la hoja de diseño y la baquelita, describa los ajustes adicionales que debió hacer para la correcta impresión del diseño sobre la baquelita y el quemado de la pista de cobre. Actividad 3.4 Con respecto a la instalación de los elementos y la soldadura, describa los ajustes adicionales que debió hacer para el correcto montaje y funcionamiento de la fuente.

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Medición de Parámetros en Redes de Dos Puertos (2)

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 27: Positivo del PCB, lado de elementos.

Medición de Parámetros en Redes de Dos Puertos (2) 1 Electronic Device Modeling (Insert Introduction here)

1.1 Mathematical Analysis La Figura ?? muestra el circuito equivalente de un amplificador de Transconductancia: Los siguientes son los pasos matemáticos requeridos para hallar la impedancia de entrada del amplificador de la Figura 29 y de la Ganancia

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Medición de Parámetros en Redes de Dos Puertos (2)

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 28: Foto del dispositivo terminado.

Figure 29: Circuito

Coloque el procedimiento aquí

de Transconductancia en Lazo Cerrado Gv0 .

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Medición de Parámetros en Redes de Dos Puertos (2)

1.2 Simulation Results 0 /R para el Mediante simulación, se realiza una gráfica paramétrica Gm 2 circuito de la Figura ??, para una Ganancia de Transconductancia en Lazo Abierto de Gm = 100ampére/Volt, Impedancia de Entrada de Zin = 1kΩ, Impedancia de Salida de Zo = 100Ω., y Ganancia de Trasconductancia 0 = 2Ampére/Volt. Figure 30 shows the variation en Lazo Cerrado de Gm 0 with respect to resistance R , while varying between of Gm and 2 Ohms.

Figure 30: Rin vs. Re parametric graph

1.3 Conclusion As conclusion, we probe the following:

2 Frequency Analysis (Insert Introduction here)

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Medición de Parámetros en Redes de Dos Puertos (2)

2.1 Mathematical Analysis La Figura 31 muestra el modelo de un amplificador de tensión:

Figure 31: Circuito

Las siguientes son los pasos matemáticos requeridos para hallar la impedancia de entrada del amplificador de la Figura 31 y de la Ganancia de Coloque el procedimiento aquí

0 . Transconductancia en Lazo Cerrado Gm

2.2 Simulation Results 0 Mediante simulación, se realiza una gráfica de respuesta en frecuencia Gm para el circuito de la Figura ??, para una Ganancia de Transconductancia en Lazo Abierto de Gm = 100ampére/Volt, Impedancia de Salida de Zo = 100Ωs → 0, y Frecuencia de corte s0 = 3kHz. Figure ?? muestra la 0 en un rango entre respuesta en frecuencia Gm y Hertz.

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Medición de Parámetros en Redes de Dos Puertos (2)

Figure 32: Rin vs. Re parametric graph

2.3 Conclusion As conclusion, we probe the following:

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Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos)

Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos) En esta práctica se muestran diferentes métodos para obtener los parametros de un circuito cuadripolo sin necesidad de realizar profundos análisis circuitales. Se trabajan con circuitos Π y T, midiendo tensiones y corrientes en cada puerto y obteniendo las impedancias y ganancias del circuito. Keywords: Impedance, Gain, Π configuration, T configuration.

1 Introducción Los circuitos Π y T son esquemas particulares con impedancias que se pueden describir como redes de dos puertos. Una red de dos puertos o un cuadripolo, es un circuito activo o pasivo que tiene cuatro terminales (polos) accesibles o de conexión, y cada par de terminales forma un puerto, que puede ser de entrada o salida de una señal. El objetivo de este trabajo es calcular y medir parámetros en circuitos de los cuales no se conoce su funcionamiento interno, pero si se puede deducir mediante valores medidos en puntos medibles denominados terminales. Se usarán los circuitos de las Figuras 33 y 34 como tipologías circuitales a ser evaluadas.

Figure 33: Circuito Π.

2 Parámetros de Impedancia De acuerdo al cuadripolo mostrado en la Figura 35, se pueden definir los valores de tensión V1 , V2 en función de los valores de corriente I1 , I2 .

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Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos)

Figure 34: Circuito T.

De acuerdo al teorema de superposición, tenemos el siguiente sistema de ecuaciones: V1 =z11 I1 + z12 I2 V2 =z21 I1 + z22 I2

(6)

Donde los siguientes parámetros se pueden definir cuando alguno de los

Figure 35: Red de dos puertos o cuadripolo general.

valores I1 , I2 es cero: z11

V1 V1 = , z12 = I1 I2 =0 I2 I1 =0

z21

V2 V2 = , z22 = I1 I2 =0 I2 I1 =0

Así, z11 es la impedancia de entrada sin estímulo a la salida, z21 es la impedancia de transferencia sin estímulo a la salida, z12 es la impedancia de transferencia inversa sin estímulo a la entrada y z22 es la impedancia de salida sin estímulo a la entrada. Nótese que la expresión sin estímulo implica que I1 = 0 o I2 = 0, tal que se puedan analizar todos los parámetros con estímulos independientes. En este caso, nótese que la anulación de los estímulos significa que los puertos correspondientes se encuentran en circuito abierto. La Ecuación (7) queda entonces como la Matriz de Impedancias: V = ZI (8)

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Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos)

2.1 Parámetros de Ganancia Del mismo modo, La ganancia del cuadripolo descrito en la figura 35 se puede determinar mediante parámetros ABCD (Transmisión) o parámetros de circuito general. Éste relaciona la tensión y la corriente de un puerto con la tensión y la corriente del otro. De acuerdo al teorema de superposición, tenemos el siguiente sistema de ecuaciones para expresar los parámetros de entrada V1 , I1 en función de los valores de salida V2 , I2 : V1 = AV2 − BI2 I1 =CV2 − DI2

(9)

Estos parámetros se denominan de Transmisión. El signo negativo en las ecuaciones es por convención de I2 , ya que estos parámetros se valen de la transferencia de energía, haciendo I2 en sentido inverso. Luego, los siguientes parámetros se pueden definir cuando alguno de los valores V2 , I2 es cero: V2 1 I2 1 = , − = A V1 I2 =0 B V1 V2 =0 1 V2 1 I2 = , − = C I1 I2 =0 D I1 V2 =0 Donde 1/A es la ganancia de tensión en circuito abierto, −1/B es la admitancia de transferencia en corto circuito, 1/C es la impedancia de transferencia en circuito abierto y −1/D es la ganancia de corriente en corto circuito. La Equación (9) queda entonces como la matriz de transmisión: 

V1 I1





=

A −B C −D



V2 I2

 (11)

Por último, la conversión de los parámetros de Impedancia a los de Transmisión se muestran a continuación: A=

∆z z11 , B= z21 z21

C=

1 z22 , D= z21 z21

donde ∆z es el determinante de la matriz Z.

3 Diseño y puesta a prueba de red Π De acuerdo con lo descrito anteriormente, se tienen los siguientes circuitos a ser diseñados de acuerdo con ciertas especificaciones. En el circuito de la Figura 33, los elementos son completamente resistivos: Zi = Ri . Además, debe cumplir con las siguientes características:

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Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos)

• Ganancia de tensión 1/A de −2dB, • Impedancia de entrada z11 de 50 Ohms, • Impedancia de salida z22 de 300 Ohms. Actividad 3.1 Calcule la impedancia de entrada y de salida y la ganancia directa de una red de dos puertos. Actividad 3.2 Calcule los valores de los elementos del circuito Z1 , Z2 y Z3 a partir de los parámetros de diseño. El circuito de la Figura 34 tiene ahora un capacitor en Z1 . Esto quiere decir que Z1 = XC1 = 1/jωC1 . Sin embargo, los demás componentes del circuito son resitivos y sus valores son iguales a los calculados para el Prototipo 1. Además, este prototipo debe tener una repuesta en frecuencia tal que su frecuencia de Corte sea de 50 kHz. De esta manera, los cálculos para hallar los valores de los componentes son descritos a continuación: Coloque el procedimiento aquí

Por lo tanto, los valores calculados de Z2 , C1 y Z3 , son respectivamente Ohms, Farads y Ohms. Al utilizar un programa de simulación para determinar la ganancia V2 /V1 (usando la opción DC sweep)y la impedancia de salida z22 en el Prototipo 1, se obtuvieron los resultados de las Figuras 36 y 37. Al realizar el montaje del Prototipo 1, con una aproximación de los valores calculados a aquellos que se puedan obtener en el mercado, se conecta a la entrada del circuito (V1 ) una fuente sinusoidal de A Volts peak-peak, a una frecuencia de 1kHertz. Así, con el Multímetro se mide la tensión V2 y la corriente I1 en RMS. La tensión y la corriente medidas se ilustran en la Tabla 3. Al comparar los valores diseñados, los simulados y los medidos, se puede concluir que:

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Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos)

Figure 36: Grafica V2 /V1 para el Prototipo 1

Figure 37: Gráfica del circuito simulado, con el valor de z22

A (Volts) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0

V2 (Volts)

I2 (mAmpéres)

Table 1: Valores para el cálculo de ganancia del Prototipo 1

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Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos)

4 Diseño y puesta aprueba de una red T Al utilizar un programa de simulación para determinar la ganancia V2 /V1 y la impedancia de salida z22 en función de la frecuencia (usando la función AC sweep) para el Prototipo 2, se obtuvieron los resultados de la Figuras 117, 118 y 40. Se comprobó entonces lo siguiente: Primero, la Ganancia de

Figure 38: Gráfica en frecuencia de V2 para el Prototipo 2

Figure 39: Gráfica en frecuencia de z22 para el Prototipo 2

tensión en el Prototipo 2 SI/NO 1, debido a que:

es la misma que la del Prototipo

Luego, la Ganancia de tensión en el Prototipo 2 en alta frecuencia es igual

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Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos)

Figure 40: Gráfica del circuito simulado para el Prototipo 2

a . Segundo, la impedancia de entrada z11 SI/NO misma que la del Prototipo 1, debido a que:

es la

Luego, la impedancia de entrada en el Prototipo 2 en alta frecuencia es igual a Ohms, y la frecuencia en donde la impedancia de entrada en el Prototipo 2 es igual que en el Prototipo 1 es de Hertz. Por último, la impedancia de salida z22 SI/NO es la misma que la del Prototipo 1, debido a que:

Luego, la impedancia de salida en el Prototipo 2 en alta frecuencia es igual a Ohms, y la frecuencia en donde la impedancia de salida en el Prototipo 2 es igual que en el Prototipo 1 es de Hertz. Al realizar el montaje del Prototipo 2, con una aproximación de los valores calculados a aquellos que se puedan obtener en el mercado, se conecta a la entrada del circuito (V1 ) una fuente sinusoidal de 10 Volts peak-peak. Así, variando la frecuencia de la señal V1 , con el Osciloscopio se mide la tensión V2 peak-peak. La tensión medida se ilustra en la Tabla 4. Al comparar los valores diseñados, los simulados y los medidos, se puede concluir que:

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Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos)

V1 (Hertz) 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000

V2 (Volts)

Table 2: Valores para el cálculo de ganancia del Prototipo 2

Acto seguido se realiza la simulación y el montaje del circuito de la Figura 34 con Z1 como un resistor de 2.2kOhms, Z2 como un resistor de 1kOhms, Z3 como un capacitor de 1µFarad y V1 una fuente sinusoidal. Al utilizar un programa de simulación (como aparece en la Figura y 43) para determinar V2 en función de la frecuencia (usando la función AC sweep) para este circuito, se obtuvieron los resultados de la Figura 61(a) y 61(b).

Figure 41: Respuesta en frecuencia de V2 para el circuito T

En el montaje, la fuente V1 es de 10 Volts peak-peak de amplitud, y con frecuencia inicial de 10 Hertz. Al medir con el Multímetro la tensión V2 y la corriente I1 , la tensión medida se ilustra en la Tabla 5. Al comparar los valores medidos y los simulados, se puede concluir que:

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Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos)

Figure 42: Respuesta en frecuencia de z22 para el circuito T

Figure 43: Gráfica del circuito simulado para el circuito T

f (V1 ) (Hertz) 10 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000

V2 (Volts)

Table 3: Valores para el cálculo de ganancia del Circuito T

4.1 Impedancias de entrada, salida y transferencia

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Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos)

Impedancias de entrada, salida y transferenciag˘ Los valores de las impedancias de entrada, salida y transferencia para los circuitos montados, con ayuda de los valores medidos, se registran en las siguientes tablas: Parámetro

Prototipo 1 Valor (Ohms)

Prototipo 2 Valor (Ohms)

Zin Zout ZT Table 4: Impedancias de los circuitos Π diseñados

Parámetro Zin Zout ZT inversa

Valor (Ohms)

Table 5: Impedancias del circuito T

Impedancias de entrada, salida y transferenciag˘

4.2 Ganancia directa e inversa de transmisión Ganancia directa e inversa de transmisióng˘ Para los circuitos montados con los valores diseñados, la ganancia directa V2 /V1 se calcula midiendo la tensión peak-peak en el terminal V2 , colocando el generador de señales en el terminal V1 del circuito correspondiente. Del mismo modo, la ganancia inversa V1 /V2 se calcula midiendo la tensión peak-peak en el terminal V1 , colocando el generador de señales en el terminal V2 del circuito correspondiente. La Tabla 3 ilustra los resultados obtenidos, utilizando para el generador una señal senoidal de 1 Volt peak-peak, a 45 kHz, en todos los casos. Circuito Π Prototipo 1 Prototipo 2

Circuito T

Ganancia directa Ganancia inversa Table 6: Ganancias de los circuitos diseñados

Actividad 4.1 Explique por qué las ganancias encontradas son menores o iguales a 1. Ganancia directa e inversa de transmisióng˘

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Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos)

5 Proyecto 1 La Fig. 44 muestra una red de resistencias con dos puertos de prueba.

Figure 44: Circuito de prueba.

Actividad 5.1 Realice los pasos matemáticos requeridos para hallar los parámetros de admitancia de dos puertos, para el circuito de la Fig. 44. Actividad 5.2 Halle el valor de la resistencia R1 , tal que la admitancia de salida y22 sea igual a 10mSiemens. Actividad 5.3 Realice una grafica de la variación de y22 con respecto a la resistencia R1 , hasta 10k Ohms.

6 Conclusiones Existen parámetros de admitancia que pueden ser calculados de la misma forma que la impedancia y la ganancia, porque:

El dispositivo que consideramos que puede alterar los parámetros en mayor proporción es el , porque:

El prototipo 2 se denomina una red de acople resonante porque:

La utilidad que tiene este método en la práctica es el siguiente:

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Medición de Parámtros en Redes de Dos Puertos (Análisis de Cuadripolos)

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Amplificador Operacional: Parámetros reales

Amplificador Operacional: Parámetros reales Un amplificador operacional (AO) real difiere del modelo ideal en dos aspectos: La corriente de entrada NO es despreciable, y la tensión de salida no es exactamente proporcional a la tensión diferencial de entrada. La Figura 112 ilustra un amplificador operacional real, en donde los terminales OFFSET NULL dejan ver otra diferencia sobre el modelo ideal, i.e., la fuente de polarización debe ser compensada, a modo de evitar valores de corriente continua que alteren el valor de tensión de salida. Por último, hay que tener en cuenta que, según se ilustra en la Figura 112, el circuito está compuesto por elementos semiconductores, los cuales tienen una limitación en frecuencia, por ejemplo, el AO requiere de una cantidad de tiempo para que la señal pueda propagarse de la entrada a la salida. El objetivo de este reporte es el de determinar los valores de estos fenómenos que provocan que el Amplificador operacional difiere de su modelo ideal, comparándolos con los suministrados por la hoja de datos en la Tabla 1. Además, se ilustra la estrategia para compensar la fuente de polarización interna o tensión offset. Parámetro Tensión offset interna Resistencia de entrada Ganancia en lazo abierto CMRR Slew Rate

Valor 6.0 2.0 200 90 0.5

Unidades mVolts MOhms Volt/mVolt dB Volts/µs Table 1: Valores para el LM741.

1 Mediciones sobre parámetros reales del Amplificador Operacional 1.1 Tensión Offset Es el valor de tensión que se requiere para que la tensión de salida en el amplificador sea nula. Este valor es cero en un amplificador ideal, pero no es igual para en un amplificador real. Esta tensión entonces debe ajustarse a cero por medio del uso de las entradas de offset (Offset Null) en caso de

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Amplificador Operacional: Parámetros reales

Figure 45: Montaje para compensación de la tensión offset [2]

Figure 46: Modelo para el circuito de la figura 167

querer precisión. Para medir y controlar este parámetro, se tiene el circuito de la Figura 167, con R1 = R2 = kOhms. El valor de R3 requerido para balancear la corriente de polarización del Amplificador Operacional se calcula con: R1 R2 R3 = R1 + R2 De acuerdo con lo anterior, R3 = kOhms. Esta tensión es producida por la tensión offset interna que puede modelarse como una fuente de tensión DC conectada a la entrada de un amplificador ideal en configuración no inversora. Así, Observando el circuito de la Figura 103 la ganancia del amplificador es igual a dos, porque .

1.2 Relación de Rechazo en Modo Común Si una señal es aplicada por igual a las dos entradas del amplificador operacional, tal que la tensión de entrada diferencial no varíe, la salida no debería

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Amplificador Operacional: Parámetros reales

ser afectada. La Relación de Rechazo en Modo Común (CMRR) mide la tendencia de rechazar señales de entrada comúnes para dos entradas de un amplificador diferencial. Un CMRR alto es importante en aplicaciones donde la señal de entrada posee fluctuaciones pequeñas sobrepuestas sobre un alto nivel constante de tensión, o cuando la infomación relevante está contenida en la diferencia entre dos señales. Los valores típicos de CMR (CMRR en dB) pueden estar entre los 70dB y 120dB. El circuito de la Figura 159 mide el Rechazo en Modo Común. Al montar el circuito realizando el ajuste de la tensión Offset de entrada de la sección anterior, los valores de resistencias, tal que R1 ≤ 1MΩ y  1+

R2 R1



= 10 ,

son:

.

Figure 47: Montaje para el cálculo de CMRR [4]

1.3 Slew Rate Este parámtero representa la máxima tasa de cambio de una señal en cualquier punto del circuito. Las limitaciones en la capacidad de cambio en un dispositivo aumentan debido a los efectos no–lineales del mismo. Así, el slew rate de un amplificador se define como el rango máximo de cambio de la tensión de salida para todas las señales de entrada posibles, por lo que se produce una limitación a la velocidad de funcionamiento, es decir, la frecuencia máxima a la que puede funcionar el amplificador para un nivel dado de señal de salida. Esta medida está dada por la siguiente

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Amplificador Operacional: Parámetros reales

ecuación: dV0 SR = dt max El Slew Rate se expresa típicamente en unidades de Volt/µs. Por ejemplo, si el SR es de 0.3V/µs, luego el voltaje de salida cambiará a una razón máxima de 0.3 Volts en 1µs. Como para una onda senoidal estos efectos no son claramente interpretables, se usa una señal de pulsos cuadrados. El circuito de la Figura 160 mide el slew rate. Al montar el circuito realizando el ajuste de la tensión Offset de entrada de la sección anterior, los valores de resistencias, tal que R L = 2k Ohms, ACL = 1.5 Volt/Volt y CL = 50pFarad, y   RF ACL = 1 + , RI son:

. En este caso, vin es una onda de tren de pulsos cuadrados, con relación de

Figure 48: Montaje para medición del slew rate [4]

trabajo del 50%, cuya frecuencia se usará como parámetro. Un ejemplo de esta medida se ilutra en la Figura 133, donde la señal de salida se invierte para que las señales queden a la misma escala.

Figure 49: Resultado para la medición del slew rate

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Amplificador Operacional: Parámetros reales

2 Experimental Setup and Results 2.1 Imperfecciones DC: Tensión offset interna Imperfecciones DC: Tensión offset internag˘ En este caso, solo se toman los resultados sobre el montaje del circuito de la Figura 167. Al conectar la entrada Vin a tierra en el circuito de la Figura 167, sin instalar aún el potenciómetro de 10 kΩ ,la tensión de salida es de mVolts. De este modo, al comparar la tensión offset medida con el valor encontrado en la hoja de datos del LM741 (ver Tabla 1), se puede apreciar que

, porque

. Al instalar el potenciómetro de 10 kΩ sobre las terminales offset-null, se hace el ajuste del potenciómetro para que la tensión de salida tenga un valor cero. Así/Sin embargo ( ), la margen de tensión offset de salida SI/NO( ) se puede obtener ajustando el potenciómetro por dentro de su margen total. Luego, el valor medido en el pin 5 del amplificador LM741 es de Volts. La Tabla ilustra los valores medidos Vout al aplicar diferentes valores de Vin . En caso que no se tenga disponible una fuente DC para Vin , puede usarse un generador de señal cuadrada, en donde la amplitud pico (no pico-pico) de la señal es igual a Vin , a una frecuencia de 5 kHz. Para este caso, se mide con un osciloscopio el valor pico de Vout . Vin (Volts) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

Vout

Table 2: Valores medidos del Offset.

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Amplificador Operacional: Parámetros reales

Imperfecciones DC: Tensión offset internag˘

2.2 Rechazo en Modo Común Rechazo en Modo Comúng˘ La Figura 50 ilustra los resultados obtenidos en simulación al conectar la entrada Vin a una fuente DC del circuito de la Figura 159. Esto es la gráfica paramétrica Vout vs. Vin , donde Vin es el parámetro variable (sweep variable), el cual varía entre 0.0 y 3.0 Volts DC.

Figure 50: Gráfica paramétrica para el cálculo del CMRR.

La Tabla 3 ilustra los resultados obtenidos en el montaje al conectar la entrada Vin a una fuente DC del circuito de la Figura 159. En caso que no se tenga disponible esta fuente, puede usarse un generador de señal cuadrada, en donde la amplitud pico (no pico-pico) de la señal es igual a Vin , a una frecuencia de 5 kHz. Para este caso, se mide con un osciloscopio el valor pico de Vout . Vin (Volts) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

Vout

Table 3: Valores para el cálculo del CMRR en el montaje.

Por interpolación, se obtiene ∆Vout =

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, y ∆Vin =

. Usando la

Amplificador Operacional: Parámetros reales

siguiente ecuación: ∆Vout

∆Vin = CMRR



R2 1+ R1

 ,

la relación de rechazo en modo común (CMRR) es igual a . Comparando los valores en simulación, medidos en el montaje, y el que aparece en la hoja de datos del LM741 (ver Tabla 1), se nota que:

. porque

. Rechazo en Modo Comúng˘

3 Slew Rate Al conectar la entrada Vin a una fuente de tren de pulsos positivos, con 10 Volts pico-pico, se obtiene la gráfica en el eje de tiempo de la señal en Vout que se ilustra en la Figura 51, que es parecido al ejemplo ilustrado en la Figura 133. Se recomienda usar un osciloscopio digital, para mejorar la precisión en la medida.

Figure 51: Gráfica de comparación para slew rate [4]

Usando la siguiente ecuación: SR =

∆V . ∆t

La Tabla 4 ilustra los resultados obtenidos para el slew rate en simulación del circuito de la Figura 160. Del mismo modo, La Tabla 5 ilustra los resultados obtenidos para el slew rate, al realizar el montaje del circuito de la Figura 160. Comparando los valores en simulación, medidos en el montaje, y el que aparece en la hoja de datos del LM741 (ver Tabla 1), se nota que:

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Amplificador Operacional: Parámetros reales

Frecuencia (kHertz) 0.010 0.050 0.100 0.500 1.000 5.000 10.00 500.0

SW (Volts/µs)

Table 4: Valores para el cálculo del slew rate en simulación.

Frecuencia (kHertz) 0.010 0.050 0.100 0.500 1.000 5.000 10.00 500.0

SW (Volts/µs)

Table 5: Valores para el cálculo del slew rate en el montaje.

. porque

.

4 Conclusiones Con respecto a la tensión offset, se pudo comprobar que

. Con respecto a la CMRR, se pudo comprobar que

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Amplificador Operacional: Parámetros reales

. Con respecto al slew rate, se pudo comprobar que

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

.

73 | 256

Amplificadores

Amplificadores 1 Análisis de Circuitos 1.1 Ganancia de Tensión Realizar los pasos matemáticos requeridos para demostrar que  la ganancia  de tensión del amplificador de la Figura 52 es:

v0 vi

= − RR12 1 +

R4 R2

+

R4 R3

1.2 Diseño Calcular los valores R1 , R2 , R3 y R4 del circuito de la Figura 36 para obtener una ganancia de 2 dB, impedancia de entrada de 150 Ohms e impedancia de salida de 470 Ohms. Para que se tenga una solución, R2 = R4 .

Figure 52: Circuito

1.3 Resultados de Simulación Mediante simulación, realizar la gráfica paramétrica v0 /vi para el circuito de la Figura 36, usando los valores calculados en el ejercicio anterior.

2 Amplificador con Red Reactiva A continuación se ilustran los pasos matemáticos requeridos para hallar la ganancia de tensión del amplificador de la Figura 53

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Amplificadores

Figure 53: Circuito

2.1 Resultados de Simulación Mediante simulación, la Figura 54 ilustra la respuesta en frecuencia de v0 vi ( ω ). Se utiliza R1 = 1kOhm, R2 = R4 = 10kOhms, C3 = 1µFarad.

Figure 54: Rin vs. Re parametric graph

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Amplificador Diferencial

Amplificador Diferencial 1 Análisis de Circuitos 1.1 Ganancia de Tensión Realizar los pasos matemáticos requeridos para demostrar que la tensión a la salida del amplificador de la Figura 117 es:    R1 R4 R2 v0 = 1 + vi1 vi2 − R2 R3 + R4 R1

Figure 55: Circuito

1.2 Respuesta paramétrica Realizar la simulación del circuito, exhibiendo la gráfica paramétrica v0 vs. vi2 − vi1 . Para ello, fije la tensión vi2 en 500mVolts, y varíe vi1 entre el intervalo [−1, 1] Volts. Use valores de resistencia de tal manera que, haciendo v0 = Avi1 + Bvi2 , se tengan las respectivas ganancias de 20 log10 | A| = 3dB y 20 log10 | B| = 6dB.

1.3 Respuesta en Frecuencia Realizar los pasos matemáticos para calcular el valor de tensión a la salida del amplificador de la Figura 118, el cual puede ser representado como: v0 = A( jω )vi2 + B( jω )vi1 Calcular las frecuencias de corte en función de las resistencias y capacitancias del circuito.

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Amplificador Operacional en modo Derivador

Figure 56: Circuito

Amplificador Operacional en modo Derivador En esta guía se presentan algunas configuraciones del amplificador operacional, que serán útiles para que el estudiante se familiarice con el importante uso que tiene este dispositivo en la electrónica. keywords: Amplificador Derivador, Amplificador Integrador, Integrador de Miller.

1 Introduction El diseño de circuitos electrónicos por medio de Amplificadores Operacionales (AO) permite resolver problemas involucrados con operaciones lineales tales como suma, multiplicación, diferenciación e integración. Entendiendo la importancia de este elemento lineal dentro la la Electrónica, es importente reconocer el funcionamiento del amplificador operacional como operador derivador e integrador en electrónica analógica. El presente trabajo ilustra dos ejemplos simples de integradores y derivadores existentes. Los materiales requeridos son los siguientes: • Protoboard. • Resistores y capacitores según los diseños. • Amplificador TL084 ó LM324

2 Amplificador Derivador La Figura 167 ilustra un Amplificador Operacional configurado como derivador. La ganancia de tensión v0 /vi se calcula de la siguiente man-

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Amplificador Operacional en modo Derivador

Figure 57: AO conectado como diferenciador.

era: Escriba el procedimiento en este espacio

Por lo tanto, la frecuencia de corte se encuentra en rad/seg. De este modo, para un derivador con ganancia en alta frecuencia (ω → ∞) igual a 10dB, y frecuencia de corte de 1 kHz, los valores de los componentes electrónicos se ilustran en la Tabla 1, teniendo en cuenta valores comerciales. Componente R1 Rf C

Valor

Unidades kOhms kOhms nFarads

Table 1: Valores de los componentes electrónicos para el circuito de la Figura 167.

Actividad 2.1 Al simular el dispositivo, la Fig. 117 ilustra la respuesta en frecuencia del circuito de la Figura 167, sea usando el diagrama de Bode o la opción AC sweep del simulador. Acto seguido se procede con el montaje del dispositivo. La Figura 118 ilustra el comportamiento de la señal de salida, al aplicar una señal de entrada sinusoidal de 10Voltspeak − peak, 20kHz al circuito de la Figura 167. Actividad 2.2 Describa las características de la magnitud y la fase de la señal de salida en comparación con la entrada. Actividad 2.3 La Tabla 3 ilustra el valor de la ganancia ante diferentes valores de frecuencia en el montaje, donde las medidas de tensión v0 están en Volts peak-peak

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Amplificador Operacional en modo Derivador

(a) Respuesta en la frecuencia

(b) Respuesta en el tiempo

Figure 58: Respuesta en el tiempo y la frecuencia del circuito de la Figura 167

y las medidas de frecuencia están en kHertz. La amplitud de la señal de entrada vi es constante e igual a 10 Volts peak-peak. f 0.010 0.050 0.100 0.500 1.000 5.000 10.00 50.00 500.0

v0

20 log10 (v0 /vi )

Table 2: Resultados del montaje.

Actividad 2.4 Compruebe con los datos obtenidos del circuito de la Fig. 167, que el amplificador operacional se comporta como derivador. El valor DC que se presenta a la salida del circuito de la Figura 112 (SI/NO) representa un problema, porque

. Así, la solución a este problema puede ser conectando un potenciómetro de 500kOhms en paralelo con el condensador. Esto se puede comprobar para una frecuencia de 100 Hz, variando el valor del potenciómetro hasta que la tensión DC presenta el siguiente comportamiento:

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Amplificador Operacional en modo Derivador

. Otra solución a este problema puede ser

.

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Amplificador Operacional Integral

Amplificador Operacional Integral En esta guía se presentan algunas configuraciones del amplificador operacional, que serán útiles para que el estudiante se familiarice con el importante uso que tiene este dispositivo en la electrónica. El diseño de circuitos electrónicos por medio de Amplificadores Operacionales (AO) permite resolver problemas involucrados con operaciones lineales tales como suma, multiplicación, diferenciación e integración. Entendiendo la importancia de este elemento lineal dentro la la Electrónica, es importente reconocer el funcionamiento del amplificador operacional como operador derivador e integrador en electrónica analógica. El presente trabajo ilustra un ejemplo simples de integrador. keywords: Amplificador Derivador, Amplificador Integrador, Integrador de Miller.

1 Amplificador Integrador Actividad 1.1 Simule el circuito de la Figura 167, con R f = 10kOhms, R1 = 10kOhms y C = 100nFarad, utilizando el modo de simulación de Respuesta en Frecuencia (AC-sweep). Mantenga el valor de tensión Vin a 10 Volts, y mida la tensión de salida vout del amplificador. ¿Cuál es la frecuencia de corte? Figure 59: Integrador Miller.

Actividad 1.2 Construya el circuito de la Figura , con R f = 10kOhms, R1 = 10kOhms, C = 100nFarad, y una tensión de polarización del Amplificador Operacional de ±12V. Actividad 1.3 Aplique en la terminal Vin una señal de entrada senoidal de 20 Volts pico-pico. Con ayuda del osciloscopio compare la señal de entrada vin contra la de salida vout , variando la frecuencia de la señal senoidal en 1, 10, 100, 103 , 104 , 105 , 106 Hertz. Actividad 1.4 Aplique en la terminal Vin una señal de entrada cuadrada de 20 Volts pico-pico. Con ayuda del osciloscopio compare la señal de entrada vin contra la de salida vout , variando la frecuencia de la señal senoidal en 1, 10, 100, 103 , 104 , 105 , 106 Hertz. NOTA: El amplificador está trabajando en modo inversor, por lo que la salida resulta negativa en comparación con la entrada Se requieren de los siguientes materiales: • Protoboard.

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Amplificador Operacional Integral

• Resistores y capacitores según los diseños. • Amplificador TL084 ó LM324

1.1 Amplificador Integrador Amplificador Integradorg˘ La Figura 112 ilustra un Amplificador Operacional configurado como integrador. Este circuito se denomina Integrador de Miller.

Figure 60: Amplificador Integrador.

Actividad 1.5 Calcule la función de ganancia de tensión v0 /vi Por lo tanto, la frecuencia de corte se encuentra en rad/seg. De este modo, para un integrador con ganancia DC igual a 10 dB, frecuencia de corte de 10 kHz, e impedancia de entrada Z11 de 10kΩ los valores de los componentes electrónicos se ilustran en la Tabla 1, teniendo en cuenta valores comerciales. Componente R1 Rf C

Valor

Unidades kOhms kOhms nFarads

Table 1: Valores de los componentes electrónicos para el circuito de la Figura 112.

Amplificador Integradorg˘

2 Resultados Primero se realiza la simulación del dispositivo. La Figura 61(a) ilustra la respuesta en frecuencia del circuito de la Figura 112, sea usando el diagrama de Bode o la opción AC sweep del simulador. Acto seguido se procede con el montaje del dispositivo. La Figura 61(b) ilustra el comportamiento de la señal de salida, al aplicar una señal de entrada sinusoidal de 10Voltspeak − peak, 5kHz al circuito de la Figura 112.

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Amplificador Operacional Integral

(a) Respuesta en la frecuencia

(b) Respuesta en el tiempo Figure 61: Respuestas del circuito de la Figura 112

Actividad 2.1 Describa las características de magnitud y la fase de la señal de salida en comparación con la entrada. Sin embargo, en la Figura 61(b) se nota que existe una tensión DC en la señal de salida. Esto ocurre porque

. La Tabla 6 ilustra el valor de la ganancia ante diferentes valores de frecuencia en el montaje, donde las medidas de tensión v0 están en Volts peak-peak y las medidas de frecuencia f están en kHertz. La amplitud de la señal de entrada vi es constante e igual a 10 Volts peak-peak. f 0.010 0.050 0.100 0.500 1.000 5.000 10.00 50.00 500.0

v0

20 log10 (v0 /vi )

Table 2: Resultados del montaje.

La Figura 62 ilustra la respuesta de la señal de salida cuando al integrador Miller se le aplica a Vin una señal de pulsos cuadrados cuyo valor de tensión es igual a 10 Volts pico-pico. El periodo de la señal T es el inverso de la frecuencia, por ejemplo, si la señal de pulsos cuadrados tiene una frecuencia de 106 Hertz, el periodo es igual a T = 1/106 = 10−6 segun-

83 | 256

Amplificador Operacional Integral

dos. Luego, la frecuencia (desde/en/hasta)

donde el integrador

Tension (Volts)

+10

vin (t/T )



vout (t/T ) → 10 Hertz vout (t/T ) → 102 Hertz

0

vout (t/T ) → 103 Hertz vout (t/T ) → 104 Hertz

−10 T/2

T tiempo

Figure 62: Diagrama de ventana.

Miller se comporta como un integrador óptimo es de

Hertz, porque

.

3 Conclusiones Con respecto al circuito de la Figura 167, se pudo comprobar que el amplificador operacional se comporta como derivador, porque

. Con respecto al circuito de la Figura 112, se pudo comprobar que el amplificador operacional se comporta como integrador, porque

. El valor DC que se presenta a la salida del circuito de la Figura 112 (SI/NO) representa un problema, porque

. Así, la solución a este problema puede ser conectando un potenciómetro de 500kOhms en paralelo con el condensador. Esto se puede comprobar para una frecuencia de 100 Hz, variando el valor del potenciómetro hasta que la tensión DC presenta el siguiente comportamiento:

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Amplificador Operacional Integral

. Otra solución a este problema puede ser

.

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Amplificador Sumador, Diferencial y de Instrumentación

Amplificador Sumador, Diferencial y de Instrumentación En esta práctica se da un acercamiento a los amplificadores operacionales, con la finalidad de comprobar sus propiedades vistas en la clase. Se trabajará con el amplificador diferencial y sumador-restador, realizando los cálculos de los resistores adecuados en cada diseño. En esta guía se presenta dos de las configuraciones más importantes del amplificador operacional a la hora de trabajar en el tratamiento de señales, con el fin de que el estudiante se familiaricen con el uso que tiene este dispositivo a la hora de amplificar señales diferenciales y rechazar el ruido electrónico de las señales a tratar. keywords:Amplificador Operacional, Sumador, Amplificador de Instrumentación, Restador, Sumador, Amplificador Diferencial, Fuente DC, Rechazo en modo común, Resistencias, Seguidor de voltaje, TL084.

1 Amplificador Diferencial El amplificador diferencial es utilizado para amplificar una señal diferencial en la que ninguno de los terminales es la referencia (tierra). En la Figura 1., se observa esta configuración.

Figure 63: Amplificador diferencial.

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Amplificador Sumador, Diferencial y de Instrumentación

La ecuación para esta configuración es: R2 V0 = Vb − Va R1

(13)

1. Realizar el montaje mostrado en la Figura 2.

Figure 64: Circuito 1.

2. Por qué se hace necesario utilizar el seguidor de tensión, qué ocurre en este circuito si no se utiliza? 3. Observar con el multímetro la señal de salida y compararla con el valor de la fórmula y la simulación, qué ocurre? 4. Demostrar la Ec. (1).

2 Amplificador de instrumentación El amplificador de instrumentación es utilizado para amplificar una señal diferencial en la que ninguno de los terminales es la referencia (tierra), a diferencia con la configuración anterior, éste tiene un rechazo al ruido electrónico mayor (RRMC). En la Figura 3., se observa esta configuración.

Figure 65: Amplificador de instrumentación.

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Amplificador Sumador, Diferencial y de Instrumentación

La ecuación para esta configuración es: R V0 2R2 = ( 4 )( + 1) Vb − Va R3 R1

(14)

1. Realizar el montaje mostrado en la Figura 4.

Figure 66: Circuito 2.

2. Por qué en este circuito no hay necesidad de utilizar el seguidor de tensión? 3. Observar con el multímetro la señal de salida y compararla con el valor de la fórmula y la simulación, qué ocurre? 4. Demostrar la Ec. (2).

2.1 Red generalizada con Amplificadores Operacionales El circuito de la Figura 167 está descrito por la ecuación sumadora generalizante [3]:  v0 =

Rf 1+ ¯ R



m

R∑

i =1

vi − Rf Ri

n

v¯ j

∑ R¯ j

,

(15)

j =1

donde: • R es la resistencia equivalente de la suma en paralelo de los resistores conectados al terminal no inversor. 1 1 1 1 1 = + + +...+ R R0 R1 R2 Rm • R¯ es la resistencia equivalente de la suma en paralelo de los resistores conectados al terminal inversor. 1 1 1 1 1 = + + + ... + R¯ R¯ 0 R¯ 1 R¯ 2 R¯ n

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Amplificador Sumador, Diferencial y de Instrumentación

Figure 67: Red sumadora generalizada.

• Ri es el resistor por el que fluye la corriente creada por la variable vi . • R¯ j es el resistor por el que fluye la corriente creada por la variable v¯ j . • R f es el resistor de realimentación. La resistencia equivalente Req es igual a:   Rf Req = 1 + ¯ R = R f R Quedando la Ecuación (21) como: m

v0 = R f

∑

i =1

vi − Rf Ri

n

v¯ j

∑ R¯ j

,

(16)

j =1

Se tienen los siguientes parámetros [3]: ai =

Rf Rf ;b j = ¯ Ri Rj m

A=

∑ ai

(17a)

∑ bj

(17b)

i =1 n

B=

j =1

Para que las impedancias en ambas entradas se consideren iguales, se tiene la ecuación de balance [3]: 1 1 1 1 + +...+ = + R0 R1 R2 Rm

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Amplificador Sumador, Diferencial y de Instrumentación

1 1 1 1 1 + ¯ + ¯ + ... + ¯ + Rf R¯ 0 R1 R2 Rn

(18)

Factorizando las Ecuaciones (23a) y (23b) en la Ecuación (24) se obtiene: AT A−B−1 1 1 = = ¯ − Rf Rf R0 R0

(19)

A partir de la Ecuación (25), es claro que se puede obtener R0 o R¯ 0 a partir del valor de la ganancia total del sumador A T . La Tabla 1 establece los valores de R0 y R¯ 0 que pueden obtenerse a partir de ciertos puntos críticos, donde Zi es el valor de impedancia de entrada de diseño, que se asume igual para ambas entradas, i.e., Zi+ = Zi− = Zi , y κ = sup { A, ( B + 1), | A T |}. AT R0

>0

∞

0

∞

Vd + Vb + 2IR. Coloque el procedimiento aquí

Materialesg˘

3 Resultados 3.1 Simulación Simulacióng˘ Para los circuitos correspondientes a las Figuras 91 y 117, la Figura 157 ilustra, mediante simulación, el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 Volts. La Figura 159 ilustra la gráfica paramétrica i D /v1 del diodo conectado a la fuente v1 para cuando, en el circuito de la Figura 112, se tiene V1 = [0, 5] Volts y V2 = 5 Volts. Simulacióng˘

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Clipper Circuit

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 93: Simulacion de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figuras 91 y 117, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

i D (mAmperes)

0

1.0

2.0

3.0

4.0

v1 (Volts) 5.0

Figure 94: Simulacion de la curva paramétrica i D1 , v1 para el circuito de la Figura 112, indicando las respectivas escalas de corriente y tension.

3.2 Montaje Montajeg˘ Al realizar el montaje de los circuitos correspondientes a las Figuras 91 y 117, la Figura 160 ilustra el comportamiento en el tiempo de la señal de

124 | 256

Clipper Circuit

salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 Volts. El valor medido al cual se carga el condensador del

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 95: Medición mediante osciloscopio de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figuras 91 y 117, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

circuito de la Figura 91 es de Vb = Volts. Si, en el circuito de la Figura 112, se cambia la resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres. Esto se debe a que:

. Si, en el circuito de la Figura 112, se cambia la resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres RMS. Esto se debe a que:

.

Montajeg˘

125 | 256

Clipper Circuit

4 Conclusiones Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 91, se pudo comprobar que

. Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 112, se pudo comprobar que

. Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 117, se pudo comprobar que

. (Evaluador) La corriente máxima que se pudo tranferir al Motor en el circuito de la Figura 126fue de Ampéres. Luego, dado que la corriente máxima que se le puede entregar al Motor es de Ampéres , se pudo comprobar que (SI/NO) se cumplió con el diseño, porque

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

.

126 | 256

Voltage Doubler

Voltage Doubler En esta práctica se da un acercamiento práctico a los diodos, con la finalidad de comprobar sus propiedades vistas en la clase. Se trabajará realizando los cálculos en pequeña señal y saturación de los resistores adecuados en cada caso. keywords: Diodo, rectificador, recortador, limitador, zener, compuerta lógica.

1 Introduction Un diodo es un dispositivo de dos terminales que permite el paso de la corriente en una sola dirección. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad. Los diodos proveen una amplia gama de aplicaciones en electrónica, debido a que es el componente de conmutación básico, y la combinación de varios de ellos con otros dispositivos provee una función determinada. El presente trabajo ilustra el diseño y funcionamiento de tres dispositivos basados en diodos, y los aspectos a tener en cuenta para el óptimo desempeño del mismo. El circuito de la Figura 96 es un circuito doblador de tensión (Doubler). Considerando que vi es una fuente senoidal simétrica, cuyo valor de ampli-

Figure 96: Circuito.

tud peak–peak es mayor que la tensión de polarización del diodo, la salida v0 se comporta de la siguiente manera:

127 | 256

Voltage Doubler

. La Figura 97 ilustra este comportamiento. La tensión a la cual queda cargado el condensador a la salida es igual a Vb = Volts. v0

vin

Figure 97: Gráfica paramétrica v0 /vi .

2 Marco Experimental Se han obtenido los siguientes diodos con las características que se ilustran en la Tabla 1. Circuito Figura 91

Figura 112

Figura 117

Parámetro Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Tensión inversa Zéner Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd

Valor

Unidades Amperes Volts Amperes Ohms Amperes Volts Amperes Ohms Amperes Volts Volts Amperes Ohms Table 1: Parámetros Diodos

128 | 256

Voltage Doubler

2.1 Materiales Materialesg˘ Se requieren entonces los siguientes materiales para la implementación de los dispositivos: • Fuente DC • Multímetro • Protoboard • Diodos de acuerdo con la aplicación: Conmutación, Zener, Fotodiodos. • Amp. Op. TL084 donde se requiera. • Resistores y capacitores de diversos valores de acuerdo a los diseños. Materialesg˘

2.2 Circuito doblador Circuito dobladorg˘ Debido a que no hay elementos resistivos en el doblador de la Figura 96, se asume que las resistencia dinámica de cada Diodo rd será la parte resitiva en el cicuito de carga-descarga RC. El siguiente es el análisis para calcular el valor de los Capacitores, para que el circuito de la Figura 96 funcione adecuadamente desde una frecuencia de 60 Hertz. Coloque el procedimiento aquí

Circuito dobladorg˘

3 Resultados 3.1 Simulación Simulacióng˘ Para los circuitos correspondientes a las Figuras 91 y 117, la Figura 157 ilustra, mediante simulación, el comportamiento en el tiempo de la señal de

129 | 256

Voltage Doubler

salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 Volts. La Figura 158 ilustra la respuesta en frecuencia del Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 98: Simulacion de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figuras 91 y 117, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

circuito de la Figura 91, aplicando una señal senoidal de amplitud 10 Volts peak–peak y frecuencia entre 100 y 106 Hertz. La Figura 159 ilustra la gráfica paramétrica i D /v1 del diodo conectado a la fuente v1 para cuando, en el circuito de la Figura 112, se tiene V1 = [0, 5] Volts y V2 = 5 Volts. Simulacióng˘

3.2 Montaje Montajeg˘ Al realizar el montaje de los circuitos correspondientes a las Figuras 91 y 117, la Figura 160 ilustra el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 Volts. El valor medido al cual se carga el condensador del circuito de la Figura 91 es de Vb = Volts. Si, en el circuito de la Figura 112, se cambia la resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres. Esto se debe a que:

.

130 | 256

Voltage Doubler

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 99: Simulacion de la respuesta en frecuencia para el circuito de las Figura 91, indicando las respectivas escalas de tension y frecuencia.

i D (mAmperes)

0

1.0

2.0

3.0

4.0

v1 (Volts) 5.0

Figure 100: Simulacion de la curva paramétrica i D1 , v1 para el circuito de la Figura 112, indicando las respectivas escalas de corriente y tension.

Si, en el circuito de la Figura 112, se cambia la resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres RMS. Esto se debe a que:

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Voltage Doubler

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 101: Medición mediante osciloscopio de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figuras 91 y 117, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

. Montajeg˘

4 Conclusiones Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 91, se pudo comprobar que

. Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 112, se pudo comprobar que

. Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 117, se pudo comprobar que

132 | 256

Voltage Doubler

. (Evaluador) La corriente máxima que se pudo tranferir al Motor en el circuito de la Figura 126fue de Ampéres. Luego, dado que la corriente máxima que se le puede entregar al Motor es de Ampéres , se pudo comprobar que (SI/NO) se cumplió con el diseño, porque

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

.

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Circuitos rectificadores mediante el uso de diodos

Circuitos rectificadores mediante el uso de diodos En esta práctica se da un acercamiento práctico a los diodos, utilizándolos dentro de circuitos rectificadores. keywords: Diodo, Media Onda, Onda Completa, Rectificador. En electrónica, un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Los rectificadores tienen varios usos, los cuales incluyen componentes de suministros de potencia y detectores de señales de radio. El proceso de rectificación se realiza utilizando diodos de conmutación, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio. El primer aspecto importante en la rectificación es la pérdida entre la tensión pico de entrada y la tensión pico de salida, debida a la tensión de polarización de los diodos (alrededor de 0.7 Volts para diodos P-N de silicio y 0.3 Volts para diodos Schottky). Los circuitos de rectificación de media onda y de onda completa, al usar dos puntos del secundario del transformador separados, obtienen una pérdida de tensión de un diodo. Por otro lado, un circuito rectificador de puente de diodos obtiene una pérdida de tensión de dos diodos, representando una pérdida de potencia significativa para funtes de tensión bajas. Debido a que los diodos no conducen por debajo de la tensión de activación, el circuito solo entregará energía en una porción de cada medio ciclo, lo que se define como un recorte en el ciclo de trabajo. El segundo aspecto importante en la rectificación es la estabilidad de la tensión DC a la salida, debido a que el circuito rectificador por si solo no entrega un valor constante. Para producir una tensión DC desde una fuente AC, se requiere un circuito suavizador. Este circuito requiere simplemente un capacitor denominado de suavizado o de reserva, colocado en paralelo a la salida del rectificador. Sin embargo, aún persiste una cantidad de oscilación AC denominado rizado (ripple), que hace que la señal de salida aún no esté constante. Así, el diseño del capacitor representa un problema. Para una carga determinada, por ejemplo, un capacitor de valor alto reducirá el rizado pero será más costoso y crearía altas corrientes pico en el transromador secundario y en la carga. En casos extremos donde muchos rectiicadores son cargados sobre un sistema de distribución de energía, al operario del sistema le queda dificil mantener una curva senoidal correcta en magnitud y fase. Este trabajo ilustra el comportamiento de los diodos para varios circuitos rectificadores y determina lineamientos para el diseño adecuedo de un circuito rectificador utilizando diodos. En este

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Circuitos rectificadores mediante el uso de diodos

trabajo además se realizará una simulación de Corto-Circuito, el cual consiste en poner en corto circuito la salida del rectificador, y así comprobar si el rectificacor fué diseñado de acuerdo a las especificaciones, específicamente, si los diodos pueden soportar un valor extremo de corriente.

1 Circuitos Reguladores Las Figuras 112, 103 y 157 correspoden a los respectivos circuitos rectificadores de media–onda, de onda completa y de puente de diodos. Para la simulación de Corto-Circuito, cambie el valor de la resistencia de carga por R L = 0.5 Ohm y mida el valor de la corriente en alguno de los diodos en cada circuito.

1.1 Materiales Materialesg˘ • Transformador 120/12 Volts AC/AC • Por lo menos 4 diodos 1N4001. Como alternativas se tienen los diodos 1N4004 o 1N4003. Abstenerse de traer el puente de diodos integrado. • Resistores de 100 Ohms a 5 Watts • Resistores de 1000 Ohms a 5 Watts (mínimo de 1 Watt) • Resistores de 10 kOhms. • Capacitores de 470, 1000 y 1470µ Farads. Materialesg˘

1.2 Parámetros del Diodo Parámetros del Diodog˘ Se han obtenido diodos con características semejantes a los que se ilustran en la Tabla 1. Parámetros del Diodog˘

2 Resultados 2.1 Simulación Simulacióng˘ La Figura 133 muestra las formas de onda de entrada y salida superpuestas para los circuitos de las Figuras 112, 103 y 157, utilizando herramientas de

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Circuitos rectificadores mediante el uso de diodos

Parámetro Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd

Valor

Unidades Amperes Volts Amperes Ohms

Table 1: Parámetros Diodo(s) usado para los circuitos descritos en la Figuras 112, 103 y 157

Figure 102: Rectificador de media onda.

Figure 103: Rectificador de onda completa.

simulación, con un capacitor de 1000µ Farads y una resistencia de carga de 1 kOhm. Los resultados sobre la simulación de Corto-Circuito se ilustran en la Tabla 6. De este modo, se comprobó que los diodos obtenidos fueron los adecuados, porque

.

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Circuitos rectificadores mediante el uso de diodos

Figure 104: Rectificador con diodos configurados en puente.

Figure 105: Formas de onda vsec , vout para los tres circuitos considerados, indicando las respectivas escalas de tensión y tiempo.

Simulacióng˘

2.2 Montaje Montajeg˘ Al realizar los montajes de las Figuras 112, 103 y 157, se obtuvieron los resultados de las Tablas 3, 4 y 5. La Figura 133 muestra las formas de onda de entrada y salida superpuestas para los tres circuitos montados, sin el capacitor, y una resistencia de carga de 10 kOhm. De este resultado se puede concluir que la tensión de polarización requerida para activar los diodos en los circuitos rectificadores es de Volts para el de media onda, Volts para el de onda completa y de Volts para el de puente de diodos. Montajeg˘

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Circuitos rectificadores mediante el uso de diodos

Circuito CF (Farads) Fig. 112 Fig. 103 Fig. 157

ID−sc (Amp. RMS)

470 1000 1470 470 1000 1470 470 1000 1470

Table 2: Valores de corriente del diodo en circuitos rectificadores en estado de Corto Circuito.

Circuito CF (Farads)

Fig. 112

Fig. 103

Fig. 157

Isec VDC (Amp. (Volts) RMS)

Vripple (mVolts p–p)

No 470 1000 1470 No 470 1000 1470 No 470 1000 1470 Table 3: Valores de rizado y tensión DC en circuitos rectificadores, para una carga de R L = 0.1 kOhms.

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Circuitos rectificadores mediante el uso de diodos

Circuito CF (Farads)

Fig. 112

Fig. 103

Fig. 157

Isec VDC (Amp. (Volts) RMS)

Vripple (mVolts p–p)

No 470 1000 1470 No 470 1000 1470 No 470 1000 1470 Table 4: Valores de rizado y tensión DC en circuitos rectificadores, para una carga de R L = 1 kOhms.

Circuito CF (Farads)

Fig. 112

Fig. 103

Fig. 157

Isec VDC (Amp. (Volts) RMS)

Vripple (mVolts p–p)

No 470 1000 1470 No 470 1000 1470 No 470 1000 1470 Table 5: Valores de rizado y tensión DC en circuitos rectificadores, para una carga de R L = 10 kOhms.

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Circuitos rectificadores mediante el uso de diodos

Figure 106: Formas de onda vsec , vout para los tres circuitos considerados, indicando las respectivas escalas de tensión y tiempo.

3 Conclusiones La tensión secundaria del transformador necesaria para que la salida del circuito rectificador de onda completa sea igual a la salida de los circuitos rectificadores de puente o de media onda es de Volts, porque

. El rectificador es el que mejor desempeño ubtuvo en comparación con los demás circuitos considerados, porque

. Además, los valores óptimos de capacitancia y carga obtenidos fueron de , porque

. Se recomienda utilizar diodos de potencia en lugar de diodos de conmutación porque

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Circuitos rectificadores mediante el uso de diodos

. Como consideraciones especiales se tiene que

.

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Compuerta OR con Diodos

Compuerta OR con Diodos En esta práctica se da un acercamiento práctico a los diodos, con la finalidad de comprobar sus propiedades vistas en la clase. Se trabajará realizando los cálculos en pequeña señal y saturación de los resistores adecuados en cada caso. keywords: Diodo, rectificador, recortador, limitador, zener, compuerta lógica.

1 Introduction Un diodo es un dispositivo de dos terminales que permite el paso de la corriente en una sola dirección. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad. Los diodos proveen una amplia gama de aplicaciones en electrónica, debido a que es el componente de conmutación básico, y la combinación de varios de ellos con otros dispositivos provee una función determinada. El presente trabajo ilustra el diseño y funcionamiento de tres dispositivos basados en diodos, y los aspectos a tener en cuenta para el óptimo desempeño del mismo. El circuito de la Figura ?? es una compuerta lógica para el control de un motor. Considerando que v1 , v2 son fuentes conmutadas que entregan

Figure 107: Compuerta lógica utilizando diodos [2]

solo dos valores (0 y 5 Volts) de amplitud, los valores posibles de salida v0 se ilustran en la Tabla 3, de lo que se concluye que el circuito es una compuerta tipo .

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Compuerta OR con Diodos

V1 (Volts) 0.0 0.0 5.0 5.0

V2 (Volts) 0.0 5.0 0.0 5.0

V0 (Volts)

Table 1: Salidas posibles para el circuito de la Figura 112.

2 Marco Experimental Se ha obtenido los siguientes diodos con las características que se ilustran en la Tabla 2. Circuito Figura 91

Figura 112

Figura 117

Parámetro Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Tensión inversa Zéner Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd

Valor

Unidades Amperes Volts Amperes Ohms Amperes Volts Amperes Ohms Amperes Volts Volts Amperes Ohms Table 2: Parámetros Diodos

2.1 Materiales Materialesg˘ Se requieren entonces los siguientes materiales para la implementación de los dispositivos: • Fuente DC • Multímetro • Protoboard • Diodos de acuerdo con la aplicación: Conmutación, Zener, Fotodiodos.

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Compuerta OR con Diodos

• Amp. Op. TL084 donde se requiera. • Resistores y capacitores de diversos valores de acuerdo a los diseños. Materialesg˘

2.2 Compuerta Lógica Compuerta Lógicag˘ El procedimiento para calcular el valor de la resistencia, de tal manera que la corriente en el momento que los dos diodos conmuten sea de 10 mAmpéres en el circuito de la Figura 112, es entonces el siguiente: Coloque el procedimiento aquí

Compuerta Lógicag˘

3 Resultados 3.1 Simulación Simulacióng˘ Para los circuitos correspondientes a las Figuras 91 y 117, la Figura 157 ilustra, mediante simulación, el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 Volts. La Figura 158 ilustra la respuesta en frecuencia del circuito de la Figura 91, aplicando una señal senoidal de amplitud 10 Volts peak–peak y frecuencia entre 100 y 106 Hertz. La Figura 159 ilustra la gráfica paramétrica i D /v1 del diodo conectado a la fuente v1 para cuando, en el circuito de la Figura 112, se tiene V1 = [0, 5] Volts y V2 = 5 Volts. Simulacióng˘

3.2 Montaje

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Compuerta OR con Diodos

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 108: Simulacion de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figuras 91 y 117, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 109: Simulacion de la respuesta en frecuencia para el circuito de las Figura 91, indicando las respectivas escalas de tension y frecuencia.

Montajeg˘ Al realizar el montaje de los circuitos correspondientes a las Figuras 91 y 117, la Figura 160 ilustra el comportamiento en el tiempo de la señal de

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Compuerta OR con Diodos

i D (mAmperes)

0

1.0

2.0

3.0

4.0

v1 (Volts) 5.0

Figure 110: Simulacion de la curva paramétrica i D1 , v1 para el circuito de la Figura 112, indicando las respectivas escalas de corriente y tension.

salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 Volts. El valor medido al cual se carga el condensador del Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 111: Medición mediante osciloscopio de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figuras 91 y 117, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

circuito de la Figura 91 es de Vb = Volts. Realizado el montaje del circuito de la Figura 112, la Tabla 4 ilustra los resultados obtenidos para

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Compuerta OR con Diodos

los distintos casos de V1 y V2 . Si, en el circuito de la Figura 91, se cambia la V1 (Volts) 0.0 0.0 5.0 5.0

V2 (Volts) 0.0 5.0 0.0 5.0

V0 (Volts)

Table 3: Salidas posibles para el circuito de la Figura 112.

resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres. Esto se debe a que:

. Si, en el circuito de la Figura 112, se cambia la resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres RMS. Esto se debe a que:

. Si, en el circuito de la Figura 117, se cambia la resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres RMS. Esto se debe a que:

. Montajeg˘

4 Conclusiones Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 91, se pudo comprobar que

. Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 112, se pudo comprobar que

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Compuerta OR con Diodos

. Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 117, se pudo comprobar que

. (Evaluador) La corriente máxima que se pudo tranferir al Motor en el circuito de la Figura 126fue de Ampéres. Luego, dado que la corriente máxima que se le puede entregar al Motor es de Ampéres , se pudo comprobar que (SI/NO) se cumplió con el diseño, porque

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

.

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Compuerta AND usando Diodos

Compuerta AND usando Diodos En este laboratorio se da un acercamiento práctico a los diodos, con la finalidad de comprobar sus propiedades vistas en la clase. Se trabajará realizando los cálculos en pequeña señal y saturación de los resistores adecuados en cada caso. keywords: Diodo, rectificador, recortador, limitador, zener, compuerta lógica.

1 Introduction Un diodo es un dispositivo de dos terminales que permite el paso de la corriente en una sola dirección. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad. Los diodos proveen una amplia gama de aplicaciones en electrónica, debido a que es el componente de conmutación básico, y la combinación de varios de ellos con otros dispositivos provee una función determinada. El presente trabajo ilustra el diseño y funcionamiento de tres dispositivos basados en diodos, y los aspectos a tener en cuenta para el óptimo desempeño del mismo. El circuito de la Figura 112 es una compuerta lógica. Considerando que

Figure 112: Compuerta lógica utilizando diodos [2]

v1 , v2 son fuentes conmutadas que entregan solo dos valores (0 y 5 Volts) de amplitud, los valores posibles de salida v0 se ilustran en la Tabla 3, de lo que se concluye que el circuito es una compuerta tipo .

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Compuerta AND usando Diodos

V1 (Volts) 0.0 0.0 5.0 5.0

V2 (Volts) 0.0 5.0 0.0 5.0

V0 (Volts)

Table 1: Salidas posibles para el circuito de la Figura 112.

2 Marco Experimental Se ha obtenido los siguientes diodos con las características que se ilustran en la Tabla 2. Circuito Figura 91

Figura 112

Figura 117

Parámetro Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Tensión inversa Zéner Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd

Valor

Unidades Amperes Volts Amperes Ohms Amperes Volts Amperes Ohms Amperes Volts Volts Amperes Ohms Table 2: Parámetros Diodos

2.1 Materiales Materialesg˘ Se requieren entonces los siguientes materiales para la implementación de los dispositivos: • Fuente DC • Multímetro • Protoboard • Diodos de acuerdo con la aplicación: Conmutación, Zener, Fotodiodos.

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Compuerta AND usando Diodos

• Amp. Op. TL084 donde se requiera. • Resistores y capacitores de diversos valores de acuerdo a los diseños. Materialesg˘

2.2 Compuerta Lógica Compuerta Lógicag˘ El procedimiento para calcular el valor de la resistencia, de tal manera que la corriente en el momento que los dos diodos conmuten sea de 10 mAmpéres en el circuito de la Figura 112, es entonces el siguiente: Coloque el procedimiento aquí

Compuerta Lógicag˘

3 Resultados 3.1 Simulación Simulacióng˘ Para los circuitos correspondientes a las Figuras 91 y 117, la Figura 157 ilustra, mediante simulación, el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 Volts. La Figura 158 ilustra la respuesta en frecuencia del circuito de la Figura 91, aplicando una señal senoidal de amplitud 10 Volts peak–peak y frecuencia entre 100 y 106 Hertz. La Figura 159 ilustra la gráfica paramétrica i D /v1 del diodo conectado a la fuente v1 para cuando, en el circuito de la Figura 112, se tiene V1 = [0, 5] Volts y V2 = 5 Volts. Simulacióng˘

3.2 Montaje

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Compuerta AND usando Diodos

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 113: Simulacion de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figuras 91 y 117, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 114: Simulacion de la respuesta en frecuencia para el circuito de las Figura 91, indicando las respectivas escalas de tension y frecuencia.

Montajeg˘ Al realizar el montaje de los circuitos correspondientes a las Figuras 91 y 117, la Figura 160 ilustra el comportamiento en el tiempo de la señal de

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Compuerta AND usando Diodos

i D (mAmperes)

0

1.0

2.0

3.0

4.0

v1 (Volts) 5.0

Figure 115: Simulacion de la curva paramétrica i D1 , v1 para el circuito de la Figura 112, indicando las respectivas escalas de corriente y tension.

salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 Volts. El valor medido al cual se carga el condensador del Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 116: Medición mediante osciloscopio de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figuras 91 y 117, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

circuito de la Figura 91 es de Vb = Volts. Realizado el montaje del circuito de la Figura 112, la Tabla 4 ilustra los resultados obtenidos para los

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Compuerta AND usando Diodos

distintos casos de V1 y V2 . Si, en el circuito de la Figura 112, se cambia la V1 (Volts) 0.0 0.0 5.0 5.0

V2 (Volts) 0.0 5.0 0.0 5.0

V0 (Volts)

Table 3: Salidas posibles para el circuito de la Figura 112.

resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres. Esto se debe a que:

. Si, en el circuito de la Figura 112, se cambia la resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres RMS. Esto se debe a que:

. Montajeg˘

4 Conclusiones Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 91, se pudo comprobar que

. Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 112, se pudo comprobar que

. Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 117, se pudo comprobar que

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Compuerta AND usando Diodos

. (Evaluador) La corriente máxima que se pudo tranferir al Motor en el circuito de la Figura 126fue de Ampéres. Luego, dado que la corriente máxima que se le puede entregar al Motor es de Ampéres , se pudo comprobar que (SI/NO) se cumplió con el diseño, porque

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

.

155 | 256

Limiter Circuit using Zener Diode

Limiter Circuit using Zener Diode En esta práctica se da un acercamiento práctico a los diodos, con la finalidad de comprobar sus propiedades vistas en la clase. Se trabajará realizando los cálculos en pequeña señal y saturación de los resistores adecuados en cada caso. keywords: Diodo, rectificador, recortador, limitador, zener, compuerta lógica.

1 Introduction Un diodo es un dispositivo de dos terminales que permite el paso de la corriente en una sola dirección. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad. Los diodos proveen una amplia gama de aplicaciones en electrónica, debido a que es el componente de conmutación básico, y la combinación de varios de ellos con otros dispositivos provee una función determinada. El presente trabajo ilustra el diseño y funcionamiento de tres dispositivos basados en diodos, y los aspectos a tener en cuenta para el óptimo desempeño del mismo. El circuito de la Figura 117 es un circuito limitador (Limiter). Considerando

Figure 117: Circuito.

que vi es una fuente senoidal simétrica, cuyo valor de amplitud peak–peak es mayor que la tensión de polarización del diodo, la salida v0 se comporta de la siguiente manera:

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Limiter Circuit using Zener Diode

. La Figura 118 ilustra este comportamiento. v0

vin

Figure 118: Gráfica paramétrica v0 /vi .

2 Marco Experimental Se ha obtenido los siguientes diodos con las características que se ilustran en la Tabla 1. Circuito Figura 91

Figura 112

Figura 117

Parámetro Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Tensión inversa Zéner Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd

Valor

Unidades Amperes Volts Amperes Ohms Amperes Volts Amperes Ohms Amperes Volts Volts Amperes Ohms Table 1: Parámetros Diodos

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Limiter Circuit using Zener Diode

2.1 Materiales Materialesg˘ Se requieren entonces los siguientes materiales para la implementación de los dispositivos: • Fuente DC • Multímetro • Protoboard • Diodos de acuerdo con la aplicación: Conmutación, Zener, Fotodiodos. • Amp. Op. TL084 donde se requiera. • Resistores y capacitores de diversos valores de acuerdo a los diseños. El procedimiento para calcular el valor de la resistencia, de tal manera que la corriente inversa que pasa por el diodo sea de 150 mAmpéres para cada ciclo en el circuito de la Figura 117, es entonces el siguiente: Coloque el procedimiento aquí

Materialesg˘

3 Resultados 3.1 Simulación Simulacióng˘ Para los circuitos correspondientes a las Figuras 91 y 117, la Figura 157 ilustra, mediante simulación, el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 Volts. La Figura 158 ilustra la respuesta en frecuencia del circuito de la Figura 91, aplicando una señal senoidal de amplitud 10 Volts peak–peak y frecuencia entre 100 y 106 Hertz. La Figura 159 ilustra la

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Limiter Circuit using Zener Diode

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 119: Simulacion de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figuras 91 y 117, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 120: Simulacion de la respuesta en frecuencia para el circuito de las Figura 91, indicando las respectivas escalas de tension y frecuencia.

gráfica paramétrica i D /v1 del diodo conectado a la fuente v1 para cuando, en el circuito de la Figura 112, se tiene V1 = [0, 5] Volts y V2 = 5 Volts. Simulacióng˘

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Limiter Circuit using Zener Diode

i D (mAmperes)

0

1.0

2.0

3.0

4.0

v1 (Volts) 5.0

Figure 121: Simulacion de la curva paramétrica i D1 , v1 para el circuito de la Figura 112, indicando las respectivas escalas de corriente y tension.

3.2 Montaje Montajeg˘ Al realizar el montaje de los circuitos correspondientes a las Figuras 91 y 117, la Figura 160 ilustra el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 Volts. El valor medido al cual se carga el condensador del circuito de la Figura 91 es de Vb = Volts. Realizado el montaje del circuito de la Figura 112, la Tabla 4 ilustra los resultados obtenidos para los distintos casos de V1 y V2 . Si, en el circuito de la Figura 91, se cambia la V1 (Volts) 0.0 0.0 5.0 5.0

V2 (Volts) 0.0 5.0 0.0 5.0

V0 (Volts)

Table 2: Salidas posibles para el circuito de la Figura 112.

resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres. Esto se debe a que:

.

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Limiter Circuit using Zener Diode

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 122: Medición mediante osciloscopio de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figuras 91 y 117, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

Si, en el circuito de la Figura 112, se cambia la resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres RMS. Esto se debe a que:

. Si, en el circuito de la Figura 117, se cambia la resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres RMS. Esto se debe a que:

. Montajeg˘

4 Conclusiones Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 91, se pudo comprobar que

161 | 256

Limiter Circuit using Zener Diode

. Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 112, se pudo comprobar que

. Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 117, se pudo comprobar que

. (Evaluador) La corriente máxima que se pudo tranferir al Motor en el circuito de la Figura 126fue de Ampéres. Luego, dado que la corriente máxima que se le puede entregar al Motor es de Ampéres , se pudo comprobar que (SI/NO) se cumplió con el diseño, porque

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

.

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos

Circuitos reguladores mediante el uso de diodos En esta práctica se da un acercamiento práctico a los diodos y transistores, utilizándolos dentro de circuitos reguladores. keywords: Diodo Zener, Transistores, Rectificador, Regulador. En electrónica, un regulador de tensión es un dispositivo diseñado con el objetivo de proteger aparatos eléctricos y electrónicos sensibles a variaciones de diferencia de potencial y ruido existente en la corriente alterna de la distribución eléctrica. Los reguladores se diferencian de los supresores de picos en que los últimos únicamente evitan las sobre–tensiones repentinas (picos). Los reguladores de tensión están presentes en las fuentes de alimentación de corriente continua reguladas, cuya misión es la de proporcionar una tensión constante a su salida. Para ello, un elemento activo eleva o disminuye la corriente para que la tensión que se entrega a la salida no presente irregularidades [3]. Sin embargo, si se eleva demasiado la corriente, dicho elemento activo puede llegar a sus valores máximos de tolerancia de potencia, conllevando a su destrucción o malfuncionamiento. Este trabajo ilustra el comportamiento de los dos elementos activos (Diodo Zener y Transistor de media potencia) utilizados como reguladores y se determinan los lineamientos para el diseño adecuado de un circuito regulador de tensión.

1 Experimentación y Resultados La Figura 158 correspoden al circuitos regulador con diodo Zener. El

Figure 123: Rectificador con diodos configurados en puente y regulador Zener

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos

parámetro de diseño es el valor de resistencia R = Rmin + Rdrive , donde Rmin es calculado de tal forma que el diodo Zener no se destruya por sobrecarga, y R es calculado tal que se presente la corriente de inflexión Zener Izk . Ambos valores de resistencia son calculados para cada circuito con el siguiente procedimiento: Escriba el procedimiento para el circuito de la Figura 158 en este espacio

Para el circuito de la Figura 158, dado que el diodo Zener seleccionado tiene las características ilustradas en la Tabla 1, y asumiendo que el rizado de tensión que se presenta sobre el capacitor CF oscila sobre un valor de tensión ligeramente mayor a la tensión de operación Zener Vz , se tienen los siguientes valores calculados para R = Rmin + Rdrive = en la Tabla 2. Parámetro Tensión Zener Vz Corriente codo o de inflexión Izk Impedancia Zener rz Corriente máxima tolerada

Valor

Unidades Volts → Izk mAmpéres Ohms Ampéres Table 1: Parámetros Diodo Zener.

RL

Circuito Fig. 158 Fig. 159 Rmin Rdrive Rmin Rdrive

100 Ohms 1 kOhm 10 kOhm Table 2: Valores calculados de R = Rmin + Rdrive

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos

1.1 Simulación Simulacióng˘ La Figura 132 muestra las formas de onda de entrada y salida superpuestas para los dos circuitos, utilizando herramientas de simulación, sin capacitor CF , con resistencia de carga de 1 kOhm y R = Rmin + 0.5Rdrive .

Figure 124: Formas de onda vsec , vout para los dos circuitos considerados, indicando las respectivas escalas de tensión y tiempo.

Simulacióng˘

1.2 Variación Capacitor CF Variación Capacitor CF g˘ Al realizar los montajes de las Figuras 158 y 159, con R = Rmin + 0.5Rdrive , se obtuvieron los resultados de las Tablas 3, 4 y 5. La Figura 133 muestra las formas de onda de entrada y salida superpuestas para los dos circuitos montados, sin el capacitor CF , con una resistencia de carga de 100 Ohms, y R = Rmin + 0.5Rdrive . Variación Capacitor CF g˘

1.3 Variación Resistencia R Variación Resistencia Rg˘ Para la prueba de tolerancia del circuito, las Tablas 6, 7 y 8 muestran los resultados medidos de corriente de salida al variar el valor de R para los dos circuitos montados, con CF = 1470µ Farads. Para el circuito de la figura 158, el diodo Zener es destruido cuando el valor de R es de Ohms y RL = Ohms. Esto ocurre porque

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos

Circuito CF Iz (µFarads) (mAmp. RMS) No Fig. 470 158 1000 1470 No NA Fig. 470 NA 159 1000 NA 1470 NA

IRL (mAmp. RMS)

Vout (Volts)

Table 3: Valores medidos para los circuitos reguladores, para una carga de R L = 0.1 kOhms.

Circuito CF Iz (µFarads) (mAmp. RMS) No Fig. 470 158 1000 1470 No NA Fig. 470 NA 159 1000 NA 1470 NA

IRL (mAmp. RMS)

Vout (Volts)

Table 4: Valores medidos para los circuitos reguladores, para una carga de R L = 1 kOhms.

Circuito CF Iz (µFarads) (mAmp. RMS) No Fig. 470 158 1000 1470 No NA Fig. 470 NA 159 1000 NA 1470 NA

IRL (mAmp. RMS)

Vout (Volts)

Table 5: Valores medidos para los circuitos reguladores, para una carga de R L = 10 kOhms.

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos

Figure 125: Formas de onda vsec , vout para los dos circuitos considerados, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

. Para el circuito de la figura 159, el transistor es destruido cuando el valor de R es de Ohms y R L = Ohms. Esto ocurre porque

. Variación Resistencia Rg˘

2 Conclusiones Cuando el condensador CF no se encuentra conectado al circuito, sucede lo siguiente:

. El transistor cumple la función de manejador de corriente de salida, porque

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos

R

Circuito Fig. 158 Fig. 159 IRL Vout IRL Vout

Rmin + Rdrive Rmin + 0.9Rdrive Rmin + 0.8Rdrive Rmin + 0.7Rdrive Rmin + 0.6Rdrive Rmin + 0.5Rdrive Rmin + 0.4Rdrive Rmin + 0.3Rdrive Rmin + 0.2Rdrive Rmin + 0.1Rdrive Rmin Table 6: Resultados para R L = 0.1 kOhms. Las medidas de tensión V están en Volts, las medidas de corriente I están en mAmperes.

R

Circuito Fig. 158 Fig. 159 IRL Vout IRL Vout

Rmin + Rdrive Rmin + 0.9Rdrive Rmin + 0.8Rdrive Rmin + 0.7Rdrive Rmin + 0.6Rdrive Rmin + 0.5Rdrive Rmin + 0.4Rdrive Rmin + 0.3Rdrive Rmin + 0.2Rdrive Rmin + 0.1Rdrive Rmin Table 7: Resultados para R L = 1 kOhm. Las medidas de tensión V están en Volts, las medidas de corriente I están en mAmperes.

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos

R

Circuito Fig. 158 Fig. 159 IRL Vout IRL Vout

Rmin + Rdrive Rmin + 0.9Rdrive Rmin + 0.8Rdrive Rmin + 0.7Rdrive Rmin + 0.6Rdrive Rmin + 0.5Rdrive Rmin + 0.4Rdrive Rmin + 0.3Rdrive Rmin + 0.2Rdrive Rmin + 0.1Rdrive Rmin Table 8: Resultados para R L = 10 kOhms. Las medidas de tensión V están en Volts, las medidas de corriente I están en mAmperes.

. El circuito que puede manejar mayor capacidad de corriente es , porque

. Se recomienda utilizar discipadores de calor sobre los transistores porque

. Como consideraciones especiales se tiene que

.

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Motor-speed Control by Opto-couplers

Motor-speed Control by Opto-couplers En esta práctica se da un acercamiento práctico a los diodos, con la finalidad de comprobar sus propiedades vistas en la clase. Se trabajará realizando los cálculos en pequeña señal y saturación de los resistores adecuados en cada caso. keywords: Diodo, rectificador, recortador, limitador, zener, compuerta lógica.

1 Introducción Un diodo es un dispositivo de dos terminales que permite el paso de la corriente en una sola dirección. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad. Los diodos proveen una amplia gama de aplicaciones en electrónica, debido a que es el componente de conmutación básico, y la combinación de varios de ellos con otros dispositivos provee una función determinada. El presente trabajo ilustra el diseño y funcionamiento de tres dispositivos basados en diodos, y los aspectos a tener en cuenta para el óptimo desempeño del mismo.

2 Control de Velocidad de un Motor de 12 Volts El circuito de la figura 126 se propone como un eficiente controlador de la velocidad de un motor ventilador DC de 12 Volts. El circuito funciona de la

Figure 126: Circuito controlador de velocidad

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Motor-speed Control by Opto-couplers

siguiente manera:

.

. Se propone diseñar el circuito, de tal manera que para cuando el motor se encuentre a 12 Volts, se tenga una corriente de 250 mAmpéres, tratando en lo posible que esta corriente sea al menos 3/4 de la corriente máxima de colector que puede soportar Q1 . En ese caso, es probable que Q1 se convierta en dos transistores en configuración Darlington. Se busca que la velocidad del motor se controle mediante la variación de la resistencia R3 . Por ejemplo, si el motor tiene una región de funcionamiento entre 7.0 y 12 Volts, deben aparecer 7.0 Volts entre los terminales del motor para un valor extremo de R3 y 12.0 volts para el otro (para ello hay que medir el valor del potenciómetro en ambos puntos y calcular R4 ). El diodo D1 debe soportar la corriente inversa inducida por el motor, de tal manera que no debe verse pico de tensión alguna cuando se presente un cambio brusco del valor de R3 . Los condensadores se usan en caso que el motor tenga un terminal de nodo común.

3 Marco Experimental Se ha obtenido los siguientes diodos con las características que se ilustran en la Tabla 1.

3.1 Materiales Materialesg˘ Se requieren entonces los siguientes materiales para la implementación de los dispositivos: • Fuente DC • Multímetro • Protoboard • Diodos de acuerdo con la aplicación: Conmutación, Zener, Fotodiodos. • Amp. Op. TL084 donde se requiera.

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Motor-speed Control by Opto-couplers

Circuito Figura 91

Figura 112

Figura 117

Parámetro Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd Corriente de Operación (a 20◦ C) Tensión de Polarización Tensión inversa Zéner Corriente Máxima Permitida Resistencia interna rd

Valor

Unidades Amperes Volts Amperes Ohms Amperes Volts Amperes Ohms Amperes Volts Volts Amperes Ohms Table 1: Parámetros Diodos

• Resistores y capacitores de diversos valores de acuerdo a los diseños. Materialesg˘

3.2 Control de Velocidad Control de Velocidadg˘ El procedimiento para calcular el valor de la corriente de entrada al diodo opto-acoplador, de tal manera que cundo la resitencia R3 esté en el mínimo no exista funcionamiento del Motor y cuando esté en el máximo se presenta l máxima transferencia de corriente al Motor en el circuito de la Figura 126, es entonces el siguiente: Coloque el procedimiento aquí

Control de Velocidadg˘

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Motor-speed Control by Opto-couplers

4 Resultados 4.1 Simulación Simulacióng˘ Para los circuitos correspondientes a las Figuras 91 y 117, la Figura 157 ilustra, mediante simulación, el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 Volts. La Figura 158 ilustra la respuesta en frecuencia del Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 127: Simulacion de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figuras 91 y 117, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

circuito de la Figura 91, aplicando una señal senoidal de amplitud 10 Volts peak–peak y frecuencia entre 100 y 106 Hertz. La Figura 159 ilustra la gráfica paramétrica i D /v1 del diodo conectado a la fuente v1 para cuando, en el circuito de la Figura 112, se tiene V1 = [0, 5] Volts y V2 = 5 Volts. Simulacióng˘

4.2 Montaje Montajeg˘ Al realizar el montaje de los circuitos correspondientes a las Figuras 91 y 117, la Figura 160 ilustra el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 Volts. El valor medido al cual se carga el condensador del circuito de la Figura 91 es de Vb = Volts. Realizado el montaje del

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Motor-speed Control by Opto-couplers

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 128: Simulacion de la respuesta en frecuencia para el circuito de las Figura 91, indicando las respectivas escalas de tension y frecuencia.

i D (mAmperes)

0

1.0

2.0

3.0

4.0

v1 (Volts) 5.0

Figure 129: Simulacion de la curva paramétrica i D1 , v1 para el circuito de la Figura 112, indicando las respectivas escalas de corriente y tension.

circuito de la Figura 112, la Tabla 4 ilustra los resultados obtenidos para los distintos casos de V1 y V2 . Si, en el circuito de la Figura 91, se cambia la resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres. Esto se debe a que:

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Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 130: Medición mediante osciloscopio de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figuras 91 y 117, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

V1 (Volts) 0.0 0.0 5.0 5.0

V2 (Volts) 0.0 5.0 0.0 5.0

V0 (Volts)

Table 2: Salidas posibles para el circuito de la Figura 112.

. Si, en el circuito de la Figura 112, se cambia la resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres RMS. Esto se debe a que:

. Si, en el circuito de la Figura 117, se cambia la resistencia del valor R a 0.5R, se nota que la corriente que pasa a través de la resistencia cambia de a Ampéres RMS. Esto se debe a que:

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Motor-speed Control by Opto-couplers

. Montajeg˘

5 Conclusiones Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 91, se pudo comprobar que

. Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 112, se pudo comprobar que

. Con respecto al diodo en el circuito de la Figura 117, se pudo comprobar que

. (Evaluador) La corriente máxima que se pudo tranferir al Motor en el circuito de la Figura 126fue de Ampéres. Luego, dado que la corriente máxima que se le puede entregar al Motor es de Ampéres , se pudo comprobar que (SI/NO) se cumplió con el diseño, porque

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

.

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos y transistores

Circuitos reguladores mediante el uso de diodos y transistores En esta práctica se da un acercamiento práctico a los diodos y transistores, utilizándolos dentro de circuitos reguladores. Palabras Clave: Diodo Zener, Transistores, Rectificador, Regulador.

1 Introducción En electrónica, un regulador de tensión es un dispositivo diseñado con el objetivo de proteger aparatos eléctricos y electrónicos sensibles a variaciones de diferencia de potencial y ruido existente en la corriente alterna de la distribución eléctrica. Los reguladores se diferencian de los supresores de picos en que los últimos únicamente evitan las sobre–tensiones repentinas (picos). Los reguladores de tensión están presentes en las fuentes de alimentación de corriente continua reguladas, cuya misión es la de proporcionar una tensión constante a su salida. Para ello, un elemento activo eleva o disminuye la corriente para que la tensión que se entrega a la salida no presente irregularidades [3]. Sin embargo, si se eleva demasiado la corriente, dicho elemento activo puede llegar a sus valores máximos de tolerancia de potencia, conllevando a su destrucción o malfuncionamiento. Este trabajo ilustra el comportamiento de los dos elementos activos (Diodo Zener y Transistor de media potencia) utilizados como reguladores y se determinan los lineamientos para el diseño adecuado de un circuito regulador de tensión.

2 Experimentación y Resultados Las Figuras 158 y 159 correspoden a los respectivos circuitos reguladores con diodo Zener y con Transistor de media potencia. El parámetro de diseño es el valor de resistencia R = Rmin + Rdrive , donde Rmin es calculado de tal forma que el diodo Zener no se destruya por sobrecarga, y R es calculado tal que se presente la corriente de inflexión Zener Izk . Ambos valores de resistencia son calculados para cada circuito con el siguiente procedimiento:

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos y transistores

Figure 131: Rectificador con diodos configurados en puente y regulador Zener con Transistor

Escriba el procedimiento para el circuito de la Figura 159 en este espacio

Para el circuito de la Figura 159, dado que el diodo Zener y el transistor seleccionados tienen las características ilustradas en la Tabla 1, con R4 = 200 Ohms, C4 = 10µFarad, y asumiendo que el rizado de tensión que se presenta sobre el capacitor CF oscila sobre un valor de tensión ligeramente mayor a la tensión de operación Zener Vz , se tienen los siguientes valores calculados para R = Rmin + Rdrive en la Tabla 2.

2.1 Simulación Simulacióng˘ La Figura 132 muestra las formas de onda de entrada y salida superpuestas para los dos circuitos, utilizando herramientas de simulación, sin capacitor

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos y transistores

Diodo Zener Parámetro Valor Tensión Zener Vz Corriente codo o de inflexión Izk Impedancia Zener rz Corriente máxima tolerada Izb Transistor Parámetro Valor Tensión de polarización juntura base–emisor Corriente minima de polarización Ib0 Ganancia de corriente en emisor común h f e Corriente máxima de colector tolerada Icb

Unidades Volts → Izk mAmpéres Ohms Ampéres

Unidades mVolts → Ib0 mAmpéres Ampére/Ampére Ampéres

Table 1: Parámetros elementos circuito en Figura 159.

RL

Circuito Fig. 158 Fig. 159 Rmin Rdrive Rmin Rdrive

100 Ohms 1 kOhm 10 kOhm Table 2: Valores calculados de R = Rmin + Rdrive

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos y transistores

CF , con resistencia de carga de 1 kOhm y R = Rmin + 0.5Rdrive .

Figure 132: Formas de onda vsec , vout para los dos circuitos considerados, indicando las respectivas escalas de tensión y tiempo.

Simulacióng˘

2.2 Variación Capacitor CF Variación Capacitor CF g˘ Al realizar los montajes de las Figuras 158 y 159, con R = Rmin + 0.5Rdrive , se obtuvieron los resultados de las Tablas 3, 4 y 5. Circuito CF Iz (µFarads) (mAmp. RMS) No Fig. 470 158 1000 1470 No NA Fig. 470 NA 159 1000 NA 1470 NA

IRL (mAmp. RMS)

Vout (Volts)

Table 3: Valores medidos para los circuitos reguladores, para una carga de R L = 0.1 kOhms.

La Figura 133 muestra las formas de onda de entrada y salida superpuestas para los dos circuitos montados, sin el capacitor CF , con una resistencia de carga de 100 Ohms, y R = Rmin + 0.5Rdrive .

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos y transistores

Circuito CF Iz (µFarads) (mAmp. RMS) No Fig. 470 158 1000 1470 No NA Fig. 470 NA 159 1000 NA 1470 NA

IRL (mAmp. RMS)

Vout (Volts)

Table 4: Valores medidos para los circuitos reguladores, para una carga de R L = 1 kOhms.

Circuito CF Iz (µFarads) (mAmp. RMS) No Fig. 470 158 1000 1470 No NA Fig. 470 NA 159 1000 NA 1470 NA

IRL (mAmp. RMS)

Vout (Volts)

Table 5: Valores medidos para los circuitos reguladores, para una carga de R L = 10 kOhms.

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos y transistores

Figure 133: Formas de onda vsec , vout para los dos circuitos considerados, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

Variación Capacitor CF g˘

2.3 Variación Resistencia R Variación Resistencia Rg˘ Para la prueba de tolerancia del circuito, las Tablas 6, 7 y 8 muestran los resultados medidos de corriente de salida al variar el valor de R para los dos circuitos montados, con CF = 1470µ Farads. Para el circuito de la figura 158, el diodo Zener es destruido cuando el valor de R es de Ohms y RL = Ohms. Esto ocurre porque

. Para el circuito de la figura 159, el transistor es destruido cuando el valor de R es de Ohms y R L = Ohms. Esto ocurre porque

. Variación Resistencia Rg˘

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos y transistores

R

Circuito Fig. 158 Fig. 159 IRL Vout IRL Vout

Rmin + Rdrive Rmin + 0.9Rdrive Rmin + 0.8Rdrive Rmin + 0.7Rdrive Rmin + 0.6Rdrive Rmin + 0.5Rdrive Rmin + 0.4Rdrive Rmin + 0.3Rdrive Rmin + 0.2Rdrive Rmin + 0.1Rdrive Rmin Table 6: Resultados para R L = 0.1 kOhms. Las medidas de tensión V están en Volts, las medidas de corriente I están en mAmperes.

R

Circuito Fig. 158 Fig. 159 IRL Vout IRL Vout

Rmin + Rdrive Rmin + 0.9Rdrive Rmin + 0.8Rdrive Rmin + 0.7Rdrive Rmin + 0.6Rdrive Rmin + 0.5Rdrive Rmin + 0.4Rdrive Rmin + 0.3Rdrive Rmin + 0.2Rdrive Rmin + 0.1Rdrive Rmin Table 7: Resultados para R L = 1 kOhm. Las medidas de tensión V están en Volts, las medidas de corriente I están en mAmperes.

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos y transistores

R

Circuito Fig. 158 Fig. 159 IRL Vout IRL Vout

Rmin + Rdrive Rmin + 0.9Rdrive Rmin + 0.8Rdrive Rmin + 0.7Rdrive Rmin + 0.6Rdrive Rmin + 0.5Rdrive Rmin + 0.4Rdrive Rmin + 0.3Rdrive Rmin + 0.2Rdrive Rmin + 0.1Rdrive Rmin Table 8: Resultados para R L = 10 kOhms. Las medidas de tensión V están en Volts, las medidas de corriente I están en mAmperes.

3 Conclusiones Cuando el condensador CF no se encuentra conectado al circuito, sucede lo siguiente:

. El transistor cumple la función de manejador de corriente de salida, porque

. El circuito que puede manejar mayor capacidad de corriente es , porque

. Se recomienda utilizar discipadores de calor sobre los transistores porque

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Circuitos reguladores mediante el uso de diodos y transistores

. Como consideraciones especiales se tiene que

.

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Amplificadores con Transistores: Emisor/Fuente Común

Amplificadores con Transistores: Emisor/Fuente Común En esta práctica se da un acercamiento práctico a los transistores, con la finalidad de comprobar sus propiedades vistas en la clase. Se trabajará realizando los cálculos en pequeña señal y saturación de los resistores adecuados en cada caso. Un transistor puede considerarse un amplificador de corriente (caso BJT) o un amlificador de transresistencia (caso FET). Por ejemplo, pueden ser usados para amplificar una débil corriente (o tensión) de salida de un circuito integrado, de tal manera que puede operar un dispositivo de media o alta potencia. En muchos circuitos se usa una resistenca para convertir la corriente variable en tensión variable. De este modo, el transistor puede usarse como amplificador de transconductancia (caso BJT) o de voltaje (caso FET). El transistor también puede ser usado como interruptor, en lo que se denominan estados de corte y saturación. El estado intermedio se denomina estado activo, en donde el transistor se considera un amplificador de pequeña señal. La cantidad de amplificación se denomina ganancia, sea de corriente (hFE o β), tensión Av , transconductancia gm o transresistencia rm . En este experimento, se evaluarán dos configuraciones básicas: Emisor Común (CE) y Fuente Común (CS). La Figura 134 ilustra estas configuraciones.

(a) Emisor común

(b) Common Source Figure 134: Configuraciones BJT y FET.

Palabras clave: Transistor, Amplificador.

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Amplificadores con Transistores: Emisor/Fuente Común

1 Parámetros híbridos para el diseño de amplificadores El diseño utilizado para el cálculo de los componenetes se basa en el modelo de parámetros híbridos para un cuadripolo, como el que se ilustra en la Figura 153. Éstos parámetros se calculan mediante la matriz:

Figure 135: Modelo híbrido



v1 i2





=

h11 h12 h21 h22



i1 v2



Luego, los parámetros híbridos se hallan mediante: v1 h11 = ; i 1 v2 =0 v1 ; h12 = v 2 i1 =0 i2 h21 = ; i 1 v2 =0 i2 h22 = ; v 2 i1 =0

(37)

(38) (39) (40) (41)

1.1 Configuración BJT en Emisor Común La configuración de Emisor Común en pequeña señal se ilustra en la Figura 136, y tiene los siguientes parámetros híbridos: vi h11 = = Rb + rπ = hie ; (42) i i v o =0 vi R + rπ h12 = =− b ; (43) v o i i =0 β ( R c k r0 ) io ic h21 = = = β = h f e; (44) i i v o =0 ib io ic 1 h22 = = = ; (45) v o i i =0 v o i b =0 ro k Rc donde Rb = R1 k R2 , y rπ y ro son las respectivas resistencias de la juntura BE y CE del Transistor.

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Amplificadores con Transistores: Emisor/Fuente Común

Figure 136: Modelo híbrido Emisor Común

Los parámetros de diseño elegidos son la ganancia de tensión Av y la ganancia de corriente Ai . Éstos se calculan, a partir de los parámetros híbridos, de la siguiente manera: 1 β ( R c k r0 ) ; =− h12 Rb + rπ Ai = − h21 = − β

Av =

(46) (47)

1.2 Configuración FET en Fuente Común Este circuito posee una baja impedancia de entrada, impedancia de salida similar a la de fuente común y una ganancia no invertida con la misma magnitud que la de fuente común, como se ilustrará a continuación. La configuración de Fuente Común en pequeña señal se ilustra en la Figura 134(b), y tiene los siguientes parámetros híbridos: h11 = h12 = h21 = h22 =

vi = Ri ; i i v o =0 vi 1 ; =− v o i i =0 gm (r o k R D ) io gm r o R i ; =− i i v o =0 ro + R D 1 io =− ; v o i i =0 ro k R D

(48) (49) (50) (51)

donde Ri = R1 k R2 . Los parámetros de diseño elegidos son la ganancia de tensión Av y la ganancia de corriente Ai . Éstos se calculan de la siguiente manera: vo A v = = − gm (r o k R D ) vi io gm r o R i Ai = = ii ro + R D

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Ri Ri + Rsi

 ;

(52) (53)

Amplificadores con Transistores: Emisor/Fuente Común

Figure 137: Modelo híbrido Fuente Común

2 Marco Experimental Se han obtenido los siguientes transistores con las características que se ilustran en la Tabla 1. Transistor BJT

FET

Parámetro Corriente de colector nominal (a 20◦ C) Tensión de Polarización juntura BE Corriente Máxima de colector permitida Resistencia interna rπ Corriente de drenaje nominal (a 20◦ C) Tensión de Polarización juntura GS Corriente Máxima de drenaje Permitida Resistencia de salida ro

Valor

Unidades Amperes Volts Amperes Ohms Amperes Volts Amperes Ohms

Table 1: Parámetros Transistores

2.1 Materiales Materialesg˘ Se requieren entonces los siguientes materiales para la implementación de los dispositivos: • Fuente DC • Multímetro • Protoboard • Equipo de medición de parámetros FET, BJT. • Transistores de acuerdo con la aplicación: FET 2N5457, BJT 2N2222. • Resistores y capacitores de diversos valores de acuerdo a los diseños. Materialesg˘

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Amplificadores con Transistores: Emisor/Fuente Común

2.2 Emisor Común Emisor Comúng˘ Un amplificador en Emisor Común (CE) se usa como un amplificador de tensión. En el circuito de la figura 134(a), la terminal base del transistor es usado como entrada, el colector como salida, y el emisor es común entre ambos. Para obtener una ganancia de Av = 10 dB, el cálculo de resistencias y Coloque el procedimiento aquí

capacitancias es el siguiente:

Emisor Comúng˘

2.3 Fuente Común Fuente Comúng˘ Un amplificador en Fuente Común (CS) se usa como un amplificador de transconductancia. En el circuito de la figura 134(b), la terminal compuerta del transistor es usado como entrada, el drenaje como salida, y la fuente es común entre ambos. Para obtener una ganancia de transconductancia de Gm = i D /vGS = 10 dB, el cálculo de resistencias y capacitancias es el Coloque el procedimiento aquí

siguiente:

Fuente Comúng˘

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Amplificadores con Transistores: Emisor/Fuente Común

3 Resultados 3.1 Simulación circuito BJT Para el circuito correspondiente a la Figura 134(a), la Figura 157 ilustra, mediante simulación, el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico– pico de 10 mVolts. La Tabla 5 ilustra los valores de polarización obtenidos Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 138: Simulacion de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figura 134(a), indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

para el circuito de la Figura 134(a). Parámetro Vb VCE ICQ

Valor

Unidades Volts Volts mAmpéres Table 2: Resultados de la simulación.

3.2 Montaje circuito BJT Montaje circuito BJTg˘ Para el circuito correspondiente a la Figura 134(a), la Figura 157 ilustra la medición en el osciloscopio del comportamiento en el tiempo de la señal de

191 | 256

Amplificadores con Transistores: Emisor/Fuente Común

salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 mVolts. La Tabla 5 ilustra los valores de polarización Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 139: Medición de las formas de onda vi , v0 para el circuito de las Figura 134(a), indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

medidos para el circuito de la Figura 134(a). Los valores definitivos de Parámetro Vb VCE ICQ

Valor

Unidades Volts Volts mAmpéres Table 3: Resultados del montaje.

los componentes electrónicos (Resistencias, condensadores, Transistor) se ilustran en la Tabla 6: Montaje circuito BJTg˘

3.3 Simulación circuito FET Para el circuito correspondiente a la Figura 134(b), la Figura 158 ilustra, mediante simulación, el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico– pico de 150 mVolts. La Figura 159 ilustra la gráfica paramétrica i D /vi del circuito de la Figura 134(b), se tiene V1 = [0.5 − 2] Volts, en pasos de 200 mVolts.

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Amplificadores con Transistores: Emisor/Fuente Común

Elemento

Valor

Unidades

Table 4: Resultados del montaje.

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 140: Simulacion de la respuesta en frecuencia para el circuito de la Figura 134(b), indicando las respectivas escalas de tension y frecuencia.

3.4 Montaje Montajeg˘ Al realizar el montaje del circuito correspondiente a la Figura 134(b), la Figura 160 ilustra el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 2 Volts. La Tabla 5 ilustra los valores de polarización medidos para el circuito de la Figura 134(b). Los valores definitivos de los componentes electrónicos (Resistencias, condensadores, Transistor) se ilustran en la Tabla 6: Montajeg˘

193 | 256

Amplificadores con Transistores: Emisor/Fuente Común

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 141: Simulacion de la curva paramétrica i D , vin para el circuito de la Figura 134(b), indicando las respectivas escalas de corriente y tension.

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 142: Medición mediante osciloscopio de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de la Figura 134(b), indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

194 | 256

Amplificadores con Transistores: Emisor/Fuente Común

Parámetro VGS VDS IDQ

Valor

Unidades Volts Volts mAmpéres Table 5: Resultados del montaje.

Elemento

Valor

Unidades

Table 6: Resultados del montaje.

4 Conclusiones Con respecto a las configuraciones BJT en el circuito de la Figura 134(a), se pudo comprobar que

. Los valores obtenidos variaron con respecto a lo diseñado, por las siguientes razones:

(Evaluador) El dispositivo (SI/NO)

. presentó saturación, debido a:

. Con respecto a las configuraciones FET en el circuito de la Figura 134(b), se pudo comprobar que

.

195 | 256

Amplificadores con Transistores: Emisor/Fuente Común

(Evaluador) El dispositivo (SI/NO)

presentó saturación, debido a:

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

.

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Amplificadores con Transistores: Colector/Drenaje Común

Amplificadores con Transistores: Colector/Drenaje Común En esta práctica se da un acercamiento práctico a los transistores, con la finalidad de comprobar sus propiedades vistas en la clase. Se trabajará realizando los cálculos en pequeña señal y saturación de los resistores adecuados en cada caso. Un transistor puede considerarse un amplificador de corriente (caso BJT) o un amlificador de transresistencia (caso FET). Por ejemplo, pueden ser usados para amplificar una débil corriente (o tensión) de salida de un circuito integrado, de tal manera que puede operar un dispositivo de media o alta potencia. En muchos circuitos se usa una resistenca para convertir la corriente variable en tensión variable. De este modo, el transistor puede usarse como amplificador de transconductancia (caso BJT) o de voltaje (caso FET). El transistor también puede ser usado como interruptor, en lo que se denominan estados de corte y saturación. El estado intermedio se denomina estado activo, en donde el transistor se considera un amplificador de pequeña señal. La cantidad de amplificación se denomina ganancia, sea de corriente (hFE o β), tensión Av , transconductancia gm o transresistencia rm . En este experimento, se evaluarán dos configuraciones básicas: Colector Común (CC) y Drenaje común (CD). La Figura 143 ilustra estas configuraciones.

(a) Colector común

(b) Common Drain Figure 143: Configuraciones BJT y FET.

keywords:Transistor, Amplificador.

197 | 256

Amplificadores con Transistores: Colector/Drenaje Común

1 Parámetros híbridos para el diseño de amplificadores El diseño utilizado para el cálculo de los componenetes se basa en el modelo de parámetros híbridos para un cuadripolo, como el que se ilustra en la Figura 153. Éstos parámetros se calculan mediante la matriz:

Figure 144: Modelo híbrido



v1 i2





=

h11 h12 h21 h22



i1 v2



Luego, los parámetros híbridos se hallan mediante: v1 h11 = ; i 1 v2 =0 v1 ; h12 = v 2 i1 =0 i2 h21 = ; i 1 v2 =0 i2 h22 = ; v 2 i1 =0

(54)

(55) (56) (57) (58)

1.1 Configuración BJT en Colector Común La configuración de Colector Común en pequeña señal se ilustra en la Figura 145, y tiene los siguientes parámetros híbridos: vi h11 = = Rb + rπ + ( β + 1)(ro k Re ) ≈ Rb + rπ ; (59) i i v o =0 vi Rb + rπ h12 = = + 1 ≈ 1; (60) v o i i =0 ( β + 1)(ro k Re ) ro io h21 = = ( β + 1) ; (61) i i v o =0 ro + Re io ro h22 = = hoc ; (62) = v o i i =0 (ro + Re )(ro k Re ) donde Rb = R1 k R2 , y rπ y ro son las respectivas resistencias de la juntura BE y CE del Transistor.

198 | 256

Amplificadores con Transistores: Colector/Drenaje Común

Figure 145: Modelo híbrido Colector Común

Los parámetros de diseño elegidos son la ganancia de tensión Av y la ganancia de corriente Ai . Éstos se calculan, a partir de los parámetros híbridos, de la siguiente manera: Av =

1 ≈ 1; h12

Ai =h21 = ( β + 1)

(63) ro ro + Re

(64)

En este caso, si R E  ro , se tiene que Ai ≈ β + 1. Sin embargo, se recomienda utilizar la ecuación (64) para efectos de diseño.

1.2 Configuración FET en Drenaje Común Una configuración del FET es el circuito de Drenaje común llamado también Fuente seguidor, el cual proporciona una ganancia de voltaje menor que 1 sin inversión de polaridad. Además el circuito proporciona una impedancia muy alta y una baja impedancia de salida, como se ilustrará a continuación. La configuración de Drenaje Común en pequeña señal se ilustra en la Figura 146, y tiene los siguientes parámetros híbridos: vi h11 = = Ri ; (65) i i v o =0 vi 1 h12 = ; (66) =− v o i i =0 gm (r o k R S ) io gm r o R i h21 = =− ;; (67) i i v o =0 ro + RS io 1 h22 = =− ; (68) v o i i =0 ro k RS donde Ri = R1 k R2 . Los parámetros de diseño elegidos son la ganancia de tensión Av y la ganancia de corriente Ai . Éstos se calculan, de la siguiente manera:    vo gm ( R S k r o ) Ri Av = = ; (69) vi 1 + gm ( R S k r o ) Ri + RSi io gm r o R i (70) Ai = = ii ro + RS

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Amplificadores con Transistores: Colector/Drenaje Común

Figure 146: Modelo híbrido Drenaje Común

Las condiciones para que Av ≈ 1 son:

y

.

2 Marco Experimental Se han obtenido los siguientes transistores con las características que se ilustran en la Tabla 1. Transistor BJT

FET

Parámetro Corriente de colector nominal (a 20◦ C) Tensión de Polarización juntura BE Corriente Máxima de colector permitida Resistencia interna rπ Corriente de drenaje nominal (a 20◦ C) Tensión de Polarización juntura GS Corriente Máxima de drenaje Permitida Resistencia de salida ro

Valor

Unidades Amperes Volts Amperes Ohms Amperes Volts Amperes Ohms

Table 1: Parámetros Transistores

2.1 Materiales Materialesg˘ Se requieren entonces los siguientes materiales para la implementación de los dispositivos: • Fuente DC • Multímetro • Protoboard • Equipo de medición de parámetros FET, BJT. • Transistores de acuerdo con la aplicación: FET 2N5457, BJT 2N2222.

200 | 256

Amplificadores con Transistores: Colector/Drenaje Común

• Resistores y capacitores de diversos valores de acuerdo a los diseños.

Materialesg˘

2.2 Colector Común Colector Comúng˘ Un amplificador en Colector Común (CC) se usa como un amplificador de tensión o de corriente. Como amplificador de tensión, la ganancia se aproxima a 1 Volt/Volt, por lo que se denomina como Seguidor Emisor. En el circuito de la figura ??, la terminal base del transistor es usado como entrada, el emisor como salida, y el colector es común entre ambos. Para obtener una ganacia de corriente de Ai = 10 dB, el cálculo de resistencias Coloque el procedimiento aquí

es el siguiente:

Colector Comúng˘

2.3 Drenaje Común Drenaje Comúng˘ Un amplificador en Drenaje Común (CD) se usa como un amplificador de tensión. Como amplificador de tensión, la ganancia se aproxima a 1 Volt/Volt, por lo que se denomina como Seguidor Fuente. En el circuito de la figura ??, la terminal compuerta del transistor es usado como entrada, la fuente como salida, y el drenaje es común entre ambos. Para obtener una ganancia de transconductancia de Gm = iS /vGS = 10 dB, el cálculo de re-

201 | 256

Amplificadores con Transistores: Colector/Drenaje Común

Coloque el procedimiento aquí

sistencias y capacitancias es el siguiente:

Drenaje Comúng˘

3 Resultados 3.1 Simulación circuito BJT Simulación circuito BJTg˘ Para el circuito correspondiente a la Figura ??, la Figura 157 ilustra, mediante simulación, el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 mVolts. La Tabla 5 ilustra los valores de polarización obtenidos para Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 147: Simulacion de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de las Figura ??, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

el circuito de la Figura ??.

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Simulación circuito BJTg˘

Amplificadores con Transistores: Colector/Drenaje Común

Parámetro Vb VCE ICQ

Valor

Unidades Volts Volts mAmpéres Table 2: Resultados de la simulación.

3.2 Montaje circuito BJT Montaje circuito BJTg˘ Para el circuito correspondiente a la Figura ??, la Figura 157 ilustra la medición en el osciloscopio del comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 mVolts. La Tabla 5 ilustra los valores de polarización Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 148: Medición de las formas de onda vi , v0 para el circuito de las Figura ??, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

medidos para el circuito de la Figura ??. Los valores definitivos de los comParámetro Vb VCE ICQ

Valor

Unidades Volts Volts mAmpéres Table 3: Resultados del montaje.

ponentes electrónicos (Resistencias, condensadores, Transistor) se ilustran en la Tabla 6:

203 | 256

Amplificadores con Transistores: Colector/Drenaje Común

Elemento

Valor

Unidades

Table 4: Resultados del montaje.

Montaje circuito BJTg˘

3.3 Simulación circuito FET Para el circuito correspondiente a la Figura ??, la Figura 158 ilustra, mediante simulación, el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 150 mVolts. Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 149: Simulacion de la respuesta en frecuencia para el circuito de la Figura ??, indicando las respectivas escalas de tension y frecuencia.

La Figura 159 ilustra la gráfica paramétrica i D /vi del circuito de la Figura ??, se tiene V1 = [0.5 − 2] Volts, en pasos de 200 mVolts.

204 | 256

Amplificadores con Transistores: Colector/Drenaje Común

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 150: Simulacion de la curva paramétrica i D , vin para el circuito de la Figura ??, indicando las respectivas escalas de corriente y tension.

3.4 Montaje Montajeg˘ Al realizar el montaje del circuito correspondiente a la Figura ??, la Figura 160 ilustra el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 2 Volts. La Tabla 5 ilustra los valores de polarización medidos para el circuito de la Figura ??. Los valores definitivos de los componentes electrónicos Parámetro VGS VDS IDQ

Valor

Unidades Volts Volts mAmpéres Table 5: Resultados del montaje.

(Resistencias, condensadores, Transistor) se ilustran en la Tabla 6: Montajeg˘

4 Conclusiones Con respecto a las configuraciones BJT en el circuito de la Figura ??, se pudo comprobar que

205 | 256

Amplificadores con Transistores: Colector/Drenaje Común

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 151: Medición mediante osciloscopio de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de la Figura ??, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

Elemento

Valor

Unidades

Table 6: Resultados del montaje.

. Los valores obtenidos variaron con respecto a lo diseñado, por las siguientes razones:

(Evaluador) El dispositivo (SI/NO)

206 | 256

. presentó saturación, debido a:

Amplificadores con Transistores: Colector/Drenaje Común

. Con respecto a las configuraciones FET en el circuito de la Figura ??, se pudo comprobar que

(Evaluador) El dispositivo (SI/NO)

. presentó saturación, debido a:

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

.

207 | 256

Amplificadores con Transistores: Base/Compuerta Común

Amplificadores con Transistores: Base/Compuerta Común En esta práctica se da un acercamiento práctico a los transistores, con la finalidad de comprobar sus propiedades vistas en la clase. Se trabajará realizando los cálculos en pequeña señal y saturación de los resistores adecuados en cada caso. Un transistor puede considerarse un amplificador de corriente (caso BJT) o un amlificador de transresistencia (caso FET). Por ejemplo, pueden ser usados para amplificar una débil corriente (o tensión) de salida de un circuito integrado, de tal manera que puede operar un dispositivo de media o alta potencia. En muchos circuitos se usa una resistenca para convertir la corriente variable en tensión variable. De este modo, el transistor puede usarse como amplificador de transconductancia (caso BJT) o de voltaje (caso FET). El transistor también puede ser usado como interruptor, en lo que se denominan estados de corte y saturación. El estado intermedio se denomina estado activo, en donde el transistor se considera un amplificador de pequeña señal. La cantidad de amplificación se denomina ganancia, sea de corriente (hFE o β), tensión Av , transconductancia gm o transresistencia rm . En este experimento, se evaluarán dos configuraciones básicas: Base Común (CB) y Compuerta Común (CG). La Figura 152 ilustra estas configuraciones.

(a) Base común

(b) Common Gate Figure 152: Configuraciones BJT y FET.

keywords: Transistor, Amplificador.

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Amplificadores con Transistores: Base/Compuerta Común

1 Parámetros híbridos para el diseño de amplificadores El diseño utilizado para el cálculo de los componenetes se basa en el modelo de parámetros híbridos para un cuadripolo, como el que se ilustra en la Figura 153. Éstos parámetros se calculan mediante la matriz:

Figure 153: Modelo híbrido



v1 i2





=

h11 h12 h21 h22



i1 v2



Luego, los parámetros híbridos se hallan mediante: v1 h11 = ; i 1 v2 =0 v1 h12 = ; v 2 i1 =0 i2 ; h21 = i 1 v2 =0 i2 h22 = ; v 2 i1 =0

(71)

(72) (73) (74) (75)

1.1 Configuración BJT en Base Común La configuración de Base Común en pequeña señal se ilustra en la Figura 154, y tiene los siguientes parámetros híbridos: vi h11 = = Re k rπ ; (76) i i v0 =0 vi Re k rπ h12 = = ; (77) v 0 i i =0 αRc i0 = α = h f b; (78) h21 = i i v0 =0 i0 1 h22 = = ; (79) v 0 i i =0 Rc Donde α = β/( β + 1), Rb = R1 k R2 , y rπ y ro son las respectivas resistencias de la juntura BE y CE del Transistor.

209 | 256

Amplificadores con Transistores: Base/Compuerta Común

Figure 154: Modelo híbrido Base Común

Los parámetros de diseño elegidos son la ganancia de tensión Av y la ganancia de corriente Ai . Éstos se calculan, a partir de los parámetros híbridos, de la siguiente manera: Av =

αRc 1 = ; h12 Re k rπ

Ai =h21 = α

(80) (81)

1.2 Configuración FET en Compuerta Común Este circuito posee una baja impedancia de entrada, impedancia de salida similar a la de fuente común y una ganancia no invertida con la misma magnitud que la de fuente común, como se ilustrará a continuación. La configuración de Compuerta Común en pequeña señal se ilustra en la Figura 155, y tiene los siguientes parámetros híbridos: vi RS h11 = = ; (82) i i v o =0 gm R S + 1 vi R + RL h12 = ; (83) =− D v o i i =0 gm R D R L io gm R S h21 = =− ; (84) i i v o =0 gm R S + 1 io 1 = ; (85) h22 = v o i i =0 RL

Figure 155: Modelo híbrido Compuerta Común

210 | 256

Amplificadores con Transistores: Base/Compuerta Común

Los parámetros de diseño elegidos son la ganancia de tensión Av y la ganancia de corriente Ai . Éstos se calculan, de la siguiente manera: vo = − gm ( R D k R L ); vi    RD RS io A i = = − gm ii RD + RL gm R S + 1

Av =

(86) (87)

2 Marco Experimental Se han obtenido los siguientes transistores con las características que se ilustran en la Tabla 1. Transistor BJT

FET

Parámetro Corriente de colector nominal (a 20◦ C) Tensión de Polarización juntura BE Corriente Máxima de colector permitida Resistencia interna rπ Corriente de drenaje nominal (a 20◦ C) Tensión de Polarización juntura GS Corriente Máxima de drenaje Permitida Resistencia de salida ro

Valor

Unidades Amperes Volts Amperes Ohms Amperes Volts Amperes Ohms

Table 1: Parámetros Transistores

2.1 Materiales Materialesg˘ Se requieren entonces los siguientes materiales para la implementación de los dispositivos: • Fuente DC • Multímetro • Protoboard • Equipo de medición de parámetros FET, BJT. • Transistores de acuerdo con la aplicación: FET 2N5457, BJT 2N2222. • Resistores y capacitores de diversos valores de acuerdo a los diseños. Materialesg˘

211 | 256

Amplificadores con Transistores: Base/Compuerta Común

2.2 Base Común Base Comúng˘ Un amplificador en Base Común (CB) se usa como un amplificador de tensión. En el circuito de la figura ??, la terminal emisor del transistor es usado como entrada, el colector como salida, y la base es común entre ambos. Para obtener una ganacia de tensión Ai = 10 dB, el cálculo de Coloque el procedimiento aquí

resistencias es el siguiente:

Base Comúng˘

2.3 Compuerta Común Compuerta Comúng˘ Un amplificador en Compuerta Común (CG) se usa como un amplificador de tensión. En el circuito de la figura ??, la terminal fuente del transistor es usado como entrada, el drenaje como salida, y la compuerta es común entre ambos. Para obtener una ganancia de transconductancia de Gm = i D /vGS = 10 dB, el cálculo de resistencias y capacitancias es el siguiente: Coloque el procedimiento aquí

Compuerta Comúng˘

212 | 256

Amplificadores con Transistores: Base/Compuerta Común

3 Resultados 3.1 Simulación circuito BJT Simulación circuito BJTg˘ Para el circuito correspondiente a la Figura ??, la Figura 157 ilustra, mediante simulación, el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 mVolts. La Tabla 5 ilustra los valores de polarización obtenidos para Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 156: Simulacion de las formas de onda vi , v0 para el circuito de la Figura ??, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

el circuito de la Figura ??. Parámetro Vb VCE ICQ

Simulación circuito BJTg˘ Valor

Unidades Volts Volts mAmpéres Table 2: Resultados de la simulación.

3.2 Montaje circuito BJT Montaje circuito BJTg˘ Para el circuito correspondiente a la Figura ??, la Figura 157 ilustra la medición en el osciloscopio del comportamiento en el tiempo de la señal de

213 | 256

Amplificadores con Transistores: Base/Compuerta Común

salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 10 mVolts. La Tabla 5 ilustra los valores de polarización Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 157: Medición de las formas de onda vi , v0 para el circuito de las Figura ??, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

medidos para el circuito de la Figura ??. Los valores definitivos de los comParámetro Vb VCE ICQ

Valor

Unidades Volts Volts mAmpéres Table 3: Resultados del montaje.

ponentes electrónicos (Resistencias, condensadores, Transistor) se ilustran en la Tabla 6: Montaje circuito BJTg˘

3.3 Simulación circuito FET Para el circuito correspondiente a la Figura ??, la Figura 158 ilustra, mediante simulación, el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 150 mVolts. La Figura 159 ilustra la gráfica paramétrica i D /vi del circuito de la Figura ??, se tiene V1 = [0.5 − 2] Volts, en pasos de 200 mVolts.

214 | 256

Amplificadores con Transistores: Base/Compuerta Común

Elemento

Valor

Unidades

Table 4: Resultados del montaje.

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 158: Simulacion de la respuesta en frecuencia para el circuito de la Figura ??, indicando las respectivas escalas de tension y frecuencia.

3.4 Montaje Montajeg˘ Al realizar el montaje del circuito correspondiente a la Figura ??, la Figura 160 ilustra el comportamiento en el tiempo de la señal de salida V0 , dado que la señal de entrada es senoidal a un valor de amplitud pico–pico de 2 Volts. La Tabla 5 ilustra los valores de polarización medidos para el circuito de la Figura ??. Los valores definitivos de los componentes electrónicos (Resistencias, condensadores, Transistor) se ilustran en la Tabla 6: Montajeg˘

215 | 256

Amplificadores con Transistores: Base/Compuerta Común

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 159: Simulacion de la curva paramétrica i D , vin para el circuito de la Figura ??, indicando las respectivas escalas de corriente y tension.

Coloque la figura correspondiente aquí

Figure 160: Medición mediante osciloscopio de las formas de onda vi , v0 para los circuitos de la Figura ??, indicando las respectivas escalas de tension y tiempo.

4 Conclusiones Con respecto a las configuraciones BJT en el circuito de la Figura ??, se pudo comprobar que

216 | 256

Amplificadores con Transistores: Base/Compuerta Común

Parámetro VGS VDS IDQ

Valor

Unidades Volts Volts mAmpéres Table 5: Resultados del montaje.

Elemento

Valor

Unidades

Table 6: Resultados del montaje.

. Los valores obtenidos variaron con respecto a lo diseñado, por las siguientes razones:

(Evaluador) El dispositivo (SI/NO)

. presentó saturación, debido a:

. Con respecto a las configuraciones FET en el circuito de la Figura ??, se pudo comprobar que

(Evaluador) El dispositivo (SI/NO)

. presentó saturación, debido a:

217 | 256

Amplificadores con Transistores: Base/Compuerta Común

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

.

218 | 256

Amplificador de dos etapas usando BJT

Amplificador de dos etapas usando BJT El problema con los amplificadores que utilizan transistores es la estabilidad de la corriente de colector. En este informe se presenta el diseño de un amplificador de dos etapas en cascads en configuración de Emisor Común con realimentación de Emisor. Los resultados indican la estabilidad de la corriente de colector en cada etapa, y la concordancia entre los datos calculados y medidos. El problema fundamental en el diseño de amplificadores con transistores es establecer uno que provea un punto estable de polarización. Además, si se requiere que el amplificador funcione para una gama limitada de frecuencias, el cálculo de los filtros es escencial. Para ello se ilustra en la Figura 161(a) un amplificador de dos etapas en cascada, utilizando una configuración en Emisor Común (EC) para cada etapa. Así, para cada etapa, la resistencia de emisor se comporta como un parámetro de realimentación. Suponga que la corriente de colector IC varia más allá del valor diseñado (sea por una variación de β, o de temperatura). Luego VRE = R E IE . Como VBB y R B no cambian, en la malla de entrada se muestra que IB debería disminuir, lo que reduce también el valor de IC a su valor original. Esto se denomina Realimentación Negativa. En este informe se presenta el procedimiento de diseño, montaje y recomendaciones para cumplir con las características anteriormente comentadas. keywords:Fuente, Leyes de Kirchhoff, Malla, Multímetro, Nodo, Resistores, Simulador.

1 Marco experimental El diseño debe cumplir con las siguientes características: • Tensión de polarización Vcc = 15 Volts. • Ganancia de tensión en la segunda etapa Av (2): −500 Volt/Volt. • Frecuencia de corte inferior ωc : 2π ∗ 5 k rad/seg. • Resistencia de fuente Rs = 5 kOhms.

219 | 256

Amplificador de dos etapas usando BJT

(a) Circuito de dos etapas

(b) Análisis en pequeña señal Figure 161: Circuito 1

1.1 Análisis de polarización Este análisis permite determinar el punto Q de polarización de los amplificadores [2]. Para ello se tiene que los capacitores separan cada una de las etapas de amplificación, es decir, se considerarían como circuitos abiertos. Por lo tanto, para la correspondiente etapa n, se tienen las siguientes ecuaciones de malla a la salida de cada amplificador para hallar IC (n): vCE = VCC − iC (n) RC (n) − i E (n) R E (n) Considerando iC (n) ≈ i E (n), se tiene que: vCE = VCC − (iC (n))( RC (n) + R E (n)) Luego la recta de carga en función de vCE es igual a: iC (n ) =

220 | 256

VCC − vCE RC (n ) + R E (n )

(88)

Amplificador de dos etapas usando BJT

Luego, se puede considerar la curva de la pendiente de carga como −1/( RC (n) + R E (n)). Para la malla de entrada se tiene el equivalente Thévenin desde la base, donde: R1 ( n ) R2 ( n ) R B (n) = R1 (n)|| R2 (n) = (89) R1 ( n ) + R2 ( n ) VBB (n) = VCC ∗

R2 ( n ) R1 ( n ) + R2 ( n )

(90)

Luego, tomando la malla de entrada Base–Emisor: VRE (n) = ( β + 1)i B (n) R E (n)

= VBB (n) − i B (n) R B (n) − VBE i B (n) =

VBB (n) − VBE R B ( n ) + ( β + 1) R E ( n )

Considerando que β  1 y R B (n)  βR E (n), se tiene que: i B (n) ≈

VBB (n) − VBE βR E (n)

Como iC (n) = βi B (n): iC (n ) ≈

VBB − VBE R E (n)

(91)

Asumiendo que R B (n) ≈ 0.1β min R E (n). Por último, para evitar el punto de saturación, cuando vCE → 0, se determina un valor tal que la tensión complementaria v RE pueda sobrellevar las variaciones de v BE en casos de variación de temperatura. Normalmente la variación del voltaje de polarización en la juntura Base–Emisor es de ∆v BE = 0.1 Volts, con lo que VRE min  ∆v BE ≈ 0.1. Luego VRE min > 10 ∗ 0.1 = 1 Volt. Luego: R E (n) >

1 1 ≈ IE ( n ) IC (n)

(92)

La Tabla 1 ilustra los valores obtenidos de la hoja de datos para el Transistor . De acuerdo con esto, se busca que el amplificador obtenga la mayor Excursión Simétrica a la salida de cada etapa n, es decir, que la señal no genere corte o saturación en alguno de sus ciclos sobre el amplificador. Para ello se debe cumplir los siguiente: VCE (2) =

1 VCC 2

Se asume que, para el punto de polarización en cada etapa: ICQ (n) = 0.01ICmax

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Amplificador de dos etapas usando BJT

Parámetro Valor Corriente máxima de colector ICmax Voltaje juntura Base– Emisor VBE Transferencia promedio de corriente Base– Colector en Emisor Común β Transferencia mínima de corriente Base– Colector en Emisor Común β min Resistencia juntura Base–Emisor rπ

Unidades mAmpéres Volts Ampére/Ampére

Ampére/Ampére

kOhms Table 1: Parámetros de Transistor seleccionado.

Reemplazando en la Ecuación 88: ICQ (n) =

1 VCC 2 RC (n ) + R E (n )

RC (n ) + R E (n ) =

VCC 2ICQ (n)

Para las resistencias de base, en cualquiera de las etapas, se toma la división entre la Ecuación 89 y la Ecuación 90, resultando en: R1 ( n ) = R B ( n )

VCC VBB (n)

Y reformulando la Ecuación 90 con respecto a R2 (n), se obtiene: R2 ( n ) = R1 ( n )

VBB (n) VCC − VBB (n)

Los demás parámetros se calculan mediante el procedimiento a continuación.

1.2 Análisis de pequeña señal Suponiendo que el amplificador está debidamente polarizado, se procede a realizar el análisis de pequeña señal, definiendo los capacitores como corto–circuitos. Eso hace que se elimine la resistencia R E (n) para cada etapa n, definiendo las respectivas etapas en la figura 161(b). De ahí se tiene lo siguiente [3]: vo (n) = −( Roeq (n)||ro ) βi B (n)

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Amplificador de dos etapas usando BJT

vi ( n ) = r π i B ( n ) Av (n) =

vo (n) β β = − ( Roeq (n)||ro ) ≈ − Roeq (n) vi ( n ) rπ rπ rπ (n) = β

VT IC (n)

donde VT = 26 mVolts. Para la primera etapa se tiene que: Roeq (1) = RC (1)|| R B (2)||rπ . Para la segunda etapa: Roeq (2) = RC (2)|| R L Del cual el valor R L va a ser determinado. Por último, los acoples Capacitor– Resistor en cada etapa se comportan como filtros pasa altos, cuyas frecuencias de corte son respectivamente, para el acople del colector (coupling) y el acople del emisor (bypass): ωc (coupling) = ωc (bypass) =

1 R i ( n + 1) C

1 β ≈ ( R E (n)||rπ /β)C rπ C

Una aproximación para ubicar las frecuencias de corte cercanas una a la otra es: β 1 + , ωc = R i ( n + 1) C r π C por lo que los capacitores se calculan para cada etapa como: C (n) =

1 β + R i ( n + 1) ω c rπ ωc

Para la etapa n = 2, Ri (n + 1) = R L .

1.3 Calculo de elementos La Tabla 2 ilustran los cálculos correspondientes a cada etapa.

2 Resultados 2.1 Simulación Al simular el circuito de la Figura 161(a), con los datos obtenidos en la Tabla 2, se obtuvieron los resultados de la Tablas 3 y 4.

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Amplificador de dos etapas usando BJT

A continuación, con base en los resultados obtenidos, se obtiene la curva IC − Vs . Dibuje la curva en este espacio

Finalmente, se varía la frecuencia de la fuente vs , utilizando análisis AC Sweep. Del análisis, la frecuencia de corte resulta ser igual a Hertz.

2.2 Montaje Al realizar el montaje del circuito de la Figura 167, con los datos obtenidos en la Tabla 1, se obtuvieron las mediciones de la Tablas 5 y 6. A continuación, con base en los resultados obtenidos, se obtiene la curva v L − vs . Dibuje la curva en este espacio

Al variar la frecuencia de la fuente vs , se obtienen los resultados de la Tabla 7. La frecuencia de corte resulta ser igual a Hertz. Los valores medidos (SI/NO) variaron con respecto a la simulación, porque

Los valores medidos (SI/NO) de diseño porque

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. correspondieron con los parámetros

Amplificador de dos etapas usando BJT

. Por último, la tabla 8 ilustra los resultados obtenidos al variar la resistencia de carga R L

3 Conclusiones La realimentación dada por el resistor R E determina estabilidad de corriente, porque

. Si se varía el valor de la carga R L , sucede lo siguiente:

. Si vs > Vsmax , sucede lo siguiente:

. Con respecto al análisis del circuito de la Figura 167, se pudo comprobar que el valor β (SI/NO) es igual al diseñado, porque

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

.

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Silicon-Controller-Rectifier

Silicon-Controller-Rectifier Keywords: Amplificador Operacional, Inversor, No Inversor, Restador, Sumador. En este experimento se realiza un análisis de un dispositivo electrónico, aplicado a una función específica. Se propone el diseño de un controlador de iluminación, y se verifica su desempeño. La carga a controlar su potencia es una bombilla de 6 Watts, el cual se encuentra en serie con la entrada del rectificador de onda completa. Esto significa que la corriente se suministra a la bombilla depende de la acción de control. Esto es posible si la corriente a la salida del controlador aumenta. Los siguientes son los parámetros definidos para el diseño: 1. La potencia suministrada es de 6 Watts, a 12 Volts. Se estima entonces 500 mAmperes para el correcto funcionamiento. Se establecen 600 mAmperes como máxima corriente permitida para los diodos del rectificador y el SCR. 2. Para la minimización del rizado, se debe usar un filtro pasa bajas con frecuencia de corte en 60 Hertz. Se recomienda que la frecuencia de corte sea menor, dado que es un filtro de primer orden. Los parámetros críticos son la corriente máxima del puente de diodos, la tensión de activación del SCR VG , la corriente máxima del SCR, la ganancia de transferencia de corriente y la corriente máxima que pueden entregar los transistores. Se busca en la hoja de datos de los componentes obtenibles en el mercado y de ahí se establece el diseño para el montaje final. El montaje estará realizado sobre circuito impreso, diseñado por PCB (No en placas universales). En el informe final se incluyen los valores finales de los dispositivos involucrados en el circuito y los valores medidos, comparándolos con los obtenidos en la simulación, y conclusiones evaluables sobre observaciones relevantes que permitan la mejora del dispositivo. Teniendo en cuenta estos parámetros de diseño, el circuito de la Fig. 162(a) se propone como un eficiente controlador de iluminación. El circuito suministra potencia a la carga mediante tres bloques principales: i) el Rectificador de Onda Completa mediante el puente de cuatro diodos; ii) el Filtro, compuesto por las resistencias y el condensador de compensación; iii) el componente de control que regula la corriente del la compuerta del SCR mediante una configuración darlington de transistores y resistencias. • Rectificación de onda completa. Esta sección se compone de cuatro diodos cuya señal de entrada es de corriente alterna. Los diodos D1

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Silicon-Controller-Rectifier

(a) Montaje propuesto

(b) Plano de circuito en simulación. Figure 162: Circuito regulador de iluminación (Dimmer)

y D3 son polarizados en directo en el semiciclo positivo, los diodos D2 y D4 son polarizados en sentido inverso. En ambos semi–ciclos, la corriente atraviesa la resistencia de carga RL. Así, la señal de salida tiene la forma de una onda rectificada completa. Esta salida presenta un alto rizado. • Filtro Para reducir el rizado, se pone un condensador (capacitor) C1 en paralelo con el rectificador. Este capacitor se carga a la tensión máxima y se descargará por la carga mientras que la señal de salida cumple un semi–ciclo. • Controlador de la corriente del SCR. Esta sección se compone de un tiristor SCR en paralelo con la salida del rectificador. Asumiendo despreciable la corriente que pasa por la configuración Darlington de transistores, cuando el SCR conduce, existe un paso de corriente directo a la carga y la corriente en la carga aumenta, debido a que el SCR queda en serie con la carga, para cualquier semiciclo. En el caso contrario, cuando el SCR se encuentra en circuito abierto, para ambos ciclos existe un diodo en el rectificador que impide el paso de

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Silicon-Controller-Rectifier

corriente hacia la carga. El SCR está controlado mediante una configuración Darlington de transistores, el cual entrega la corriente de activación del SCR mediente la malla de resitencias de base. Así, para controlar dicha corriente, la resitencia R P es variable. El condensador C2 reduce el rizado que presenta la señal a la salida del rectificador, estabilizando la tensión de polarización de los transistores. Por último, el resistor RG determina la tensión de activación del SCR. Para que por el circuito Darlington pase el mínimo de corriente posible, la impedancia de entrada debe ser alta. Nótese que cuando el transistor Q1 se encuentra en saturación, la corriente que pasa por la compuerta del SCR sería: VC2 − VG V iG = + i BE − G , RC RG donde VC2 es la tensión medida sobre C2 . Para que la corriente de activación de los transistores i BE sea baja, la malla Rb1 − Rb2 debe proveer una resistencia equivalente alta, y Rb1 > Rb2 La simulación se ilustra en la Fig. 162(b). Los elementos que constituyen el circuito son los siguientes: • 4 diodos de capacidad de acuerdo con el diseño. • SCR TIC226D. • Resistencias de acuerdo con el diseño. • Transistores de acuerdo con el diseño. • Condensador de acuerdo con el diseño. • Bombilla de 120 Volts/150 Watts. Los resultados de la simulación, para ciertos valores de R P se encuentran en la Tabla 1, de donde se concluye que el resistor R P en su máximo valor no desactiva el SCR, por lo que la bombilla no se apagaría. Por lo tanto, un diseño es necesario para determinar los valores adecuados tanto para la máxima transferencia de potencia a la bombilla cuando R P → 0 como para determinar el valor R P necesario para desactivar el SCR.

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Ruido

Ruido Se presenta la simulación y montaje de un circuito basado en una juntura semiconductora y polarizada en forma inversa capaz de generar ruido rosado. Se demuestra aquí la variabilidad de los dispositivos semiconductores ante la temperatura.

1 Marco Teórico • Ruido: . • Ruido Blanco: . • Ruido Rosado: . • Ruido de Disparo (Flicker): . • Filtro: . • Ganancia: . • Barrera de potencial:

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Ruido

• Ruido térmico:

2 Metodología 1. Construya el circuito generador de ruido rosado que aparece en la figura, con las siguientes características: • Generación de señal etapa (1): Ruido Blanco Gaussiano de muy baja amplitud. • Frecuencia de corte filtro R1 − C1 = 150 Hz. • Frecuencia de corte filtro R2 − C2 − R3 (Incluye el Op Amp) = 104 Hz.

Figure 163: Gráfico Ruido

2. La ganancia de tensión del filtro R1-C1 está descrita por la función de transferencia: H (s) = 3. La ganancia de tensión del filtro R2-C2-R3 está descrita por la función de transferencia: H (s) = 4. Los valores de C1 y R1 para la frecuencia de corte son: 5. Los valores de R2, C2 y R3 para la frecuencia de corte son: 6. Conecte el circuito a la fuente y mida la densidad espectral del ruido en el punto (2). Dibuje el resultado en la figura 164

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Ruido

Figure 164: Gráfico Ruido

7. La causa de la fuente de ruido es debida a . 8. Acercando una flama (mediante un encendedor o fósforo encendido) al Transistor, se midió la densidad espectral del ruido en el punto (2). El resultado se ilustra en la figura 165

Figure 165: Gráfico Ruido

9. La variación de la temperatura se determina al acercar una flama al transistor. La causa de la variación en la amplitud de ruido debido a la temperatura se debe a:

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Ruido

10. Conectamos la salida del circuito a unos audífonos o amplificador de audio. Cualitativamente el sonido escuchado se describe como

3 Conclusion Una aplicación que puede darse al generador de ruido rosado es: .

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Caso de Estudio: Efecto Wah

Caso de Estudio: Efecto Wah La Figura 166 ilustra un dispositivo que produce efecto Wah sobre la señal de audio insertado a la entrada. Además, es un dispositivo amplificador general, controlado por el switch S2.

Figure 166: Circuito Π.

1 Consideraciones para el Marco Experimental y Resultados Se debe entregar, en respectivas tablas, los procedimientos de cálculo y medición de los valores de las resistencias, capacitancias, amplificadores y demás elementos, de tal manera que coincidan con los parámetros de diseño. La simulación debe hacerse con los valores reales obtenidos en el mercado. La implementación se debe hacer sobre circuito impreso PCB, incluyendo puntos de acceso a la medición (Jacks en lo posible). No se aceptan placas universales o prefabricados. El protoboard solo se usará para efectos de ensayo. La simulación se realiza en Proteus ISIS y el PCB en Proteus ARES. Sin embargo, el diseño puede realizarse con algún otro programa de simulación y diseño. La Tabla 1 ilustra los puntos de prueba dispuestos en el circuito y la variable medida.

2 Conclusiones Se necesitaron realizar los siguientes ajustes

.

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Caso de Estudio: Efecto Wah

Lo anterior comprueba las siguientes debilidades del circuito

. Así, las siguientes mejoras se realizaron:

.

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Caso de Estudio: Control de Motor para ventilador

Caso de Estudio: Control de Motor para ventilador En este proyecto se da un análisis completo de un dispositivo electrónico basado en los conociemientos de clase. Se trabajará con dispositivos discretos, realizando los cálculos de sus valores en cada caso. El circuito de la figura 167 se propone como un eficiente controlador de la velocidad de un motor ventilador DC de 12 Volts. El circuito funciona de la siguiente

Figure 167: Montaje propuesto

manera:

.

. Se propone diseñar el circuito de tal manera que se obtenga la corriente de colector en el transistor Q2 al menos 3/4 de su corriente máxima soportable, cuando la tensión del motor se encuentre a 12 Volts. La resistencia R5 hará

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Caso de Estudio: Control de Motor para ventilador

que el motor se apague solo cuando esté en el valor más bajo (para ello hay que medir el valor del potenciómetro en ese punto), y la resistencia R6 debe soportar toda la corriente del colector. El LED de color rojo se enciende cuando la corriente de colector está completamente puesto sobre el motor, es decir, en el valor máximo de R5 . Keywords: Diseño electrónico, Circuitos, PCB, Electrónica.

1 Diseño Para este proyecto, R5 es elegido como resistencia lumínica. Por lo tanto, se deben revisar primero los valores máximos y mínimos de la resistencia antes de realizar el diseño. El siguiente es el procedimiento para el cálculo de los valores de las resistencias, capacitancias, amplificadores y demás elementos del circuito:

1.1 Cálculo de Transistores Dado que la corriente nominal del motor es de Ampéres, la corriente máxima que debe soportar el transistor Q2 es de Ampéres. El transistor Q1 es un manejador de corriente, por lo que puede darse una relación de % con respecto a la corriente de colector en Q2 . Así, la corriente máxima que debe soportar el transistor Q1 es de mAmpéres. Con estos valores se escogen los Transistores, donde sus respectivas relaciones de transferencia de corriente son de β 1 = y β2 = .

1.2 Cálculo de Resistencias Primero, la fotoresistencia fué medida para diferentes valores de iluminación L, arrojando los valores de la Tabla 1. Una vez calculado R5 , la malla en la que se encuentra R4 , R5 y el Motor M1 define las siguientes ecuaciones:

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Caso de Estudio: Control de Motor para ventilador

Coloque el procedimiento aquí

Así, la máxima corriente que

pasa por R4 (Imax ( R4 )) se establece cuando la resistencia R5 es (Maxima/Minima) Bajo las condiciones exigidas para el circuito, se tiene que R4 es igual a Ohms. Una aproximación para el cálculo de las resistencias junto a la base del Transistor Q1 está dado por: R1 R2  R4 ( β 1 + 1) R1 + R2 R1 ≈ 10R2

(93)

Así, R2 se calcula de la siguiente manera: Coloque el procedimiento aquí

Luego, R2 es igual a

Las ecuaciones para R3 se definen por las ecuación de nodo como:

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.

.

Caso de Estudio: Control de Motor para ventilador

Coloque el procedimiento aquí

Por último, teniendo en cuenta

los parámetros del diodo, R6 se calcula como: Coloque el procedimiento aquí

Luego, R3 =

, R6 =

2 Consideraciones para el Marco Experimental y Resultados Se debe entregar el diseño del dispositivo propuesto, mediante el cálculo de los parámetros del circuito. Se debe entregar, en respectivas tablas, los procedimientos de cálculo de los valores de las resistencias, capacitancias, amplificadores y demás elementos, de tal manera que coincidan con los parámetros de diseño. La simulación debe hacerse con los valores reales obtenidos en el mercado.

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.

Caso de Estudio: Control de Motor para ventilador

La implementación se debe hacer sobre circuito impreso PCB, incluyendo puntos de acceso a la medición (Jacks en lo posible). No se aceptan placas universales o prefabricados. El protoboard solo se usará para efectos de ensayo. La simulación se realiza en Proteus ISIS y el PCB en Proteus ARES. Sin embargo, el diseño puede realizarse con algún otro programa de simulación y diseño. Se debe implementar el dispositivo, y verificar su desempeño. La Tabla 2 ilustra los puntos de prueba dispuestos en el circuito y la variable medida.

3 Conclusiones Se necesitaron realizar los siguientes ajustes

. Lo anterior comprueba las siguientes debilidades del circuito

. Así, las siguientes mejoras se realizaron:

. (Evaluador) La corriente máxima que se pudo tranferir al Motor en el circuito de la Figura 167 fue de Ampéres. Luego, dado que la corriente máxima que se le puede entregar al Motor es de Ampéres , se pudo comprobar que (SI/NO) se cumplió con el diseño, porque

. (Evaluador) Los valores de tensión con respecto a la iluminación máxima y mínima aplicada sobre R5 en el circuito de la Figura 167 fueron de volts. Luego, comparando con los parámetros exigidos, se pudo comprobar que (SI/NO) se cumplió con el diseño, porque

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

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Caso de Estudio: Control de Motor para ventilador

.

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Caso de Estudio: Cargador de Baterías

Caso de Estudio: Cargador de Baterías En este proyecto se da un análisis completo de un dispositivo electrónicos basado en los conociemientos de clase. Se trabajará con dispositivos discretos, realizando los cálculos de sus valores en cada caso. Se presenta a continuación el diseño, implementación y evaluación de un circuito cargador de baterías, utilizando Transistores. Los elementos son calculados de acuerdo con el diseño. Una vez implementado el dispositivo, se verifica su desempeño. El circuito de la figura 168 se propone como un eficiente cargador de baterías. El circuito funciona de la siguiente manera:

Figure 168: Montaje propuesto

.

. Se propone diseñar el circuito, de tal manera que cargue una batería de Vx Volts y capacidad de C mAmpéres/hora, es decir, el circuito entregaría máximo C mAmpéres. Así, el circuito le entrega corriente a la batería a una corriente de C/5 mAmpéres cuando la tensión de carga esté entre 0.1Vx y 0.85Vx Volts, C/10 Ampéres cuando está entre 0.85Vx y 0.95Vx Volts,

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Caso de Estudio: Cargador de Baterías

C/20 Ampéres cuando está sobre 0.95Vx Volts y ≈ 0 cuando la batería está cargada. Las resistencias de realimentación R2 , R3 deben consumir máximo 1% de la corriente que se provee a la batería. El valor VREF es seleccionado de acuerdo a los parámetros del amplificador U1 . Adicional, se debe diseñar el circuito para extraer VREF . Keywords: Diseño electrónico, Circuitos, PCB, Electrónica.

1 Diseño El siguiente es el procedimiento para el cálculo de los valores de las resistencias, capacitancias, amplificadores y demás elementos del circuito:

1.1 Tensiones y Corrientes de Carga Partiendo del valor de carga nominal de la batería de mAmpéres/h, se considera primero que se está en la condición de carga de C/5. Así, la máxima corriente de emisor que debe soportar el Transistor Q4 es de Ampéres. Esta corriente se distribuye entre la batería y las resistencia equivalente R2 + R3 , asumiendo que la corriente que entra por el amplificador operacional es cero. Para ello es conveniente que el Amplificador Operaciona U1 sea . El procedimiento para calcular R2 y R3 Coloque el procedimiento aquí

se ilustra a continuación:

1.2 Diseño de Transistores Al sumar las corrientes de carga a la batería y de la red R2 → R3 , se escoge como Transistor Q4 el , el cual brinda una transferencia de

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Caso de Estudio: Cargador de Baterías

corriente de β 4 = . Con esto, la corriente de base requerida es de mAmpéres. Para ello, el valor de la resistencia R6 debe ser de Ohms, a modo de obtener Volts, suficiente para polarizar la juntura BE de Q4 . Como la corriente de base Q4 es igual a la corriente de emisor de Q3 , el Transistor escogido para Q3 es un , brindando una relación de transferencia de corriente de β 3 = . Para el diseño de Q2 , es necesario disponer de los dos estados: el estado de carga completa (AC/5 ) y el estado de descarga (A0 ). Para el primer caso, Q2 está en estado de corte, por lo que su tensión CE es de VCE ( Q2 ) = Volts. Para el segundo caso, Q2 está en completa saturación, por lo que la corriente que debe soportar es igual a la que se suministraría a la batería en plena carga, es decir IC ( Q2 ) = Ampéres. Con estos dos datos, se determina que el Transistor Q2 a utilizar es el . Con la selección de este transistor, la razón de transferencia de corriente es de β = .

1.3 Diseño de Resistencias de Potencia Coloque el procedimiento aquí

El procedimiento para calcular R5 y R4 es el siguiente:

Así, R4 =

Ohms y R5 =

Ohms.

1.4 Diseño de la Etapa de Control Para esta etapa se debe tener en cuenta los parámetros de carga exigidos. Específicamente, el Amplificador Operacional funciona bajo tres estados: el estado de carga completa AC/5 , el estado de carga intermedia AG , y el estado de no carga A0 . Los estados AC/5 y A0 fueron explicados anteriormente para el diseño del Transistor Q2 , y funciona de la misma manera

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Caso de Estudio: Cargador de Baterías

para el Amplificador Operacional U1 . Siendo V + y V0 (U1 ) las tensiones medidas sobre la entrada positiva y la salida de U1 , respectivamente, y VSAT la tensión de saturación del Amplificador Operacional, se tiene lo siguiente: • En la condición AC/5 , V + < VREF , por lo que V0 = −VSAT ; • En la condición AG , V + ≥ VREF , por lo que V0 = G (V + − VREF ); • En la condición A0 , V +  VREF , por lo que V0 = VSAT ; Para que la condición AG se ajuste a los valores requeridos para la carga Coloque el procedimiento aquí

variable del dispositivo, se tiene el siguiente procedimiento:

Se determina así que G = , RF = Ohms y R7 = Ohms. Por último, para manejar la corriente de base necesaria para la saturación del Transistor Q2 en el estado A0 , la Resistencia R1 es igual a Ohms.

2 Consideraciones para el Marco Experimental y Resultados Se debe entregar, en respectivas tablas, los procedimientos de cálculo y medición de los valores de las resistencias, capacitancias, amplificadores y demás elementos, de tal manera que coincidan con los parámetros de diseño. La simulación debe hacerse con los valores reales obtenidos en el mercado. La implementación se debe hacer sobre circuito impreso PCB, incluyendo puntos de acceso a la medición (Jacks en lo posible). No se aceptan placas universales o prefabricados. El protoboard solo se usará para efectos de ensayo. La simulación se realiza en Proteus ISIS y el PCB en Proteus ARES. Sin embargo, el diseño puede realizarse con algún otro programa de simulación y diseño. La Tabla 1 ilustra los puntos de prueba dispuestos en el circuito y la variable medida.

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Caso de Estudio: Cargador de Baterías

3 Conclusiones Se necesitaron realizar los siguientes ajustes

. Lo anterior comprueba las siguientes debilidades del circuito

. Así, las siguientes mejoras se realizaron:

. En el caso que se cambie la capacidad de la batería, los siguientes valores de los elementos del circuito de la Figura 167 deben ser cambiados:

. Luego, comparando con los parámetros exigidos, se pudo comprobar que (SI/NO) hay una modificación importante en el diseño, porque

. (Evaluador) Las pendientes máxima y mínima de corriente que se pudo tranferir a la batería en el circuito de la Figura 167 fueron de y de Ampéres/s, respectivamente. De igual manera, el punto de inflexión de corriente se encontró para cuando la tensión de carga fué del % de la tensión total de la batería, comprobando que (SI/NO) se cumplió con el diseño, porque

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

.

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Caso de Estudio: Cargador de Baterías

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Medidor de proximidad utilizando Sensor Infrarojo

Medidor de proximidad utilizando Sensor Infrarojo En este proyecto se da un análisis completo de un dispositivo electrónico basado en los conociemientos de clase. Se trabajará con dispositivos discretos, realizando los cálculos de sus valores en cada caso. keywords Diseño electrónico, Circuitos, PCB, Electrónica.

1 Propuesta El circuito de la figura 169 se propone como un eficiente medidor de proximidad usando un sensor infrarrojo. Se sugiere el uso del SFH-5110-38 [6], o del TSOP-4830 [7] para el fototransistor U3 , cuyo diseño se ilustra en la Figura 170(a).

Figure 169: Montaje propuesto. Adaptado de [5]

El circuito funciona de la siguiente manera:

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Medidor de proximidad utilizando Sensor Infrarojo

.

. Se propone diseñar el circuito, de tal manera que el se mida un valor de tensión proporcional a la distancia entre el dispositivo y un obstáculo grande. Para evitar desbalances por paralaje, se usan dos LED infrarojos, que se disponen como se sugiere en la figura 170(b).

(a) Sensor U3

(b) Disposición sugerida para los LEDs infrarojos Figure 170: Sensor de proximidad. Tomado de [5]

2 Simulación La simulación se realiza en Proteus ISIS y el PCB en Proteus ARES. Sin embargo, el diseño puede realizarse con algún otro programa de simulación y diseño .

3 Consideraciones para el informe final Se debe entregar un informe escrito en LaTex y un video sobre el desarrollo del montaje y la solución planteada para ajustarse a los parámetros de diseño. La simulación debe hacerse con los valores reales obtenidos en el mercado. La implementación se debe hacer sobre circuito impreso PCB, incluyendo puntos de acceso a la medición (Jacks en lo posible). No se aceptan placas universales o prefabricados. El protoboard solo se usará para efectos de ensayo. No se aceptan placas universales o prefabricados. El protoboard solo se usará para efectos de ensayo. La simulación se realiza en Proteus ISIS y el PCB en Proteus ARES. Sin embargo, el diseño puede

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Medidor de proximidad utilizando Sensor Infrarojo

realizarse con algún otro programa de simulación y diseño. La Tabla 1 ilustra los puntos de prueba dispuestos en el circuito y la variable medida.

4 Conclusiones Se necesitaron realizar los siguientes ajustes

. Lo anterior comprueba las siguientes debilidades del circuito

. Así, las siguientes mejoras se realizaron:

.

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Sensor de Sonido

Sensor de Sonido En este proyecto se da un análisis completo de un dispositivo electrónico basado en los conociemientos de clase. Se trabajará con dispositivos discretos, realizando los cálculos de sus valores en cada caso. El circuito de la figura 171 se propone como un eficiente controlador de iluminación usando un sensor de sonido. Se sugiere el uso del micrófono ELECTRET. Este circuito debe controlar algún circuito de encendido mediante una señal pulsada desde VOUT . El circuito funciona de la siguiente

Figure 171: Montaje propuesto. Adaptado de [6]

manera:

.

. Se propone diseñar el circuito, de tal manera que existe un pulso en VOUT cuando existe una actividad sonora (como una palmada). El montaje debe quedar de tal forma que la caja se conecta directamente al tomacorriente. keywords Diseño electrónico, Circuitos, PCB, Electrónica.

1 Simulación La simulación se realiza en Proteus ISIS y el PCB en Proteus ARES. Sin embargo, el diseño puede realizarse con algún otro programa de simulación y diseño.

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Sensor de Sonido

2 Consideraciones para el informe final Se debe entregar un informe escrito en LaTex y un video sobre el desarrollo del montaje y la solución planteada para ajustarse a los parámetros de diseño. La simulación debe hacerse con los valores reales obtenidos en el mercado. La implementación se debe hacer sobre circuito impreso PCB, incluyendo puntos de acceso a la medición (Jacks en lo posible). No se aceptan placas universales o prefabricados. El protoboard solo se usará para efectos de ensayo.No se aceptan placas universales o prefabricados. El protoboard solo se usará para efectos de ensayo. La simulación se realiza en Proteus ISIS y el PCB en Proteus ARES. Sin embargo, el diseño puede realizarse con algún otro programa de simulación y diseño. La Tabla 1 ilustra los puntos de prueba dispuestos en el circuito y la variable medida.

3 Conclusiones Se necesitaron realizar los siguientes ajustes

. Lo anterior comprueba las siguientes debilidades del circuito

. Así, las siguientes mejoras se realizaron:

.

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Caso de Estudio: Amplificador FET de dos etapas

Caso de Estudio: Amplificador FET de dos etapas En este proyecto se da un análisis completo de un dispositivo electrónico basado en los conociemientos de clase. Se trabajará con dispositivos discretos, realizando los cálculos de sus valores en cada caso. El problema fundamental en el diseño de amplificadores con transistores es establecer uno que provea un punto estable de polarización. Además, si se requiere que el amplificador funcione para una gama limitada de frecuencias, el cálculo de los filtros es escencial. Para ello se ilustra en la Figura 172 un amplificador de dos etapas en cascada, utilizando una configuración en Fuente Común (CS) para cada etapa. Así, para cada etapa, la resistencia de emisor se comporta como un parámetro de realimentación. En este informe se presenta el procedimiento de diseño, montaje y recomendaciones para cumplir con las características anteriormente comentadas. Los elementos son calculados de acuerdo con el diseño. Una vez implementado el dispositivo, se verifica su desempeño. El circuito de la figura 172 se propone como un amplificador de dos etapas basado en FET. El circuito funciona de la siguiente manera:

Figure 172: Montaje propuesto

.

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Caso de Estudio: Amplificador FET de dos etapas

. Se propone diseñar el circuito, de tal manera que cumpla con las siguientes características: • Tensión de polarización VDD = 15 Volts. • Ganancia de tensión en la segunda etapa Av (2): 50 dB. • Frecuencia de corte inferior ωc : 2π ∗ 5 k rad/seg. • Resistencia de fuente Rs = 5 kOhms. • Se asume que, para la segunda etapa: VDS (2) =

1 VDD 2

• Se asume que, para el punto de polarización en cada etapa: ID (n) = 0.01IDmax keywords Diseño electrónico, Circuitos, PCB, Electrónica.

1 Diseño El siguiente es el procedimiento para el cálculo de los valores de las resistencias, capacitancias, amplificadores y demás elementos del circuito: Coloque el procedimiento aquí

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Caso de Estudio: Amplificador FET de dos etapas

2 Consideraciones para el Marco Experimental y Resultados Se debe entregar, en respectivas tablas, los procedimientos de cálculo de los valores de las resistencias, capacitancias, amplificadores y demás elementos, de tal manera que coincidan con los parámetros de diseño. La simulación debe hacerse con los valores reales obtenidos en el mercado. La implementación se debe hacer sobre circuito impreso PCB, incluyendo puntos de acceso a la medición (Jacks en lo posible). No se aceptan placas universales o prefabricados. El protoboard solo se usará para efectos de ensayo. La simulación se realiza en Proteus ISIS y el PCB en Proteus ARES. Sin embargo, el diseño puede realizarse con algún otro programa de simulación y diseño. La Tabla 1 ilustra los puntos de prueba dispuestos en el circuito y la variable medida.

3 Conclusiones Se necesitaron realizar los siguientes ajustes

. Lo anterior comprueba las siguientes debilidades del circuito

. Así, las siguientes mejoras se realizaron:

. (Evaluador) La corriente en la segunda etapa en estado estable para el circuito de la Figura 167 fue de Ampéres. Luego, se pudo comprobar que (SI/NO) se llegó al punto óptimo de Polarización de los transistores, porque

. (Evaluador) Los valores de tensión máximos a la entrada antes de presentar una saturación en alguna de las etapas en el circuito de la Figura 167 fueron de volts. Luego, comparando con los parámetros exigidos, se pudo comprobar que (SI/NO) se cumplió con los valores de ganancia,

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Caso de Estudio: Amplificador FET de dos etapas

porque

. Como consideraciones especiales, se pudo comprobar que

.

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Caso de Estudio: Amplificador FET de dos etapas

Etapa n

Parámetro Roeq (2) R E (2)

Ecuación − Av (2) rβπ > I 1(2)

R C (2)

VCC − R E (2) 2ICQ (1) RC (2) Roeq (2) | RC (2)− Roeq (2)| β 1 R L ωc + r π ωc ICQ (2) β

CQ

RL C (2) n=2

IB (2) VBB (2) R B (2) R1 (2)

µAmpéres Volts Ohms Ohms Ohms Ohms Ohms µFarads Ohms

R B (2)||rπ RC (1)|| R B (2)||rπ 1 + rπβωc R i (2) ω c > I 1(1) CQ

− rβπ Roeq (n) VCC − R E (1) 2ICQ (1) ICQ (1) β

IB (1) VBB (1) R B (1) R1 (1)

Vsmax

µFarads

BB

Volt/Volt Ohms µAmpéres Volts Ohms Ohms

ICQ (1) R E (1) + VBE 0.1β min R E (1) R B (1) VVCC(1) BB

V (1) R1 (1) V −BBV (1) BB CC

R2 (1) R i (1) C (0) n=0

Ohms

V (2) R1 (2) V −BBV (2) BB CC

A v (1) R C (1)

Ohms Ohms µFarads

R B (1)||rπ 

Rs R i (1)

1 Ri ( 1) ω c

+1

VCC 2Av (1) Av (2)

Unidades Ohms Ohms Ohms

ICQ (2) R E (2) + VBE 0.1β min R E (2) R B (2) VVCC(2)

R2 (2) R i (2) Roeq (1) C (1) R E (1)

n=1

Resultado



mVolts Table 2: Calculos

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Caso de Estudio: Amplificador FET de dos etapas

Vs 0.1Vsmax 0.2Vsmax 0.3Vsmax 0.4Vsmax 0.5Vsmax 0.6Vsmax 0.7Vsmax 0.8Vsmax 0.9Vsmax Vsmax

VBB (1)

VCE (1)

IC (1)

VBB (2)

VCE (2)

IC (2)

Table 3: Resultados simulados. Las medidas de tensión V están en Volts, las medidas de corriente I están en mAmperes.

v BB (1) max min

vs

vCE (1) max min

i C (1) max min

v BB (2) max min

vCE (2) max min

0.1Vsmax sin(ωt) 0.2Vsmax sin(ωt) 0.3Vsmax sin(ωt) 0.4Vsmax sin(ωt) 0.5Vsmax sin(ωt) 0.6Vsmax sin(ωt) 0.7Vsmax sin(ωt) 0.8Vsmax sin(ωt) 0.9Vsmax sin(ωt) Vsmax sin(ωt) Table 4: Resultados simulados. Las medidas de tensión V están en Volts, las medidas de corriente I están en mAmperes. ω = 10 ∗ ωc .

Vs 0.1Vsmax 0.2Vsmax 0.3Vsmax 0.4Vsmax 0.5Vsmax 0.6Vsmax 0.7Vsmax 0.8Vsmax 0.9Vsmax Vsmax

VBB (1)

VCE (1)

IC (1)

VBB (2)

VCE (2)

IC (2)

Table 5: Resultados medidos. Las medidas de tensión V están en Volts, las medidas de corriente I están en mAmperes.

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i C (2) max min

vL max

m

Caso de Estudio: Amplificador FET de dos etapas

vs

v BB (1) max min

vCE (1) max min

i C (1)

v BB (2) max min

vCE (2) max min

i C (2)

0.1Vsmax sin(ωt) 0.2Vsmax sin(ωt) 0.3Vsmax sin(ωt) 0.4Vsmax sin(ωt) 0.5Vsmax sin(ωt) 0.6Vsmax sin(ωt) 0.7Vsmax sin(ωt) 0.8Vsmax sin(ωt) 0.9Vsmax sin(ωt) Vsmax sin(ωt) Table 6: Resultados medidos. Las medidas de tensión V están en Volts, las medidas de corriente I están en mAmperes RMS. ω = 10 ∗ ωc .

ω 0.1ωc ωc 2ωc 5ωc 10ωc 50ωc 100ωc 200ωc

vi

v o (1)

v o (2)

20 log(vo (2)/vs )

Table 7: Resultados medidos. Las medidas de tensión v están en Volts RMS. Para este caso, vs = 0.5Vsmax sin(ωt)

RL ≈ 0.1R L0 ≈ 0.5R L0 ≈ 2R L0 ≈ 5R L0 ≈ 10R L0 ≈ 20R L0

20 log(vo (2)/vs )

Table 8: Resultados medidos. Las medidas de tensión v están en Volts RMS. Para este caso, vs = 0.5Vsmax sin(10ωc t), y R L0 es la resistencia de carga diseñada.

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vL min

max

Caso de Estudio: Amplificador FET de dos etapas

RV (Ohms) 10 50 100 200 500 1000

VG (SCR) (Volts)

VLOAD (Volts RMS)

ILOAD (mAmps RMS)

Table 1: Valores obtenidos en simulación.

Punto de Prueba TP1 TP2 TP3 TP4

Variable

Table 1: Puntos de Prueba

L

R5 (Ohms)

Lmax 0.75Lmax 0.5Lmax 0.25Lmax Lmin Table 1: Valores medidos para la Resistencia R5

Punto de Prueba TP1 TP2 TP3 TP4

Variable

Table 2: Puntos de Prueba

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Caso de Estudio: Amplificador FET de dos etapas

Punto de Prueba TP1 TP2 TP3 TP4

Variable

Table 1: Puntos de Prueba

Punto de Prueba TP1 TP2 TP3 TP4

Variable

Table 1: Puntos de Prueba

Punto de Prueba TP1 TP2 TP3 TP4

Variable

Table 1: Puntos de Prueba

Punto de Prueba TP1 TP2 TP3 TP4

Variable

Table 1: Puntos de Prueba

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Bibliography

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