Universidad Nacional Abierta y a Distancia Vicerrectoría Académica y de Investigación Guía para el desarrollo del componente práctico - Laboratorio presencial Fase 4 - Desarrollar el componente práctico
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1. Descripción general del curso Escuela o Unidad Académica Nivel de formación Campo de Formación Nombre del curso Código del curso Tipo de curso Número de créditos
Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Profesional Formación disciplinar Electrónica análoga 243006 Metodológico 4
Habilitable
Si
No x
2. Descripción de la actividad Laboratorio físico Tipo de práctica
Laboratorio remoto
Simulador
Trabajos de campo
Software especializado
Experiencias profesionales dirigidas
Otro
Cuál
Tipo de actividad:
x
Individual x
Colaborativa
Número de 14 semanas
Intermedia, Inicial unidad: x Final 1,2,3 y 4 Peso evaluativo de la actividad: 175 Entorno donde se realiza: Aprendizaje puntos Practico – Aula de laboratorio in-situ Fecha de inicio de la actividad: Fecha de cierre de la actividad:
Momento de la evaluación:
24/08/2017
28/11/2017
Temáticas que aborda componente práctico:
Unidad 1: Introducción a los Semiconductores.
Fundamentos de los semiconductores Aplicaciones de Diodos
El transistor Bipolar (BJT)
Unidad 2: Transistores Unipolares y Tiristores.
El transistor JFET El transistor MOSFET Tiristores
Unidad 3: El amplificador operacional.
Teoría de amplificadores operacionales Circuitos básicos Circuitos de propósito especial
Unidad 4: Filtros activos, Osciladores y Reguladores
Filtros activos Osciladores Fuentes de alimentación reguladas
Actividades a desarrollar 1. El desarrollo del componente practico del curso Electrónica Análoga es in-situ y la
asistencia es obligatoria el estudiante debe inscribirse para realizar las prácticas a través del aplicativo de oferta integrada de laboratorios en campus virtual http://academia.unad.edu.co/laboratorios/programacion.. http://academia.unad.edu.co/laboratorios/programacion
2. El intervalo de tiempo para desarrollar la práctica es informado en el momento que
el estudiante se inscribe por el Aplicativo Oferta Ofert a Integrada de Laboratorios - OIL . 3. Es necesario que el estudiante verifique los componentes electrónicos solicitados
en los experimentos, en caso tal que amerite la realización de cálculos previos por favor darle cumplimiento, con el fin que puedan adquirir los elementos antes de ir al centro a realizar la práctica.
4. El producto esperado es la asistencia participación y un informe final en formato
IEEE que el estudiante debe entregar a su tutor de d e prácticas.
5. El tutor de prácticas de laboratorio asignado en el centro orientara y evaluara el
desempeño del estudiante. El tutor deberá reportar la calificación final en el aplicativo de oferta integrada de laboratorios. 6. Para el desarrollo de los experimentos en in-sito el estudiante debe llevar a la práctica:
Todos los componentes electrónicos de cada circuito. Protoboard. Cables de conexión. Pinza y corta frio.
7. Los equipos que el tutor debe solicitar en el centro para el desarrollo de esta guía
de laboratorio se listan a continuación:
Multímetro. Osciloscopio (incluir puntas de prueba). Fuente de poder regulada variable. (incluir cables) Generador de señal. (incluir cables) Experimento No.1: El Diodo Rectificador
Fig. No.1 circuito rectificador de media onda
1.1 Anexar imagen de la señal resultante en R1. ¿Que concluye luego de la prueba
del circuito?
Experimento No.2: El Transistor BJT 2.1Dadas las formulas:
VCE = VC
Beta = IC / IB
IB= (VBB – VBE) / RB
PD= VCE * IC
Dado el circuito Transistor BJT NPN Emisor Común:
Figura No.3 Circuito Transistor BJT con polarización en Emisor común. Completar la siguiente tabla: VC
RC
IB
VB
RB
PD
2.2 Realizar la prueba del circuito Transistor BJT NPN Emisor Común incluya en el informe los valores medidos de Voltaje y Corriente con el multímetro
Experimento No.3: El FET - Amplificador De RF Con JFET
Los amplificadores de RF son usados para restaurar señales débiles que son captadas por una antena en los diferentes circuitos de transmisión y recepción de información, un ejemplo de esto es la radio FM. Construir en el simulador el siguiente amplificador con JFET que supondremos se aplicara para restaurar la baja amplitud de la señal recibida por la antena de un receptor de radio FM cuyas frecuencias de operación se ubican en la banda de VHF. Se debe polarizar el Amplificador en un punto Q llamado también punto estable para que el JFET logre amplificar linealmente la señal. Basándonos en las características de transferencia del JFET 2N3819 optamos por elegir los siguientes parámetros para el diseño: Dónde: ID= 3mA, VD= 10V y VCC= 20V. De catálogo Tememos: I DSS puede Variar de 2mA a 20mA… para nuestro diseño Tomaremos IDSS=16mA y VGS (off) = -8V Dadas Las Formulas:
VGS
(off) =
- VP
RS = VGS
RD = (VCC – VD) / ID (off) / IDSS
RG≫ 500 KΩ
VGS = - ID RS
AV = -Gm RD
∙
Gm = ID / VGS
∙
Z o ≈ RD
Figura No.4 Circuito Amplificador de RF con JFET
3.1
Completar luego de los cálculos La Tabla: RS
RD
RG
VGS
Gm
AV
3.2
Simular en análisis transitorio utilizando el programa Spice Student dibujando al menos 3 ciclos de la señal de 80 MHz de frecuencia generada por Vin, incluir pantallazo de gráficas de la señal de entra y la de salida.
3.3
Porque no es posible usar un osciloscopio común para visualizar la señal de entrada y salida del anterior circuito.
3.4
¿Cuál es el tipo de Polarización aplicada al JFET del Circuito?
3.5
¿Cuál es la función de los capacitores C1 y C2 en el circuito?
3.6
¿Es ID = IS? ¡Justifique su respuesta! Experimento No.4: El Tiristor - Control De Fase De Media Onda
Cuando se pretende desarrollar un control del ángulo de encendido del SCR partiendo de la misma tensión que alimenta a la carga, es preciso recurrir a circuitos capaces de retardar la señal de disparo durante un intervalo regulable mientras transcurre todo el semiciclo de conducción del dispositivo. La configuración más sencilla para conseguirlo se puede materializar utilizando una red desfasadora serie R-C, a cuyos extremos se aplica una fracción de la tensión que ha de estar presente en la carga. La propia naturaleza de la red R-C introduce un desfase variable entre 0° y 90° respecto de la tensión aplicada, pudiéndose conseguir con una adecuada relación de valores resistencia-capacidad un control pleno de la corriente por la carga entre los 0° y prácticamente los 180°. En el circuito de la figura 5 la red desfasadora está formada por R1 + P1 y C, que tiene aplicada la tensión presente entre ánodo y cátodo del SCR. La señal de control, variable en fase y amplitud por la acción de P1 se extrae en extremos de C y se aplica entre puerta y cátodo a través de la resistencia limitadora R2 y el diodo D1 que previene la descarga de C durante los semiciclos negativos.
En el análisis del funcionamiento del control debe tenerse presente que cuando el valor de la reactancia que presenta C es mucho mayor que el de la resistencia serie asociada con éste R1 + P1 (P1 al mínimo), el circuito se comporta como capacitivo, la tensión que se extrae del condensador es máxima y se puede considerar en fase con la tensión aplicada; la conducción del SCR se produce casi al inicio de cada semiperiodo positivo.
Figura No.5 Circuito rectificador controlado de media onda. 4.1. Realizar el montaje y prueba del circuito de la Figura 5. Usar multímetro para
medir tensiones y el osciloscopio para graficarlas
4.2. Observar la tensión de salida para diferentes valores del potenciómetro P1. ¿Qué
sucede cuando la resistencia disminuye?
4.3. ¿Para qué valor de P1 la potencia entregada a la carga es la mitad de la potencia
máxima?
4.4 Calcule los ángulos de disparo y conducción para al menos 6 valores distintos de
P1 Registrar los valores en una tabla. Emplear la siguiente ecuación: Ángulo de conducción
= 180º - ángulo de disparo ⱷt1
ⱷt2
Experimento No.5 El Amplificador Operacional
Los amplificadores operacionales, introducidos oficialmente al mercado a mediados de la década de 1960, son dispositivos de estado sólido extremadamente versátiles y fáciles de usar que se emplean como bloques constructivos básicos de en gran variedad de circuitos electrónicos, tanto análogos como digitales. Un amplificador operacional puede ser conectado en lazo cerrado como un amplificador inversor o como un amplificador no inversor. En el primer caso, la señal de salida está desfasada 180° con respecto a la señal de entrada, mientras que en el segundo las dos señales están en fase. Prácticamente todos los montajes prácticos con amplificadores operacionales están fundamentados en estas dos configuraciones. A continuación examinaremos los siguientes circuitos:
Amplificador Inversor
Figura No. 6 Amplificador Inversor Vout
Vin
Donde
A
R2 R1
R2 R1
es la ganancia o función de transferencia del amplificador inversor el
signo – indica la inversión de 180° de la fase en la señal de salida.
Realice el montaje y prueba del circuito amplificador inversor teniendo en cuenta los siguientes datos: Señal senoidal de entrada Vin =200mV de amplitup pico, a una frecuencia de 1khz sin componente DC (Offset = 0). R1 = 10 kΩ y R2 = 20 kΩ. Use el amplificador operacional llamado uA741. El valor de la fuente que alimenta al uA741 es ± 9 Volts DC. 5.1.1 Usando el osciloscopio visualice la señal de entrada y salida. (Anexe las gráficas
resultado de la simulación al informe.)
5.1.2 Calcule teóricamente el voltaje de salida Vout. ¿Coincide con el valor de Vout
medido?
5.1.3 ¿Que concluye luego de cambiar el valor de R2 a 50kΩ? Amplificador No Inversor
Vout Vin
1
R2 R1
Figura No.7 Amplificador No Inversor Donde
A
1
R2 R1
es la ganancia o función de transferencia del amplificador no
inversor. Realice el montaje y prueba del circuito amplificador no inversor teniendo en cuenta los siguientes datos: Señal senoidal de entrada V in =200mV de amplitud pico, a una frecuencia de 1khz sin componente DC (Offset=0).
R1 = 10 kΩ y R2 = 20 kΩ.
Use el amplificador operacional llamado uA741. El valor de la fuente que alimenta al uA741 es ± 9 Volts DC. 5.2.1 Usando el osciloscopio visualice la señal de entrada y salida. (Anexe las gráficas
resultado de la simulación al informe.)
5.2.2 Calcule teóricamente el voltaje de salida V out. ¿Coincide con el valor de V out
medido?
5.2.3 ¿Que concluye luego de cambiar el valor de R2 a 50kΩ? Circuito Diferenciador
Este circuito tiene aplicaciones interesantes, como por ejemplo la extracción de bordes de ondas cuadradas, también puede convertir una forma de onda en la equivalente a la derivada de la misma. Montar el siguiente circuito:
Figura No.8 Circuito Diferenciador
5.3.1 ¿Cuál es la forma de onda que presenta la salida R2? (Anexar grafica visualizada
en el osciloscopio). 5.3.2 Mida la diferencia de fase que existe entre la tensión de salida con respecto a
la tensión de entrada. 5.3.3 Con el generador de funciones aplique ahora una onda cuadrada de 1Vp 1Khz
de frecuencia. ¿Cuál es el efecto producido? 5.3.4 Con el generador de funciones aplique ahora una onda triangular de 1Vp 1Khz
de frecuencia. ¿Cuál es el efecto producido? 5.3.5 ¿Porque es recomendable usar la resistencia Rin? Circuito Integrador
Montar en el simulador el siguiente circuito:
Figura No. 9 Circuito Integrador
5.4.1 ¿Cuál es la forma de onda que presenta la salida? (Anexar grafica visualizada
en el osciloscopio). 5.4.2 Mida la diferencia de fase que existe entre la tensión de salida con respecto a
la tensión de entrada. 5.4.3 Con el generador de funciones aplique ahora una onda cuadrada de 1Vp 1Khz
de frecuencia. ¿Cuál es el efecto producido? 5.4.4 Con el generador de funciones aplique ahora una onda triangular de 1Vp 1Khz
de frecuencia. ¿Cuál es el efecto producido? El Seguidor De Voltaje
V out
Circuito A
vs
V in
Circuito B
Figura No. 10 Circuito Seguidor de Voltaje
5.5.1 Observar y comparar los circuitos A y B ¿Que concluye? 5.5.2 Ahora Observe el siguiente circuito donde se le agrega al divisor de voltaje
anterior un amplificador operacional configurado como seguidor de voltaje. ¿Que concluye? 5.5.3 Realice el montaje del siguiente circuito cambiando el valor de la resistencia de carga 100Ω por una de 50Ω. ¿Qué sucede?
Figura No. 11 Seguidor de tensión
Experimento No.6 Filtros Activos Filtro Pasabajas De Segundo Orden 6.1.1 Monte el circuito de la siguiente figura, el Amp Op es el uA741.
Figura No. 12 Filtro pasa bajas 6.1.2 Fije el generador a 100 Hz. Ajuste el nivel de la señal para obtener 1Vpp en
la salida del filtro. 6.1.3 Mida y anote el voltaje de entrada pico – pico.
f 100Hz 200Hz 500Hz 1KHz 2KHz 5KHZ 10KHz
Vent
Vsal 1Vpp
A
AdB
6.1.4 Cambie la frecuencia a 200 Hz. Mida los voltajes de entrada y salida. Anote los
datos en la tabla. 6.1.5 Repita el paso 6.1.2 para las frecuencias restantes de la tabla. 6.1.6 Calcule la ganancia de voltaje para cada frecuencia de la tabla. También calcule
y registre la ganancia equivalente en decibeles. 6.1.7 Mida y registre la frecuencia de corte fc.
Filtro Pasaaltas De Segundo Orden 6.2.1 Monte el circuito de la siguiente figura, el Amp Op es el uA741.
Figura No.13 Circuito filtro pasaaltas
6.2.2 Fije el generador a 10 kHz. Ajuste el nivel de la señal para obtener 1 Vpp en la
salida del filtro. 6.2.3 Mida y anote el voltaje de entrada pico – pico.
f 100Hz 200Hz 500Hz 1KHz 2KHz 5KHZ 10KHz
Vent
Vsal
1vpp
A
AdB
6.2.4 Fije el generador a 5 kHz. Mida y registre el voltaje de entrada. 6.2.5 Repita el paso 6.2.2 para las demás frecuencias de la tabla. 6.2.6 Calcule la ganancia de voltaje para cada frecuencia en la tabla. También
calcule y registre la ganancia equivalente en decibeles. 6.2.7 Mida y anote la frecuencia de corte fc
Experimento No.7 Osciladores - Oscilador De Puente De Wien 7.1.1 Monte el circuito de la siguiente figura, el Amp Op es el uA741.
Figura No. 14 Oscilador Puente de Wien 7.1.2 Calcule la frecuencia de oscilación del circuito. Registre esta frecuencia en la
siguiente tabla.
f calculada
f medida
°
ⱷ
7.1.3 Ajuste R2 para obtener una onda senoidal, V sal, lo más grande posible sin recorte
excesivo o distorsión. (El nivel de la señal deberá estar unos 15 V pp.) 7.1.4 Mida y registre la frecuencia de salida en la tabla. 7.1.5 Mida y registre el ángulo de fase entre V sal (terminal 6) con respecto a la
terminal. Oscilador De Onda Triangular 7.2.1 Monte el circuito de la siguiente figura, el Amp Op es el uA741.
Figura No.15 Oscilador de onda Triangular 7.2.2 Conecte el circuito de la figura con un C de 0.022 µF.
7.2.3 Mida y registre el voltaje pico - pico y anexe las gráficas mostradas en el
osciloscopio para las formas de onda en TP 1 y Vsal en la tabla siguiente. TP 1 C, µF
Forma de onda
Vsal Vpp
Forma de onda
Vpp
0.022 0.047 0.1
7.2.4 ¿Cuál es la frecuencia aproximada que excita al integrador? 7.2.5 Explique por qué la salida del integrador disminuye cuando el capacitor, C,
aumenta.
Entorno para su desarrollo: Aprendizaje Practico – Aula de laboratorio in-situ Productos a El producto esperado es la asistencia participación y un informe entregar por el final en formato IEEE que el estudiante debe entregar a su tutor estudiante: de prácticas. Tipo de No se entrega ningún Individual x Colaborativo producto: producto Individual: Documento escrito: informe de construcción individual que incluya:
Nombre e identificación del estudiante Introducción Contenido Conclusiones Referencias usadas. Formato: PDF
Uso de referencias
Políticas de plagio
Para conocer la forma como se referencian los documentos consulte el siguiente documento: Centro de Escritura Javeriano ( ) Normas APA. Sexta edición. Recuperado de http://centrodeescritura.javerianacali.edu.co/index.php?option=co m_content&view=article&id=138:normasapa&catid=45:referencias-bibliograficas&Itemid= En el acuerdo 029 del 13 de diciembre de 2013, artículo 99, se considera como faltas que atentan contra el orden académico, entre otras, las siguientes: literal e) “El plagiar, es decir, presentar como de su propia autoría la totalidad o parte de una obra, trabajo, documento o invención realizado por otra persona. Implica también el uso de citas o referencias faltas, o proponer citad donde no haya coincidencia entre ella y la ref erencia” y literal f) “El reproducir, o copiar con fines de lucro, materiales educativos o resultados de productos de investigación, que cuentan con derechos intelectuales reservados para la Universidad. Las sanciones académicas a las que se enfrentará el estudiante son las siguientes: a) En los casos de fraude académico demostrado en el trabajo académico o evaluación respectiva, la calificación que se impondrá será de cero punto cero (0.0) sin perjuicio de la sanción disciplinaria correspondiente. b) En los casos relacionados con plagio demostrado en el trabajo académico cualquiera sea su naturaleza, la calificación que se impondrá será de cero punto cero (0.0), sin perjuicio de la sanción disciplinaria correspondiente.
3. Formato de Rubrica de evaluación Fase 4 - Desarrollar el componente practico Tipo de Actividad Actividad x actividad: individual colaborativa Momento de la Intermedia, Inicial x evaluación unidad 1 2 3 y 4 Niveles de desempeño de la actividad individual Aspectos evaluados Valoración alta Valoración media Valoración baja
El estudiante Asistencia y desempeño asiste y desarrolla individual de manera correcta los experimentos del planteados estudiante en la practica (Hasta 100 puntos)
El estudiante asistió a las prácticas pero no participó activamente en el desarrollo de los experimentos. (Hasta 50 puntos)
El estudiante no asistió o no participo en las prácticas de laboratorio.
Estructura del informe y referencias
(Hasta 25 puntos)
(Hasta 13 puntos)
100
50
(Hasta 0 puntos)
Aunque el documento El estudiante no El documento presenta una tuvo en cuenta las presenta excelente estructura base la normas básicas estructura misma carece de para la realización de informes algunos elementos del cuerpo. (Hasta 25 puntos)
Puntaje
(Hasta 0 puntos)
El estudiante El estudiante El estudiante no presenta el informe presenta el informe presenta informe de laboratorio, con de laboratorio, pero final de las todos los no incluye todos los prácticas de Informe de experimentos experimentos laboratorio a su la práctica. solicitados solicitados tutor de centro. (Hasta 50 puntos)
Final
25
(Hasta 0 puntos) Calificación final
175
