Manual de Practicas de Dispositivos Analogicos Ver1.0 Mayo 20

Cuatrimestre

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CHIHUAHUA Mecatrónica Área Automatización

Manual de Prácticas De Dispositivos Analógicos

UTCH-CA-11

CA: Innovación y fortalecimiento en el área académica y tecnológica

Cuatrimestre

MECATRÓNICA ÁREA AUTOMATIZACIÓN

Dispositivos Analógicos

___________________________________ ___________________________________

 Universidad Tecnológica de Chihuahua

Av. Montes Americanos No. 9501 Sector 35 / C.P. 31216 Teléfono (614) 432-2000 ext.1105

Elaboró: Clave: Integrantes:

Fecha: Revisión:

UTCH-CA-11

Nombre CA: Innovación y fortalecimiento en el área académica y tecnológica UTCH-CA-11 M.C. Martha Lorena Martínez García M.C. Osvaldo Olivo Sandoval M.C. Nancy Beatriz Chávez Vega M.C. Jorge Alberto Espinoza Luna 20 de Mayo del 2014 1.1


Cuatrimestre

MECATRÓNICA ÁREA AUTOMATIZACIÓN


___________________________________ ___________________________________

 Universidad Tecnológica de Chihuahua

Av. Montes Americanos No. 9501 Sector 35 / C.P. 31216 Teléfono (614) 432-2000 ext.1105

Elaboró: Clave: Integrantes:

Fecha: Revisión:

UTCH-CA-11

Nombre CA: Innovación y fortalecimiento en el área académica y tecnológica UTCH-CA-11 M.C. Martha Lorena Martínez García M.C. Osvaldo Olivo Sandoval M.C. Nancy Beatriz Chávez Vega M.C. Jorge Alberto Espinoza Luna 20 de Mayo del 2014 1.1



Implementar sistemas de medición y control bajo los estándares establecidos, para el correcto funcionamiento de los procesos industriales.

El alumno construirá circuitos analógicos utilizando los principios básicos de operación de dispositivos analógicos (Filtros, convertidores, acondicionadores de señal, generadores de señal y manejadores de potencia) y su simulación para su utilización utilización en equipo de instrumentación y control automático.

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ÍNDICE Unidad I. Filtros

Práctica No. 1.1 Filtro pasa bajas de 1er. orden de -20dB/década……………………………………………………………………. -20dB/década ……………………………………………………………………. Práctica No. 1.2 Filtro pasa altas de 1er. orden de 20dB/década ……………………………………………………………………… Práctica No. 1.3 Filtro pasa banda de 1er. Orden ……………………………………… …………………………………………………………………… ……………………………………………………….. ………………………….. Práctica No. 1.4 Filtro pasa bajas de 2º. Orden de -40dB/década…………………………………………………………………… -40dB/década …………………………………………………………………… Práctica No. 1.5 Filtro pasa altas de 2º. Orden 40dB/década…………………………………………………………………………… 40dB/década …………………………………………………………………………… Práctica No. 1.6 Filtro pasa banda de 2º. Orden ……………………………………………………………………………………………….. Práctica No. 1.7 Ecualizador……………………………………… Ecualizador …………………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………. ………………………….

4 7 10 12 14 16 18

Convertidores de señal

Práctica No. 2.1 Convertidor de voltaje a corriente ……………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………. ……………………. Práctica No. 2.2 Convertidor de corriente a voltaje …………………………………………………………………………………………… Práctica No. 2.3 Convertidor de v oltaje a frecuencia ……………………………………………................................................... ................................................ Práctica No. 2.4 Convertidor de CA a CD ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… …………………………………… …… Práctica No. 2.5 Voltímetro de CD de alta resistencia ………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………….. …………..

21 23 25 27 29

Unidad III. Acondicionamiento de señal

Práctica No. 3.1 Puente de Wheatstone………………………………………… Wheatstone …………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… …………………………………. …. 32 Práctica No. 3.2 Amplificador de Instrumentación…………………………………………………………………………………………… Instrumentación…………………………………………………………………………………………… 33 Práctica No. 3.3 Lazo de corriente de 4 a 20mA ……………………………………………………………………………………………….. 35 Unidad IV. Generadores de señal

Práctica No. 4.1 Generador de señal cuadrada………………………………… cuadrada …………………………………………………………………… ……………………………………………………………… …………………………… 37 Práctica No. 4.2 Generador de señal senoidal…………………………………… senoidal ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………. ……………………………. 39 Práctica No. 4.3 Generador de señal triangular…………………………………… triangular …………………………………………………………………… ……………………………………………………………. ……………………………. 41 Unidad V. Manejadores de potencia

Práctica No. 5.1 Puente H accionado por un PWM…………………………………………………………………………………………….

44

Bibliografía

45

………………………………………………………………………………….....

Anexo

Guía de observación……………………………………… observación ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………… …………………………………………………………………… …………………………………… … 46

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Unidad I. Filtros El alumno elaborará circuitos con filtros y simulación, utilizando los principios básicos de operación de filtros activos par a su utilización equipo de instrumentación y control automático.

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Dispositivos Analógicos Práctica No. 1.1

FILTRO PASABAJAS de 1er. orden de -20dB/década

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad de comprender que es un filtro pasa bajas

de 1er. orden y como funciona, así como también construir las gráficas de ganancia y de fase de dicho filtro.

Cantidad

Equipo

1 1 1 1 1 1

Cantidad

Generador de Funciones Osciloscopio Fuente de voltaje Multímetro Teléfono celular Auriculares

2 1 1 1 1

Material R 10kΩ C 1000pF CI TL081 Conector hembra Plug in Conector macho Plug in

Desarrollo:

1. Mida el valor de la resistencia de entrada y del capacitor a utilizar con el multímetro. Anótelo R=___________C=_____________ 2. Con los valores medidos. Calcule lo siguiente

 = 1/ RC y anótelo:  =___________________

  1/(2) , anótelo. f =___________________

3. Calcule: f

c

4. Dibuje en el siguiente espacio, el diagrama del TL081 o el CI equivalente que esté usando.

5. Construya el siguiente circuito en el protoboard. R2 10kΩ

4

V2 12 V

U1

2 6

R1

V3 12 V

3

10kΩ 7

V1 4 Vrms 60 Hz 0°

1

5

TL081ACD

R3 10kΩ

C1 1000pF

6. Genere una señal senoidal de 3Vpp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del ge nerador de funciones y compruebe ésta señal en el osciloscopio. 7. Conecte ésta señal a la entrada del circuito. 8. Observe la señal de salida del osciloscopio y mida su amplitud y frecuencia de la señal de salida. Anótelo en la Tabla No. 1. 9. Ahora varíe la frecuencia de entrada fi, y vuelva a medir con el osciloscopio la amplitud y la frecuencia de la señal de salida fo, haga esto para cada una de las frecuencias que se muestran en la Tabla No. 1 y anote los valores medidos en la misma.

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4

Dispositivos Analógicos 10. Grafique sus resultados en una hoja semilogarítmica. Es decir en el eje de “x” las frecuencias y en el eje de las “y” la ganancia de voltaje |AV| Tabla No. 1 Mida en el osciloscopio los siguientes parámetros f i(Hz) 60 120 240 480 960 1,500 1,920 2,500 4,000 7,500 8,000 15,500 16,000 32,000 64,000 130,000 260,000 500,000 1,000,000 2,000,000 4,000,000

Vi pp (volt)

Vopp (volts)

   

Periodo=T (seg)

1/T (Hz)

¿Atenuación? Si No

¿Cuál es el valor del Ө (Desfasamiento)?

∡

11. Simule el circuito implementado en Multisim. A continuación obtenga las gráficas de Magnitud y Fase, según se explica a continuación: a) Construya el circuito del filtro pasa bajas en Multisim 

b) Para obtener las gráficas de magnitud y fase en Multisim, elija del menú principal Simular, después Análisis Análisis de ca. y se abrirá una pantalla.

c) En la pantalla elija en s entido vertical la escala en lineal y como análisis la fuente de voltaje, de en el botón aceptar. De este modo obtiene las gráficas de ganancia y fase. d) ¿Las gráficas resultantes de la simulación son parecidas a las gráficas que construyo en las hojas semilogarítmica con los datos obtenidos prácticamente? Explique: __________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________ e) Ubique en la simulación la frecuencia de corte. ¿Este valor coincide con el qué?______________________________________________________________

valor calculado? Si___ NO__ ¿Por

12.

Ahora desconecte el generador de funciones de la entrada del circuito.

13.

Conecte ahora, en la entrada del circuito, la salida de audio de su teléfono celular.

14. Conecte en paralelo con el osciloscopio los auriculares y escuche la salida de audio. ¿Escucha alguna diferencia entre la señal de audio de entrada con respecto a la señal de salida de audio?

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Explique__________________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________ _________ __________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ Cuestionario:

En una hoja aparte conteste lo siguiente: 1. ¿Qué es un filtro pasa bajas? 2. ¿A qué frecuencia se empieza atenuar el voltaje de salida? 3. ¿A qué frecuencia se empieza a desfasar la señal de salida con respecto a la entrada? 4. Compare las gráficas obtenidas en la simulación con las obtenidas prácticamente (Diagrama de BODE, Magnitud y Fase). Explique 5. Convierta: 3Vpp en Vrms es igual a: ___________. Anote la fórmula:___________ 6. Convierta: 1000pF a) nF:____________ b) F:_____________ 7. ¿Qué es capacitancia? 8. ¿Qué es frecuencia? 9. ¿Qué es periodo? 10. ¿Qué es frecuencia de corte? 11. ¿Qué es ganancia? 12. ¿Qué es reactancia capacitiva?

En una hoja aparte, entregar las Conclusiones Individuales.

Un Diagrama de Bode es una representación gráfica que sirve para caracterizar la respuesta en frecuencia de un sistema. Normalmente consta de dos gráficas separadas, una que corresponde con la magnitud de dicha función y otra que corresponde con la fase. Recibe su nombre del científico que lo desarrolló, Hendrik Wade Bode. Es una herramienta muy utilizada en el análisis de circuitos en electrónica, siendo fundamental para el diseño y análisis de filtros y amplificadores.

Fecha de inicio: Fecha de Terminación: Reviso:

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Integrantes:


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FILTRO PASA ALTAS de 1er. orden de 20dB/década

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad de comprender que es un filtro pasa altas

de 1er orden y como funciona, así como también construir las gráficas de ganancia y fase de dicho filtro.

Cantidad

Equipo

1 1 1 1

Cantidad

Generador de Funciones Osciloscopio Fuente de voltaje Multímetro

1

Material CI TL081 Resistencias y Capacitores según los calculados

Antecedente: Procedimiento de diseño para filtros pasa altas de 20dB/década

  

1. Escoja la frecuencia de corte,   2. Elija un valor conveniente de C, por lo general entre 0.001 y 0.1 µF  3. Calcule R mediante la ecuación:   4. Escoga

= 

    2

Desarrollo:

1. Diseñe un filtro pasa altas para una frecuencia de corte de 10kHz. Calcule los valores respectivos de C y R. RF 8kΩ

C2

VEE -12V LM301AD

4

30pF

8

2

C1

U1

6

3

V1 1.41 Vrms 60 Hz 0°

0.002µF

7

1

5

R1

RL 10kΩ

8kΩ

VCC 12V

2. Mida todos los valores de los componentes antes de construir los circuitos. Debe ponerse especial atención en que los valores difieran en menos del 1%. En caso de no cumplir con estas especificaciones, se tendrán circuitos que nunca cumplirán con los criterios de diseño. Los capacitores deberán ser del tipo npo (coeficiente de temperatura cero). 3. Mida el valor de la resistencia de entrada R=___________C=___________________

y del capacitor a utilizar con el multímetro. Anótelo

4. Con los valores medidos. Calcule lo siguiente ωc= 1/ RC y anótelo

  1/(2) , anótelo.

5. Calcule: f

 =________________

f c=_________________

6. Dibuje en el siguiente espacio, el diagrama del TL081 o el CI que éste utilizando.

7. Implemente el circuito diseñado en el protoboard.

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Dispositivos Analógicos 8. Generar una señal senoidal de 2Vpp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del generador de funciones, y compruebe ésta señal en el osciloscopio. 9. Conecte ésta señal a la entrada del circuito. 10. Visualice la señal de salida en el osciloscopio y mida su amplitud y frecuencia. Anótelo en la Tabla No. 1. 11. Ahora varíe la frecuencia de entrada fi, y vuelva a medir con el osciloscopio la amplitud y la frecuencia de la señal de salida fo, haga esto para cada una de las frecuencias que se muestran en la Tabla No. 1 y anote los valores medidos en la misma. Tabla No. 1 Mida en el osciloscopio los siguientes parámetros ¿Cuál es el valor del Vi pp Vopp Periodo=T f o=1/T ¿Atenuación? Ө f i(Hz) (volts) (volts) (seg) (Hz) Si No (Desfasamiento)?

   

∡

60 120 240 480 960 1,500 1,920 2,500 4,000 7,500 8,000 15,500 16,000 32,000 64,000 130,000 260,000 500,000 1,000,000 2,000,000 4,000,000 12. Grafique sus resultados en una hoja semilogarítmica. Es decir en el eje de “x” las frecuencias y en el eje de las “y” la ganancia de voltaje |AV| 13. Simule el circuito implementado en Multisim. A continuación obtenga las gráficas de Magnitud y Fase, según se explica a continuación: a) Construya el circuito del filtro pasa altas en Multisim b) Para obtener las gráficas, elija del menú principal Simular, después Análisis  Análisis de CA y se abrirá una pantalla. c) En la pantalla elija en s entido vertical la escala en lineal y como análisis la fuente de voltaje, de en el botón aceptar. De este modo obtiene las gráficas de ganancia y fase. d) ¿Las gráficas resultantes de la simulación son parecidas a las gráficas que construyo en la hoja semilogarítmica con los datos obtenidos prácticamente? Explique: __________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________ e) Ubique en la simulación la frecuencia de corte. ¿Este valor coincide con el valor calculado? Si___ No___ ¿Por qué?_____________________________________________ 14. Ahora desconecte el generador de funciones de la entrada del circuito. 15. Conecte ahora, en la entrada del circuito, la salida de audio de su teléfono celular.

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Dispositivos Analógicos 16. Conecte en paralelo con el osciloscopio los auriculares a la salida del circuito y escuche la salida de audio. ¿Escucha alguna diferencia entre la señal de audio de entrada con respecto a la señal de salida de audio? Explique__________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

Cuestionario:

1. ¿Qué es un filtro pasa altas?

2. ¿A qué frecuencia se empieza atenuar el voltaje de salida?

3. ¿A qué frecuencia se empieza a desfasar la señal de salida con respecto a la entrada?

4. Compare las gráficas obtenidas en la simulación con las obtenidas prácticamente (Diagrama de BODE, Magnitud y Fase). Explique

5. Convierta: 3Vpp en Vrms es igual a: ___________ Anote la fórmula:___________ 6. Convierta: 1000pF a) nF:____________ b)F:_____________



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Integrantes:


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FILTRO PASA BANDA de 1er. orden

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad de comprender que es un filtro pasa

banda y como funciona, así como también construir las gráficas de ganancia y fase de dicho filtro.

Cantidad 1 1 1 1

Equipo

Cantidad


1


Antecedente: Procedimiento de diseño para filtros pasa altas y pasa bajas de 1er. Orden.

  

1. Escoja la frecuencia de corte,   2. Elija un valor conveniente de C, por lo general entre 0.001 y 0.1 µF  3. Calcule R mediante la ecuación:   4. Escoja

    2

= 

Desarrollo:

1. Diseñe un filtro pasa banda con una frecuencia de corte inferior (f L ) de 400Hz y una frecuencia de corte alta (f H ) de 4000Hz. Calcule los valores de las resistencias y capacitores para implementar el circuito en su protoboard. Recuerde que los componentes no deben variar más del 1%. R3

Rf

8kΩ

10kΩ

C4

VEE -12V VEE LM301AD

4

-12V

8

C2 30pF

U1

1.41 Vrms 60 Hz 0°

7

1

5

7

1

R2

5

R4 10kΩ

8kΩ

C1 0.001µF

6

3

0.002µF

10kΩ

V1

30pF

8

U2

6

3

4

2

C3

2

R1

LM301AD

VCC 12V VCC 12V

2. Genere una señal senoidal de 3Vpp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del ge nerador de funciones y compruebe ésta señal en el osciloscopio. 3. Conecte ésta señal a la entrada del circuito. 4. Visualice la señal de salida en el osciloscopio y mida su amplitud y frecuencia. Anótelo en la Tabla No. 1 5. Ahora varíe la frecuencia de entrada fi, y vuelva a medir con el osciloscopio la amplitud y la frecuencia de la señal de salida fo, haga esto para cada una de las frecuencias que se muestran en la Tabla No. 1 y anote los valores medidos en la misma.

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Dispositivos Analógicos Tabla No. 1 Mida en el osciloscopio los siguientes parámetros f i(Hz)

Vi pp (volts)

60 120 240 400 960 1,500 1,920 2,500 4,000 7,500 8,000 15,000

Vopp (volts)

   

Periodo=T (seg)

f o=1/T (Hz)



∡

6. Grafique sus resultados en una hoja semilogarítmica. Es decir en el eje de “x” las frecuencias y en el eje de las “y” la ganancia de voltaje |AV|. Cuestionario:

1. ¿Cuál es la frecuencia de corte del filtro pasa bajas?

2. ¿Cuál es la frecuencia de corte del filtro pasa altas?

3. ¿Cuál es el valor de la ganancia a la frecuencia de corte?

En una hoja aparte, entregar las Conclusiones Individual


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Integrantes:


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FILTRO PASA BAJAS de 2º orden de -40db/década

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad de comprender que es un filtro pasa bajas

de 2º orden y como funciona, así como también construir las gráficas de ganancia y fase de dicho filtro.

Cantidad 1 1 1 1

Equipo

Cantidad


1


Antecedente: Procedimiento de diseño de un filtro pasa bajas de 2o. Orden.

1. 2. 3. 4.

  

Seleccione la frecuencia de corte,   Escoja C ;1 seleccione un valor adecuado entre 100pF y 0.1µF Haga C2=2C1. 0.707 Calcule R mediante la ecuación:

5. R=R1=R2 6. Escoja =

  

 2

Desarrollo:

1. Diseñe un filtro pasa bajas con una frecuencia de corte fc= 1kHz. Sea C1= 0.01µF. Determine R ,1 R 2 , R f y C 2. Recuerde que los componentes no deben variar más del 1%.

C2 Rf

0.02µF

22.516kΩ

VEE -12V LM301AD

4

C3 30pF

8

2

R1

U1

R2

6

3

11.258kΩ

11.258kΩ

V1

7

1

5

RL 1.41 Vrms 60 Hz 0°

10kΩ

C1 0.01µF

VCC 12V

2. Generar una señal senoidal de 2Vp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del generador de funciones y comprobar ésta señal en el osciloscopio. 3. Conecte ésta señal a la entrada del circuito. 4. Visualice la señal de salida en el osciloscopio y mida su amplitud y frecuencia. Anótelo en la Tabla No. 1. 5. Ahora varíe la frecuencia de entrada fi, y vuelva a medir con el osciloscopio la amplitud y la frecuencia de la señal de salida fo, haga esto para cada una de las frecuencias que se muestran en la Tabla No. 1 y anote los valores medidos en la misma.

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Vi pp (volts)

60 120 240 400 600 650 700 810 960 1000 1100 1500 4,000 10,000

Vopp (volts)

   

Periodo=T (seg)

f o=1/T (Hz)

¿Atenuación? Sí No


∡

6. Grafique sus resultados en una hoja semilogarítmica. Es decir en el eje de “x” las frecuencias y en el eje de las “y” la ganancia de voltaje |AV|.

Cuestionario:


2. ¿Los resultados teóricos concuerdan con los calculados?



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Integrantes:


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Práctica No. 1.5

FILTRO PASA ALTAS de 2º orden 40db/década

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad de comprender que es un filtro pasa altas

de 2º orden y como funciona, así como también construir las gráficas de ganancia y fase de dicho filtro.

Cantidad 1 1 1 1

Equipo

Cantidad

Fuente de voltaje Multímetro Generador de funciones Osciloscopio

Material

1

CI TL082 Resistencias y Capacitores según los calculados

Antecedente: Procedimiento de diseño de un filtro pasa altas de 2o. Orden.

  

1. Seleccione la frecuencia de corte,   2. Haga C1=C2=C y elija un valor conveniente. .44 3. Calcule R1 mediante la ecuación: 

 

4. Elija R2=1/2R1 5. Escoja = 

 

 

Desarrollo:

1. Diseñe un filtro pasa altas con una frecuencia de corte fc= 1kHz. Sea C 1=C2= 0.01µF. Calcule R ,1 R 2 , R f . Recuerde que los componentes no deben variar más del 1%. R2 11.3kΩ

Rf 22.5kΩ

VEE -12V LM301AD

4

C5 30pF

8

2

C1

C2

0.01µF

0.01µF

U2

6

3

7

1

5

RL V2

1.41 Vrms 60 Hz 0°

10kΩ

R1 22.5kΩ

VCC

12V

2. Genere una señal senoidal de 2Vp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del generador de funciones y comprobar ésta señal en el osciloscopio. 3. Conecte ésta señal a la entrada del circuito. 4. Visualice la señal de salida en el osciloscopio y mida su amplitud y frecuencia. Anótelo en la Tabla No. 1 5. Ahora varíe la frecuencia de entrada fi, y vuelva a medir con el osciloscopio la amplitud y la frecuencia de la señal de salida fo, haga esto para cada una de las frecuencias que se muestran en la Tabla No. 1 y anote los valores medidos en la misma.

UTCH-CA-11


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Tabla No. 1 Mida en el osciloscopio los siguientes parámetros f i(Hz)

Vi pp (volts)

60 120 240 400 600 650 700 810 960 1000 1100 1500 4,000 10,000 15,000

Vopp (volts)

   

Periodo=T (seg)

f o=1/T (Hz)


¿Cuál es el valor del

∡Ө (Desfasamiento)?






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Integrantes:


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FILTRO PASA BANDA de 2º orden

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad de comprender que es un filtro pasa

banda de 2º orden y como funciona, así como también construir las gráficas de ganancia y fase de dicho filtro.

Cantidad 1 1 1 1

Equipo

Cantidad

Fuente de voltaje Multímetro Osciloscopio Generador de funciones

1


Desarrollo:

1. Diseñe un filtro pasa banda de 2º orden con una frecuencia de corte f L= 1kHz y una f H=10kHz. Calcule el valor de los componentes tanto del filtro pasa bajas como del pasa altas de 2º orden. Recuerde que los componentes no deben variar más del 1%. R3

C2

R4

11.3kΩ

0.02µF

Rf

22.5kΩ

22.516kΩ

VEE -12V VEE -12V LM301AD LM301AD

4

C3 30pF

8

2

R1

U1

R2

11.258kΩ

11.258kΩ

V1

7

1

C5

C4

0.01µF

0.01µF

C6 30pF

8

U2

6

3

4

2 6

3

7

1

5

R5

5

10kΩ

R6 1.41 Vrms 60 Hz 0°

22.5kΩ

C1 0.01µF

VCC 12V VCC 12V

2. Genere una señal senoidal de 2Vp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del generador de funciones y comprobar ésta señal en el osciloscopio. 3. Conecte ésta señal a la entrada del circuito. 4. Visualice la señal de salida en el osciloscopio y mida su amplitud y frecuencia. Anótelo en la Tabla No. 1 5. Ahora varíe la frecuencia de entrada fi, y vuelva a medir con el osciloscopio la amplitud y la frecuencia de salida fo de la señal, haga esto para cada una de las frecuencias que se muestran en la Tabla No. 1 y anote los valores medidos en la misma.

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Vi pp (volts)

60 120 240 400 600 650 700 810 960 1000 1100 1500 4,000 10,000 15,000

Vopp (volts)

   

Periodo=T (seg)

f o=1/T (Hz)

¿Atenuación? Sí No


∡


1. ¿Cuál es el valor de la ganancia a la frecuencia de corte baja?

2. ¿Cuál es el valor de la ganancia a la frecuencia de corte alta?




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Integrantes:


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Ecualizador

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad aplicar los conocimientos adquiridos de

filtros.

Cantidad 1 1 1 1

Equipo

Cantidad

Fuente de voltaje Multímetro Osciloscopio Generador de funciones

4 7 4

Material CI TL084 R 10kΩ Pot 10kΩ Resistencias y Capacitores según los calculados

1. Implemente el siguiente circuito, considerando que los filtros pasa banda son de 2º orden. Realice los cálculos de los componentes de los filtros pasa banda según corresponda. Con un factor de calidad Q=1.5, Calcule f L y f H para casa filtro pasa banda, de acuerdo a la fr que se muestra en cada circuito pasa banda. 2. Cambie la fuente de la señal de entrada, por una señal de salida de audio proveniente de un teléfono celular. 3. A la salida del circuito conecte una bocina.

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Dispositivos Analógicos Cuestionario:

1. Explique brevemente cómo funciona el ecualizador.



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Integrantes:


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UNIDAD II. Convertidores de Señal El alumno elaborará circuitos con convertidores de señal y simulación, utilizando los principios básicos de operación de convertidores para su utilización en equipos de instrumentación y control automático.

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Convertidor de Voltaje a Corriente

Objetivo: Diseñe un convertidor de voltaje a corriente, con un voltaje de entrada de 0 a 5V y una corriente en la

carga de 4 a 20mA.

Cantidad 1 1

Equipo

Cantidad

Fuente de voltaje Multímetro

1

Material CI TL081 Resistencias según los calculados

Desarrollo:

1. De acuerdo a los valores obtenidos de sus componentes de su diseño, i mplemente el siguiente circuito en el protoboard.

   ( −  )

Vo

  2 − 

2. Seleccione el valor de RL= 100 Ω. Varié el voltaje de entrada de 0 a 5 V en pasos de 1V y mida con el multímetro la corriente de salida en la resistencia de carga R L y el voltaje de salida. Anote en la siguiente tabla según corresponda.

VIN(V) 1 2 3 4 5

Calculado IL (mA)

Vo

Simulado IL (mA) Vo

Medido IL (mA) Vo

3. Cambie RL la resistencia por una 150 Ω. Varié el voltaje de entrada de 0 a 5 V en pasos de 1V y mida con el multímetro la corriente de salida en la resistencia de carga R L y el voltaje de salida. Anote en la siguiente tabla según corresponda.

VIN 1 2 3 4 5

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Calculado IL (mA)

Vo

Simulado IL (mA) Vo

Medido IL (mA) Vo


21


1.

Explique brevemente cómo afecto el valor de la resistencia de carga R L al circuito y porque.

En una hoja aparte, entregar las Conclusiones Individuales


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Integrantes:


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Convertidor de Corriente a Voltaje

Objetivo: Diseñe un convertidor de corriente a voltaje, con una corriente de entrada de 4 a 20 mA y una voltaje de

salida de 0 a 5V.

Cantidad 1 1

Equipo

Cantidad 1

Fuente de voltaje Multímetro

Material CI TL081 Resistencias según los cálculos

Desarrollo:

1.

De acuerdo a los valores obtenidos de sus componentes de su diseño, implemente el siguiente circuito en el

protoboard. Recuerde:

R 1>>RS

    + 

2. Seleccione el valor de Rs= 500 Ω. Varié la corriente de entrada de 4 a 20 mA en pasos de 4mA y mida con el multímetro el voltaje de salida Vo en la resistencia de carga. Anote en la siguiente tabla según corresponda.

Calculado IL (mA) Vo 4 8 12 16 20

Simulado IL (mA) Vo

Medido IL (mA) Vo

3. Cambie el valor de Rs por 150 Ω. Varié la corriente de entrada de 4 a 20 mA en pasos de 4mA y mida con el multímetro el voltaje de salida Vo en la resistencia de carga. Anote en la siguiente tabla según corresponda.

Calculado IL (mA) Vo 4 8 12 16 20

UTCH-CA-11

Simulado IL (mA) Vo

Medido IL (mA) Vo


23


1.

¿Al cambiar la resistencia de carga obtuvo los mismos valores del voltaje de salida?

2.

Explique brevemente cómo afecto el valor de la carga al circuito y porque.



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Integrantes:


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Convertidor de Voltaje a Frecuencia

Objetivo: Implemente un convertidor de voltaje a frecuencia, es decir, un Generador de Diente de Sierra a partir de

un amplificador integrador y un comparador.

Cantidad 1 1 1

Equipo Fuente de voltaje Multímetro Osciloscopio Material CI TL082 D 1N4006 Q 2N2222 R 10kΩ R 5kΩ R 100Ω POT 10kΩ C 0.1µF

1 2 2 3 1 1 1 1 Desarrollo:

1.

Implemente el siguiente circuito en el protoboard.

2. Con ayuda del osciloscopio, mida el voltaje pico a pico y la frecuencia de la señal de salida. Varié el potenciómetro según indica la siguiente tabla. Anote los datos medidos en la tabla.

Rpot(Ω ) 1% 25% 50% 75% 100%

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Vref

V oramp(Vpp )

Calculado f o(Hz) To

Medido f o(Hz)


To

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1.

¿Vario la frecuencia de la señal de salida, al variar el potenciómetro?

2.

¿Cuál es el valor máximo del voltaje pico a pico medido de la señal diente de sierra?

3.

¿Cuál es el valor del periodo de la señal de salida?

4.

Explique brevemente cómo funciona el circuito.



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Integrantes:


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Convertidor de CA a CD

Objetivo: Comprender la importancia de la utilidad de los amplificadores operacionales a través de la aplicación de

un convertidor de CA a CD. Un circuito rectificador de onda completa también se conoce como circuito de valor absoluto y puesto que un valor promedio se denomina valor medio, el convertidor de ca a cd se conoce como circuito de valor medio absoluto (MAV por sus siglas en inglés)

Cantidad

Equipo

1 1 1 1

Cantidad

Fuente de voltaje Osciloscopio Multímetro Generador de funciones

1 4 2 1 2 1

Material CI TL082 R 20kΩ R 10kΩ R 6.3kΩ D 1N4006 C 10µf de tantalio

Desarrollo:

1.

Implemente el siguiente circuito en el protoboard R=20k Ω

2.

Genere una señal senoidal de 3Vpp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del generador de funciones y comprobar ésta señal en el osciloscopio.

3.

Conecte ésta señal a la entrada del circuito.

4.

Observe la señal de salida del circuito con la ayuda del osciloscopio y mida el voltaje y la frecuencia de la señal de salida. Anótelo en la siguiente Tabla No. 1.

Vi

fi

Tabla No. 1 Datos medidos Vorms Voavg

f o

To

fi

Tabla No. 1 Datos Calculados Vorms Voavg

f o

To

Con Capacitor Sin Capacitor

Vi Con Capacitor Sin Capacitor

5.

Grafique las señales de salida según corresponda.

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Con capacitor

Sin capacitor

Cuestionario:

1.

¿Los voltajes medidos concuerdan con el valor del voltaje calculado?

2.

Explique brevemente que efecto tiene el capacitor en el circuito.



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Integrantes:


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Voltímetro de CD de alta resistencia

Objetivo: Que el alumno aplique los conocimientos adquiridos de convertidores de corriente a voltaje.

Cantidad 1 1 1

Equipo

Cantidad

Fuente de voltaje Multímetro Galvanómetro

Material 1 2 2

CI TL082 R 1kΩ R 10kΩ

Desarrollo:

1.

Implemente el siguiente circuito en el protoboard. Ri=1KΩ y Rmedidor de 1KΩ

2.

Varié el voltaje de entrada en pasos de 0.5V y mida el voltaje de salida y la corriente en el galvanómetro. Anote sus mediciones en la siguiente tabla.

Vi (V) -1.0 -0.5 +0.5 +1.0 3. 4.

Simulado Im(mA) Vo(V)

Calculado Im(mA) Vo(V)

Cambie la Ri por una resistencia de 10k Ω. Varié el voltaje de entrada en pasos de 1V y mida el voltaje de salida y la corriente en el galvanómetro. Anote sus mediciones en la siguiente tabla.

Vi (V) -10.0 -8.0 -6.0 -4.0 -2.0 -1.0 0 +1.0 +2.0 +4.0 +6.0 +8.0 +10.0

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Simulado Im(mA) Vo(V)

Calculado Im(mA) Vo(V)


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Cuestionario:

1.

Explique brevemente cómo afecta la Ri en el circuito.



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Integrantes:


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UNIDAD III. Acondicionamiento de Señal. El alumno elaborará circuitos de acondicionamiento de señal y simulación, utilizando los principios básicos de operación de acondicionamiento de señal, para relacionarlo con equipo de instrumentación y control automático.

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Puente de Wheatstone

Objetivo: El alumno aprenderá a balancear un puente de Wheatstone, teniendo como dispositivo sensor un termistor.

Cantidad 1 1 1

Equipo

Cantidad

Fuente de voltaje Multímetro Pirómetro

1 1 1

Material Resistencias según los calculados Termistor NTC o PTC Encendedor o caja de cerillos

Desarrollo:

1.

3.

Inserte el termistor en el protoboard. Mida la resistencia de éste a temperatura ambiente con ayuda del multímetro. Anote:_________________ Con ayuda del encendedor, aplique calor al termistor y vuelva a medir con el multímetro la resistencia del termistor. Anote:__________________ Implemente el siguiente circuito en el protoboard.

4.

Balance el circuito y con el multímetro mida el voltaje en E 1 y E2. E1=______________, E2=_______

5.

Vuelva aplicar calor al termistor, y mida con el multímetro la diferencia de voltaje entre los puntos E 1 y E2. Mida la temperatura del termistor.

2.

Termistor ºC

E1

Calculado E2 E1-E2

E1

Medido E2

E1-E2

Cuestionario:

1.

Explique brevemente cómo funciona el puente de Wheatstone.



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Integrantes:


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Amplificador de Instrumentación

Objetivo: El alumno comprenderá la importancia de implementar un amplificador de instrumentación ya sea que lo

construya o que compre el Circuito Integrado.

Cantidad 1 1

Equipo Fuente de voltaje Multímetro

Cantidad 1 5 2 1

Material CI TL084 R 10kΩ Potenciómetro 100kΩ CI INA128/129 (amplificador de instrumentación)

Desarrollo:

1.


2.

Aplique a las dos entradas del amplificador de instrumentación 1V de cd. Y mida el voltaje de salida, Vo=_______________

3.

Si el Vo no es cero volts, ajuste con el potenciómetro R’ para que a la salida del amplificador le de cero volts.

4.

Ajuste ahora el potenciómetro aR para que la ganancia del amplificador sea de 100.

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Dispositivos Analógicos 5.

Aplique a las entradas los siguientes voltajes y mida con el multímetro el voltaje de salida.

Ganancia 100 100 1000 1000

E1 5.001 5.002 5.001 5.002

Calculado E2 5.002 5.001 5.002 5.001

Vo

E1

Medido E2

Vo

Cuestionario:

1.

Explique brevemente cómo afecto el valor de la ganancia en el amplificador de instrumentación.



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Integrantes:


34


Lazo de corriente de 4 a 20mA

Objetivo: Elabore un transmisor análogo de una variable de proceso. Utilizando los convertidores de V-I y I-V, y

haciendo un lazo de corriente entre estos convertidores, transmitirá el valor de una variable seleccionada. Diseñe el convertidor de V-I de 0V a 1.5V a una corriente de 4 a 20 mA y el Convertidor de I-V de 4 a 20 mA y de 0V a 5V.

Cantidad 1 1 1

Equipo

Cantidad 1 1

Fuente de voltaje Multímetro Pirómetro

Material LM35 TL082 Resistencias según cálculos

Desarrollo:

1.

Implemente el lazo de corriente de 4 a 20 mA. Utilice los convertidores apropiados conforme lo visto en clase y practicas pasadas.

2.

Aplique una fuente de calor al sensor de temperatura LM35 y mida la temperatura con el pirómetro, a la vez mida el voltaje y corriente según la siguiente de tabla.

Sensor LM35 ºC

Calculados Vi

Io

Ii

Medidos Vo

Vi

Io

Ii

Vo

Cuestionario:

1.




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Integrantes:


35


Unidad IV. Generadores de Señales. El alumno elaborará circuitos con generadores de señal y simulación, utilizando los principios básicos de operación de generadores para relacionarlo con equipo de instrumentación y control automático.

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Generador de Señal Cuadrada

Objetivo: El alumno aprenderá a utilizar el amplificador operacional para generar una señal cuadrada.

Cantidad 1 1 1

Equipo

Cantidad

Fuente de voltaje Multímetro Osciloscopio

Material 1

CI TL081 Resistencias y Capacitores según los calculados

Desarrollo:

1.


1.

Conecte a la salida del circuito el osciloscopio y el multímetro. Anote los parámetros según la siguiente tabla.

Vorms(V) 2.

T (seg)

fo(Hz)

Dibuje la onda del voltaje de salida, obtenida del osciloscopio.

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Cuestionario:

1.




UTCH-CA-11

Integrantes:


38


Práctica No. 4.2

Generador de Señal Senoidal

Objetivo: El alumno aprenderá a utilizar el amplificador operacional para generar una señal senoidal.

Cantidad 1 1 1

Equipo

Cantidad


Material

1 1 1

CI TL081 CI AD630 CI AD639 Resistencias y Capacitores según diagrama

Desarrollo:

1.


2.


Vorms(V)

3.

T (seg)

fo(Hz)


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Cuestionario:

1.




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Integrantes:


40


Práctica No. 4.3

Generador de Señal Triangular

Objetivo: El alumno aprenderá a utilizar el amplificador operacional para generar una señal triangular.

Cantidad 1 1 1

Equipo

Cantidad


Material

1 1

CI 741 CI 301 Resistencias y Capacitores según diagrama

Desarrollo:

1.


2.


Vorms(V)

3.

T (seg)

fo(Hz)


Cuestionario:

1.


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Integrantes:


42


Unidad V. Manejadores de Potencia El alumno elaborara circuitos con manejadores de potencia y simulación, utilizando los principios básicos de operación de manejadores de potencia para relacionarlo con equipo de instrumentación y control automático.

́

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Puente H accionado por un PWM (Modulación por ancho de pulso)

Objetivo: En base a prácticas pasadas construir un PWM para accionar un Puente H

Cantidad 1 1 1

Equipo Fuente de voltaje Multímetro Osciloscopio

Material Varios requeridos en anteriores practicas Desarrollo:

1. 2. 3. 4. 5.

Construya en el protoboard el generador diente de sierra. Construya en el protoboard el puente de Wheatstone. Construya en el protoboard el amplificador de instrumentación. Construya en el protoboard el puente H. Conecte los circuitos conforme lo visto en clase.

En una hoja aparte conteste lo siguiente: Cuestionario:

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Explique brevemente cómo funciona el circuito. Anote el valor mínimo y máximo de la diferencia del puente de Wheatstone. De cuanto es la ganancia del amplificador de instrumentación Anote el Voltaje de entrada y salida del amplificador de instrumentación Concuerda el valor de voltaje de salida con lo calculado? Dibuje la señal del voltaje de salida del generador diente de sierra, Mida la frecuencia de salida del generador de Diente de Sierra. 7. Dibuje la señal del voltaje de salida del comparador. 8. Para qué sirve el puente H. 9. ¿Cuál es el ciclo de trabajo del PWM? 10. ¿Para qué sirve variar el ancho del pulso?



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Integrantes:


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Bibliografía

[1] Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll. Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales . 4ta. Edición, Prentice Hall Hispanoamericana S.A.

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Manual de Practicas de Dispositivos Analogicos Ver1.0 Mayo 20

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