Modulo 03

MÓDULO 3: ELECTRÓNICA ANÁLOGICA

: 3 A C I G O L Ó L U A D N A Ó A M C I N Ó R T C E L E

MÓDULO 3: ELECTRÓNICA ANALÓGICA

PRESENTACIÓN 1


MÓDULO 3: ELECTRÓNICA ANALÓGICA Colección de 14 prácticas, cada una con diversas experiencias y diseños sobre funcionamiento y comprobación de transistores, amplificadores, circuitos básicos, osciladores, MOSFET, Temporizador NE 555, A.O. y circuitos de entretenimiento.

. L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I

Montaje práctico experimental para la polarización de un transistor

Fotografía de los materiales


PRESENTACIÓN 1


MÓDULO 3: ELECTRÓNICA ANALÓGICA Colección de 14 prácticas, cada una con diversas experiencias y diseños sobre funcionamiento y comprobación de transistores, amplificadores, circuitos básicos, osciladores, MOSFET, Temporizador NE 555, A.O. y circuitos de entretenimiento.


Montaje práctico experimental para la polarización de un transistor

Fotografía de los materiales


ÍNDICE general BIBLIOGRAFÍA LISTA DE MATERIALES PRÁCTICA 1: Comprobación de Transistores Identificación de la base Tipo de transistor Identificación de emisor y colector

PRÁCTICA 2: Curva IB/IC de un transistor PRÁCTICA 3: Polarización del transistor PRÁCTICA 4: Efecto amplificador y recta de carga PRÁCTICA 5: El transistor en conmutación PRÁCTICA 6: Amplificadores de B.F. B.F. Emisor común Base común Colector común El Push-Pull

PRÁCTICA 7: Circuitos osciladores Circuito LC experimental Oscilador Colpitts Oscilador de cristal de cuarzo Oscilador por desplazamiento de fase

PRÁCTICA 8: Circuitos multivibradores Multivibrador Multivibrador Multivibrador Multivibrador

biestable inestable monoestable de disparo

PRÁCTICA 9: Circuitos básicos de estabilización Circuito básico Estabilización serie con un transistor Estabilización serie con dos transistores Estabilización serie con salida variable

PRÁCTICA 10: El amplificador diferencial PRÁCTICA 11:Transistores MOSFET PRÁCTICA 12: El temporizador NE555 Modo monoestable Modo astable Oscilador VCO . L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I

PRÁCTICA 13: Introducción a los Amplificadores Operacionales (A.O.) Circuito comparador sin realimentación El A.O. con realimentación, amplificador inversor El A.O. con realimentación, amplificador no inversor Amplificador de ganancia variable El A.O. como sumador inversor/no inversor El A.O. como restador

PRÁCTICA 14: Circuitos de entretenimiento con el NE555 Temporizador de larga duración Circuito inversor de tensión

ÍNDICE 1

ÍNDICE 2


BIBLIOGRAFÍA “Enciclopedia de Electrónica Moderna” , Editorial ITP Paraninfo. Autor J.Mª Angulo . Angulo . Obra teórico práctica compuesta de 7 tomos que abarcan desde los principios básicos de la electricidad hasta los actuales sistemas digitales, microprocesadores y microcontroladores. Concretamente Concretamente el tomo 3 de la obra está dedicado exclusivamente exclusivamente a los transistores y semiconductores.

“Principios de Electrónica” , Editorial McGraw-Hill. Autor Malvino . Se trata de un excelente libro didáctico que presenta de forma rigurosa pero muy clara los principios de los semiconductores, semiconductores, diodos, transistores, amplificadores operacionales y aplicaciones. Contiene numerosos ejercicios.

RELACIÓN DE MA MATERIALES TERIALES En la fotografía de la figura de la portada del módulo 3 se muestran los materiales y herramientas necesarias para realizar todos los ejercicios y experimentos propuestos en el presente módulo. Se supone que el usuario dispone del entrenador “UNIVERSAL TRAINER” empleado como soporte para realizar todas las prácticas. • Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • Tester digital (se entrega en el módulo 2)

Resistencias 1 1 1 1 2 1 4 1 2 3 1 4 1 1 2 1 1

Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia Resistencia

Transistores de de de de de de de de de de de de de de de de de

Condensadores 1 1 3 2 2 3 1

de de de de de de de

27pF 47pF 1nF 10nF 100nF 10µ25V 100µF/25V

10 Ω,1/4W 100 Ω,1/4W 120 Ω,1/4W 150 Ω,1/4W 330 Ω,1/4W 470 Ω,1/4W 1K Ω,1/4W 2k2 Ω,1/4W 3k3 Ω,1/4W 3k9 Ω,1/4W 4k7 Ω,1/4W 10k Ω,1/4W 12k Ω,1/4W 47k Ω,1/4W 100k1/4W 560k Ω,1/4W 1M Ω,1/4W

2 1 2 1 1

Led rojo de 5 mm Led verde de 5 mm Diodos 1N4007 Foto diodo BPW40 Zener BZY5V6

Circuitos Integrados 1 Temporizador NE555 1 A.O. uA741

Varios 1 Bobina de 47 µH 1 Cristal de 4MHz 1 Altavoz de 8 Ω Cable rígido de conexión de 0.6mm

m o c . s e r o d a l o r t n o c o r c i m . w w w : t e n r e t n I • m o c . s e r o d a l o r t n o c o r c i m @ o f n i : l i a m e • 3 6 2 3 2 2 4 4 9 : x a F / . l e T • ) n i a p S ( o a b l i B 2 1 0 8 4 . a h c D º 8 9 3 , a h c n o C l a r e n e G

ELECTRÓNICA ANALÓGICA

PRÁCTICA 1– 1

PRÁCTICA 1: Comprobación de los transistores 1.1 Objetivos Analizar la estructura interna de los transistores bipolares, comprobando el estado interno de los mismos, tipo de transistor así como identificación de sus terminales.

1.2 Fundamentos teóricos básicos Existen dos tipos de transistores bipolares, el NPN y el PNP. En ambos se les puede considerar como la unión alternada de dos tipos de cristales semiconductores que dan origen a dos diodos en oposición. Sus electrodos reciben el nombre de emisor (E), base (B) y colector (C). Tal y como se muestra en la figura 1-1 el electrodo correspondiente a la base es común a los otros dos. La base es el único electrodo que, respecto a los otros dos, presenta el efecto diodo. Figura 1- 1. Sí mbol os y equivalencias elé ctricas de los t ransistor es NPN y PNP

1.3 Esquema electrónico Se empleará el tester en la posición de comprobación de diodos, tal y como muestra la figura 1-2. Cuando a un diodo se le polariza directamente, punta de prueba roja al ánodo y punta negra al cátodo, el instrumento mide la tensión de umbral, en torno a los 700-800 mV. En caso de polarización inversa, el instrumento indica el valor 1. Figura 1- 2. Posición para la comprobaci ón de diodos

1.4 Materiales necesarios • Entrenador "UNIVERSAL TRAINER" • Transistores BC547, BC557 y 2N3906 • 1 Resistencia de 10K Ω • 1 Resistencia de 1K Ω • Tester . L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I

1.5 Montaje práctico Los tres transistores se insertan en el módulo board del entrenador. Las patillas de los mismos se numeran arbitrariamente. Ver la fotografía de la figura 1-3. Figura 1- 3. Inserción y numeración de las patill as de los transistores

PRÁCTICA 1– 2


PRÁCTICA 1: Comprobación de los transistores 1.6 Desarrollo de la práctica a) Identificación dela base

La patilla correspondiente a la base es la que presenta efecto diodo respecto a las otras dos. Se recuerda que el efecto diodo consiste en colocar las puntas de prueba entre dos patillas de forma directa y luego inversa. En un caso el instrumento marca la tensión de umbral y en el otro no. El proceso se repite con las otras parejas de patillas. Aquella pata que presente diodo respecto a las otras dos, será la base. Si ésta no logra identificarse, el transistor se encuentra en mal estado. Completar la siguiente tabla. Transistor modelo

Indicar si hay diodo o no entre estas parejas 1-2 1-3 2-3

La base es:

BC547 BC557 2N3906

b) Tipo de transistor (NPN o PNP)

Cuando el tester se pone en la posición para comprobar diodos, las puntas de prueba proporcionan una tensión que se aplica al diodo bajo análisis. El polo + aparece en la punta de prueba roja y el - en la punta negra. Localizada la base de un transistor, basta con fijarse qué punta del tester está en contacto con dicha base cuando se le polariza directamente respecto a cualquiera de las otras dos patillas. Si es la roja, se tratará de un NPN ya que en ese momento a la base se le está haciendo positiva. En caso contrario se tratará de un transistor PNP. Completar la siguiente tabla indicando el tipo de transistor. Transistor modelo Tipo (NPN o PNP)

BC547

BC557

2N3906

c) Localización del emisor y el colector

Llegados a este punto, hemos localizado el electrodo correspondiente a la base, así como también hemos determinado si el transistor es de tipo NPN o PNP. Se trata ahora de localizar los electrodos correspondientes al emisor y al colector. Sabemos que para que un transistor conduzca es necesario polarizar directamente al diodo base-emisor, e inversamente al diodo base-colector. Para ello podemos probar con los circuitos de polarización mostrados en la figura 1-4. Figura 1- 4. Circuit os de polarización para determinar el emisor y el colector

La figura 1-4 a) muestra la polarización adecuada para un NPN en la que se supone que una patilla cualquiera es el colector y la otra el emisor. Se mide la tensión en R2 y se calcula su intensidad (IR2=VR2/R2). La figura 1-4 b) muestra el mismo circuito pero tomando como emisor al que antes se tomó como colector y viceversa. Se mide nuevamente la tensión en R2 y se calcula su intensidad. De las dos intensidades obtenidas, la que sea mayor, se corresponde con la adecuada elección de patillas y, las que se tomaron como colector y emisor, lo eran realmente. En esta situación, al estar el transistor correctamente polarizado, la corriente de colector es mayor. Las figuras 1-4 c) y 1-4 d) muestran la polarización adecuada para el caso de los transistores PNP.


PRÁCTICA 1– 3


PRÁCTICA 1: Comprobación de los transistores Realizar las oportunas medidas y completar la siguiente tabla donde se resume el tipo de transistor y las patillas de sus electrodos.

Transistor

Tipo (NPN-PNP) Nº1

Patillas Nº2

Nº3

BC547 BC557 2N3906

1.7 Trabajo personal 1.7 Trabajo personal

Algunos modelos de tester tienen posibilidad de comprobar el estado de los transistores al tiempo que miden la ganancia estática de los mismos. Para ello disponen en la ruleta de una posición indicada como hFE y de un zócalo para la inserción del transistor bajo prueba, tal y como muestra la figura 1-5. Figur a 1-5. Conector de inserción de los tr ansistores a comprobar

Cuando se desconoce el tipo de transistor y su patillaje, éste se va insertando según las diferentes posiciones representadas en el zócalo. Cuando se inserte de la forma correcta, el instrumento proporciona una lectura válida de la hFE del mismo. Automáticamente conoceremos si es NPN o PNP y la distribución de sus electrodos, dado que viene indicado en el propio zócalo. Ver la figura 1-6.


Figura 1- 6. Comprobando la hFEde un t ransistor

PRÁCTICA 1– 4


PRÁCTICA 1: Comprobación de los transistores Según lo explicado se propone realizar la comprobación de los transistores disponibles con la ayuda del tester. Completar la siguiente tabla con los resultados obtenidos y compararla con los obtenidos en el apartado 1.6. Transistor

Tipo (NPN-PNP) Nº1

Patillas Nº2

Nº3

BC547 BC557 2N3906

ANOTACIONES PERSONALES m o c . s e r o d a l o r t n o c o r c i m . w w w : t e n r e t n I • m o c . s e r o d a l o r t n o c o r c i m @ o f n i : l i a m e • 3 6 2 3 2 2 4 4 9 : x a F / . l e T • ) n i a p S ( o a b l i B 2 1 0 8 4 . a h c D º 8 9 3 , a h c n o C l a r e n e G

PRÁCTICA 2– 1


PRÁCTICA 2: Curva lB/lC de un transistor 2.1 Objetivos Comprobar experimentalmente cómo al variar ligeramente la corriente de entrada por la base del transistor, se produce una variación mayor en la corriente de salida por el colector.

2.2 Fundamentos teóricos básicos La característica principal de un transistor proviene de su principio de funcionamiento. Al variar ligeramente una pequeña intensidad de entrada por la base (IB), se obtiene una notable variación de la corriente de salida por el colector (IC). Esto se conoce como el efecto de amplificación de un transistor. La figura 2-1 muestra el esquema básico de polarización de un transistor NPN en configuración de emisor común. Se aprecia una intensidad de entrada a través de una resistencia de base RB y una intensidad de salida a través de una resistencia de carga RC. Figur a 2- 1. Polari zación básica de un transistor NPN

Al aplicar una tensión directa +VB el diodo base-emisor queda directamente polarizado. Toda la corriente sale del emisor (IE). Una pequeña parte va por la base (IB) y el resto circula por el colector (IC). Variaciones ligeras de IB provocan notables variaciones en IC.

2.3 Esquema electrónico La figura 2-2 muestra el esquema electrónico experimental que nos permitirá comprobar el efecto amplificador del transistor. Mediante P1 variamos la VB aplicada a la base, con lo que se varía la IB. Esta se puede calcular midiendo la tensión en la resistencia de base R1 (IB=VR1/R1). La intensidad de colector IC se puede calcular midiendo la tensión en R2 (I C=VR2/R2). Figura 2- 2. Esquema del circuito experiment al de polarización

2.4 Materiales necesarios

2.5 Montaje práctico . L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I

• Entrenador "UNIVERSAL TRAINER" • Transistores BC547 y BC557 • Resistencias de 1K y de 10K • Tester • Cables de conexión

Es el mostrado en la fotografía de la figura 2-3. El potenciómetro P1 de 100K está en el propio entrenador. El circuito se alimenta desde +V y GND. La tensión de +V hay que ajustarla a 15Vcc.

Figur a 2-3. Mont aje prácti co experimental para la polari zación de un transistor

PRÁCTICA 2– 2


PRÁCTICA 2: Curva lB/lC de un transistor 2.6 Desarrollo de la práctica Completar la siguiente tabla. Midiendo en bornes de RB, VRB se va ajustando a los valores indicados (0, 0.05, 0.1, etc.), al tiempo que se mide y anota la tensión VRC. La IB se calcula según IB=VRB/RB e IC según IC=VRC/RC. Anotar también ambas intensidades para cada VRB de la tabla y pasarlas luego a la gráfica de la figura 2-4 que relaciona la IB con la IC VRB

0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

VRC IB IC

Figura 2- 4. Relación de IB e IC del t ransistor BC547

2.7 Trabajo personal

En esta ocasión se emplea el transistor PNP modelo BC557. El circuito experimental de polarización que permite obtener la relación entre IB e IC se muestra en la figura 2-5. Se trata de completar la tabla siguiente y realizar la gráfica de la figura 2-6. Figura 2- 5. Circuit o para la polarización de un transistor PNP.

V RB

0

0.05

0.10

V RC IB IC

Figura 2- 6. Grá fi ca de relaci ón IB e IC en un t ransistor PNP

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40


PRÁCTICA 3– 1


PRÁCTICA 3: Polarización del Transistor 3.1 Objetivos Estudiar, analizar y medir los valores de un circuito práctico de polarización de un transistor, de forma que se pueda determinar el punto de trabajo basado en la IC y la VCE.

3.2 Fundamentos teóricos básicos La polarización de un transistor determina el punto de trabajo en el que se encuentra. La figura 3-1 muestra el circuito clásico de polarización. Mediante las resistencias RB1 y RB2 se obtiene la tensión directa VBE con la que se polariza el transistor. RC representa la resistencia de carga y RE la resistencia de estabilización térmica.

Figura 3- 1. Circuit o t í pico de pol arizaci ón de un t ransistor NPN.

Los cálculos que permiten obtener todas las tensiones e intensidades del circuito se realizan a partir de las siguientes fórmulas elementales: RB2 _________ VB = x VCC; RB1 +RB2 VRB2 =VB ;

VE =VB - VBE;

VRB1 =VCC - VRB2 ;

VE IE = _____ ; IC IE ; RE ≈

VRC =IC x RC ;

VC =VCC - (IC x RC);

VRE =VE

3.3 Esquema electrónico La figura 3-2 muestra un circuito práctico de polarización. Se basa en un transistor NPN alimentado con una tensión de 9 Vcc y unas resistencias cuyo valor viene indicado. Figur a 3- 2. Circuit o práctico de polari zación

3.4 Materiales necesarios • Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • Transistor BC547 y 2N3906 • Resistencias de 10K, 2.2K, 4.7K y 1K • Cables de conexión • Tester . L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I

3.5 Montaje práctico Se muestra en la fotografía de la figura 3-3. La tensión de alimentación se obtiene de +V del entrenador, que debe ser ajustada previamente a +9Vcc. Figura 3- 3. Montaje de un circuit o tí pico de polarización

VCE =VC - VE

PRÁCTICA 3– 2


PRÁCTICA 3: Polarización del Transistor 3.6 Desarrollo de la práctica Según las fórmulas anteriores, se trata de realizar los cálculos teóricos del circuito anterior, para luego realizar las medidas prácticas con el tester y compararlas. Las tensiones se miden con respecto a masa o bien en bornes del componente. Completar la siguiente tabla. MEDIDAS TEÓRICA PRÁCTICA

VB

VE

IE

IC

VC

VCE

VRB2

VRB1

VRC

VRE

3.7 Trabajo personal En la figura 3-4 se muestran dos circuitos para la polarización clásica de un transistor PNP. El circuito a) emplea alimentación negativa de -9V respecto a GND que se obtiene, previo ajuste, desde -V del entrenador. El circuito b) emplea alimentación positiva de +9V respecto a GND. Se trata de hacer los cálculos y medidas oportunas para completar las tablas adjuntas. En el caso del circuito a) las tensiones se miden respecto a GND o en bornes del componente, en el circuito b) se mide respecto a +V o en bornes del componente.

Figura 3- 4. Polari zaciones de un PNP con alimentaci ón negativa o posit iva

Alimentación negativa MEDIDAS TEÓRICA PRÁCTICA

VB

VE

IE

IC

VC

VCE

VRB2

VRB1

VRC

VRE

VE

IE

IC

VC

VCE

VRB2

VRB1

VRC

VRE

Alimentación positiva MEDIDAS TEÓRICA PRÁCTICA

VB

ANOTACIONES PERSONALES


PRÁCTICA 4– 1


PRÁCTICA 4: Efecto amplificador y recta de carga 4.1 Objetivos Calcular la amplificación de corriente de un transistor así como determinar el punto Q de trabajo dentro de la recta de carga.

4.2 Fundamentos teóricos básicos Al aumentar la corriente de entrada por la base IB, se aumenta la corriente de salida por el colector IC. La relación ß=IC/IB permite conocer la amplificación de corriente (ß). El factor ß de amplificación es uno de los parámetros que suele indicar el fabricante del transistor. Figura 4- 1. Transistor con resistencia de carga

Figura 4- 2. Recta de carga

Por otra parte, la recta de carga es una gráfica que representa todos los posibles puntos de trabajo de un transistor alimentado con una tensión y una resistencia de carga determinada. La recta siempre parte del llamado "punto de corte" y termina en el llamado "punto de saturación". El punto de corte queda definido cuando el transitor está bloqueado y por tanto IC=0 y VCE=VCC. La saturación se define cuando el transistor deja pasar el máximo de intensidad, VCE=0V e IC=VCC/RC. La figura 4-1 representa un transistor alimentado mediante una resistencia de carga de 100Ω con una tensión de 9V. La figura 4-2 representa la recta de carga con los puntos de corte y saturación. Todo el tramo de la recta representa los posibles puntos Q de trabajo.

4.3 Esquema electrónico La figura 4-3 muestra el esquema eléctrico empleado para los experimentos que nos permitan establecer el factor de amplificación ß así como los puntos Q dentro de la recta de carga, para diferentes condiciones de trabajo del transistor.


4.4 Materiales necesarios • Entrenador "UNIVERSAL TRAINER" • Transistor BC547 • Diodo led • Resistencias de 12K y de 1K • Cables de conexión • Tester

Figura 4-3. Circuito experimental

PRÁCTICA 4– 2


PRÁCTICA 4: Efecto amplificador y recta de carga 4.5 Montaje práctico Figur a 4- 4. Mont aje práctico del circuito experimental

Se muestra en la fotografía de la figura 4-4. El potenciómetro R1 se encuentra en el propio entrenador. La alimentación del circuito es de +9Vcc que se cogen, previo ajuste, desde el punto +V.

4.6 Desarrollo de la práctica El brillo del diodo led permitirá deducir un menor o mayor paso de corriente IC a su través. Se miden las tensiones oportunas. La intensidad IB se calcula mediante IB=VRB/RB y la intensidad IC=VRC/RC. El factor de amplificación se calcula ß=IC/IB. Completar la siguiente tabla. Nº Paso 1 2 3 4

Luminosidad del led

VCE

Valor medido VBE VRB

Valor calculado VRC IC IB

ß

APAGADO MINIMA MEDIA MAXIMA

4.7 Trabajo personal Calcular y dibujar sobre la gráfica de la figura 4-5 la recta de carga del circuito. El punto de trabajo Q se define como la relación entre IC y VCE. A la vista de los resultados anotados en la tabla anterior, dibujar los puntos de trabajo en que se encontraba el transistor cuando se hicieron las medidas de los pasos 3 y 4.

Figura 4- 5. Recta de carga y punt os de trabajo del circuito experimental



PRÁCTICA 5– 1


PRÁCTICA 5: El Transistor en conmutación 5.1 Objetivos Presentar un estado del transistor en el que trabaja en uno de los dos extremos de la recta de carga, el punto de corte o el punto de saturación, descartándose los infinitos puntos de trabajo que define dicha recta de carga. Los transistores empleados en los dispositivos digitales trabajan en estado de conmutación, bloqueados o conduciendo.

5.3 Esquema electrónico

5.2 Fundamentos teóricos básicos Cuando el transistor trabaja en conmutación, se le puede considerar como un interruptor. En el punto de corte está bloqueado y no deja pasar corriente (interruptor abierto). En el punto de saturación pasa toda la corriente que precise la carga (interruptor cerrado). Para trabajar en el punto de corte, basta con no polarizar la base y así, IB=IC=0. En estas condiciones VCE será máxima y en la carga no se entrega tensión. El punto de saturación se consigue aplicando una tensión en la base de forma que IB sea grande, IC lo sea más y la tensión VCE sea mínima pues casi toda la tensión se entrega a la carga.

Figura 5- 1. Transistor en conmutación

La figura 5-1 muestra el esquema de un transistor cuya polarización está calculada para que trabaje en conmutación. Cuando la entrada Vin no se conecta o se conecta a 0V, la base del transistor queda sin polarización, éste se bloquea y, no presenta corriente IC de salida. Si por el contrario Vin se conecta a una tensión de unos +5Vcc, el transistor queda polarizado, aparece una IC de salida y toda la tensión se aplica a la resistencia de carga RC.


5.5 Montaje práctico

• Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • Transistor BC547 • Resistencia de 47K y de 470 • Diodo LED • Cables de conexión • Tester . L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I

Se muestra en la fotografía de la figura 5-2. El circuito se alimenta con una Vcc de +9V que se obtiene, previo ajuste, desde el punto +V del entrenador. La tensión de entrada al circuito Vin se aplica, mediante un cable, conectado o bien a GND (Vin=0V) o bien a +5Vcc (Vin=+5V). Se supone que la ß del transistor BC547 es de 250. Figur a 5- 2. Mont aje práctico

PRÁCTICA 5– 2


PRÁCTICA 5: El Transistor en conmutación 5.6 Desarrollo de la práctica 1.- Conectando la entrada Vin con GND realizar las siguientes medidas y anotarlas en la tabla adjunta, junto con los cálculos realizados. Sobre la gráfica de la figura 5-3 dibujar la recta de carga e indicar el punto Q de trabajo del transistor en este momento. PARÁMETRO IC IB VBE VCE VRB VRC PARÁMETRO IC IB VBE VCE VRB VRC

TEÓRICO

PRÁCTICO

Figur a 5-3. Transistor sin polar ización

TEÓRICO

2.- Conectar la entrada Vin con +5Vcc realizar las siguientes medidas y anotarlas en la tabla adjunta, junto con los cálculos realizados. Sobre la gráfica de la figura 5-4 dibujar la recta de carga e indicar el punto Q de trabajo del transistor en este momento.

PRÁCTICO

Figura 5- 4. Transistor polarizado

5.7 Trabajo personal Se desea gobernar una carga tipo LED. Los datos del fabricante indican que la tensión VAK debe ser de 1.5V y el consumo de 20mA. El circuito, mostrado en la figura 5-5, se alimenta con +9Vcc siendo la tensión de entrada Vin de +5Vcc. Se emplea el transistor BC547 cuya ß=250. Se pide calcular el valor de las resistencias RB y RC y montar el circuito con el valor más aproximado disponible. Anotar en la tabla los valores que se piden y dibujar sobre la gráfica de la figura 5-6 la recta de carga y el punto Q de trabajo.

Figura 5- 5. Circuit o para el control de una carga tipo LED

PARÁMETRO IC IB VBE VCE VRB VRC

TEÓRICO

PRÁCTICO

Figura 5- 6. Recta de carga y punt o Q para el circuit o de control de un LED



PRÁCTICA 6– 1

PRÁCTICA 6: Amplificadores de B.F. 6.1 Objetivos Mostrar prácticamente el efecto amplificador de un transistor debidamente polarizado al que se somete a una señal alterna de entrada. Calcular la amplificación de la señal de salida respecto a la de entrada.

6.2 Fundamentos teóricos básicos En prácticas anteriores se estudió la polarización de un transistor de forma que trabajase en un punto de la recta de carga. A este punto se le llama punto Q y representa el punto de reposo. Cuando al circuito de polarización se le añade además una señal alterna, ésta produce variaciones de polarización en la entrada con lo que se provoca variaciones de la intensidad que circula por el transistor. A su salida aparece una señal igual que la de entrada pero de mayor amplitud.

6.3 Esquema electrónico La figura 6-1 muestra el esquema de una etapa amplificadora con un transistor en montaje de emisor común. Es la configuración más típica.

Figura 6- 1. Etapa ampl if icadora en emisor común


• Entrenador “UNIVERSAL TRAINER” • Transistores BC547(2), BC557 • Diodo 1N4007 • Resistencias 10K(3), 2K2, 3K3, 560K, 1K(2) y 120Ω • 3 Condensadores de 10µF • Cables de conexión • Tester y osciloscopio



Se muestra en la figura 6-2. El circuito se alimenta con +10Vcc que se ajustan desde el punto +V y el transistor está polarizado mediante divisor de tensión. Los condensadores C1-C3 son condensadores de bloqueo para la continua. El generador de funciones del entrenador proporciona una señal alterna que debe ajustarse a unos 10KHz. Esta señal se atenúa mediante el potenciómetro P1 del propio entrenador.

Figura 6- 2. Mont aje práctico de un ampli ficador en emisor común

PRÁCTICA 6– 2


PRÁCTICA 6: Amplificadores de B.F. 6.6 Desarrollo de la práctica En primer lugar el circuito va a trabajar en reposo, es decir, sin señal. Para ello desconectamos la salida del generador con el potenciómetro P1. En estas condiciones hacemos los cálculos teóricos y medidas oportunas para completar la siguiente tabla. En la gráfica de la figura 6-3 dibujamos la recta de carga y el punto Q de trabajo en reposo.

MEDIDAS

VB

VE

IE

IC

VC

VCE

VRB2

VRB1

VRC

VRE

TEÓRICA PRÁCTICA

Figura 6- 3. Recta de carga y punt o de trabajo en reposo.

A continuación, con ayuda de un osciloscopio ajustamos el generador a una frecuencia senoidal de unos 10KHz que aplicamos al circuito a través de P1. El canal 1 se conecta al punto de entrada y el canal 2 al de salida. Mediante P1 ajustamos la señal de entrada a una amplitud de unos 20mVef. Atenuamos así dicha señal para que no provoque distorsión en la señal de salida. Medir y anotar la tensión de las señal de entrada Vin así como la de salida (Vout). Calcular la amplificación según la fórmula A=Vout/Vin. Vin=_____________; Vout=______________; A=_______________ La señal de salida está desfasada en 180º respecto a la señal de entrada, tal y como se muestra en el oscilograma de la figura 6-4.

Figura 6- 4. Relación de fase entr e la señ al de salida y l a de entrada

Mover ahora el potenciómetro P1 con objeto de aumentar la amplitud de la señal de entrada. En un momento dado se observa que la señal de salida deja de ser senoidal y empieza a deformarse. Los picos de uno de los dos semiciclos o de ambos se van recortando (distorsión). Anotar el valor de las señales de entrada (Vin) y de salida (Vout) justo en ese instante. Vin=_____________; Vout=_____________


PRÁCTICA 6- 3


PRÁCTICA 6: Amplificadores de B.F. 6.7 Trabajo personal 6.7.1 Amplificador en base común

La figura 6-5 muestra una etapa amplificadora en montaje de base común. La señal de entrada Vin se aplica entre base y emisor y la de salida se obtiene entre base y colector. Montar el circuito

Figura 6- 5. Amplif icador en base común

Desconectar la salida del generador de la entrada Vin del circuito bajo prueba. Trabajamos sin señal, en reposo. En estas condiciones hacer los cálculos y medidas necesarias para completar la siguiente tabla. Sobre la gráfica de la figura 6-6 trazar la recta de carga e indicar el punto de trabajo en reposo. MEDIDAS

VB

VE

IE

IC

VC

VCE

VRB2

VRB1

VRC

VRE

TEÓRICA PRÁCTICA

Figura 6- 6. Recta de carga del ci rcuito en base común

Conectar la salida del generador con la entrada Vin del circuito. El canal 1 del osciloscopio mide la señal de entrada Vin y el canal 2 la señal de salida Vout. Anotar el valor de ambas señales y calcular la amplificación. Se puede observar que en este tipo de amplificador, la señal de salida está en fase con la de entrada. Vin=______________ ; Vout=________________ ; A=_______________ 6.7.2 Amplificador en colector común

La figura 6-7 muestra el esquema de una etapa amplificadora en montaje de colector común. Este tipo de amplificador se emplea para amplificar corriente, no amplitud. . L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I

Figura 6- 7. Etapa ampl if icadora en mont aje de colector común

Desconectar la señal del generador de la entrada Vin del circuito. Se trabaja en reposo, sin señal. En estas condiciones calcular, medir y anotar los valores propuestos en la siguiente tabla. Sobre la gráfica de la figura 6-8 trazar la recta de carga y dibujar el punto Q de trabajo.

PRÁCTICA 6- 4


PRÁCTICA 6: Amplificadores de B.F. MEDIDAS TEÓRICA PRÁCTICA

VB

VE

IE

IC

VC

VCE

VRB2

VRB1

VRC

VRE

Figura 6- 8. Recta de carga de una etapa amplif icadora en colector común

Conectar la señal del generador a la entrada Vin del circuito. La sonda del canal 1 del osciloscopio conectarla en Vin, la sonda del canal 2 conectarla en Vout. Medir y anotar ambas señales y calcular la amplificación. Vin=______________; Vout =______________; A=______________

6.7.3 El Push-Pull

Se trata de una etapa amplificadora formada por dos transistores complementarios trabajando en colector común. Ambos transistores trabajan en la zona próxima al punto de corte de la recta de carga. Se polarizan con la propia señal de entrada a amplificar y que se supone procede de una etapa amplificadora previa. Cada transistor se especializa en amplificar uno de los semiciclos de la señal, el NPN amplifica el positivo y el PNP el negativo. Entre ambos se obtiene una señal que si bien no es amplificada en amplitud, si lo es en potencia. Montar el circuito de la figura 6-9.

A la vista de las medidas realizadas se puede concluir que un montaje en colector común no amplifica la amplitud de la señal, pero si la potencia o intensidad de la misma. De igual forma se puede comprobar que la señal de salida está en fase con la de entrada.

Consiste en una etapa amplificadora previa similar a la del circuito de la figura 6-1. Se encarga de amplificar la débil señal de entrada procedente del generador del entrenador. La señal amplificada se aplica a la etapa de potencia en push-pull que la amplifica en potencia.

Figur a 6- 9. Etapa de salida en Push- Pull

Con ayuda del osciloscopio ajustar la señal de entrada en el punto A del circuito a una tensión de unos 80mVpp y unos 2KHz de frecuencia. Medir la señal presente en el punto B y que corresponde a la señal de salida de la etapa pre-amplificadora. Observar que hay una fuerte amplificación de tensión. Medir ahora la señal de salida en el punto C. Se nota que la amplitud es incluso menor que en el punto B. No se amplifica la tensión pero sí la intensidad. También se nota una ligera distorsión en la señal de salida, tal y como se muestra en la figura 6-10, se conoce como “di storsión de cruce”. Figur a 6- 10. La distorsión de cruce



PRÁCTICA 7– 1

PRÁCTICA 7: Circuitos osciladores 7.1 Objetivos Demostrar experimentalmente el funcionamiento de los circuitos osciladores capaces de entregar una señal alterna a su salida, a partir de una tensión continua de alimentación.

7.2 Fundamentos teóricos básicos Cuando un circuito LC formado por una bobina y un condensador conectados en paralelo, recibe un impulso de tensión, el sistema responde con una serie de vibraciones/oscilaciones a una frecuencia conocida como frecuencia de resonancia (FO). De todas formas el sistema no es estable y, debido a corrientes de fugas, tolerancias, y pérdidas en general, las oscilaciones se atenúan hasta desaparecer. Un nuevo pulso aplicado al circuito hace que el proceso se repita. Un oscilador no es más que una etapa amplificadora en la que parte de la señal de salida se envía a la entrada formando una realimentación constante. De esta forma se evita que la señal presente en el circuito LC se atenúe.

7.3 Esquema electrónico La figura 7-1 presenta el esquema de un circuito LC que, a través de un transistor, recibe periódicamente un pulso de tensión que le obliga a iniciar un nuevo periodo de oscilaciones. Se pretende observar la atenuación de las mismas hasta la llegada de un nuevo pulso de tensión. Figura 7- 1. Circuito LCexperimental


• Entrenador "UNIVERSAL TRAINER" • Transistor BC547 • Resistencias: 150, 1K, 2K2, 3K9(3), 4K7,10K, 100K, 1M, • Condensadores: 1n(3), 10n(2), 47p, 27p • Bobina de 47µH • Cristal de cuarzo de 4MHz • Tester /Osciloscopio • Cables de conexión



Se muestra en la fotografía de la figura 7-2. El circuito se alimenta con +10Vcc que, tras el ajuste, se obtiene desde el punto +V del entrenador. Vin se conectará con la salida de onda cuadrada del generador de funciones. Figur a 7- 2. Mont aje prácti co del circuit o LC experimental

7.6 Desarrollo de la práctica En primer lugar se ajusta, con ayuda del osciloscopio, la señal de onda cuadrada del generador de funciones a una frecuencia de unos 2KHz. El canal 1 del mismo se conecta con la entrada Vin del circuito, el canal 2 con la salida Vout. La pantalla del instrumento nos debe mostrar unos oscilogramas similares a los que se presentan en la figura 7-3.

PRÁCTICA 7– 2


PRÁCTICA 7: Circuitos osciladores Cuando la señal de onda cuadrada presente en Vin está sin tensión, el transistor queda bloqueado por lo que su tensión en el colector es elevada. El circuito LC recibe un impulso que lo hace oscilar. Cuando llega por Vin el semiciclo con tensión, el transistor se polariza y se satura. En su colector desaparece la tensión. El circuito LC sigue oscilando hasta atenuarse. El proceso se repite cuando el transistor se bloquee nuevamente. Figura 7- 3. Oscilogramas del ci rcuit o LCexperiment al.

7.7 Trabajo personal Oscilador Colpitts

El circuito de la figura 7-4 muestra un oscilador tipo Colpitts. El circuito LC está formado por L1 y C1-C2. La señal de salida Vout presente en el colector del transistor Q1 se realimenta y se aplica al circuito LC. De esta forma la oscilación es constante. La frecuencia de resonancia se calcula según: 0.159 (C1 x C2) Fo = ________ , donde…C = _________ LC (C1 +C2) Figura 7- 4. Oscilador Colpit t s

Montar el circuito de la figura anterior. Calcular, medir y anotar la F0 tanto teórica como práctica FO Teórica=___________; FO Práctica =____________

Cambiar el condensador C2 de 10n por otro de 1n y volver a repetir los cálculos y medidas anteriores. FO Teórica=___________; FO Práctica =____________ Oscilador de cristal de cuarzo

La bobina se sustituye por un cristal de cuarzo. Este tiene la propiedad de producir el mismo efecto de vibración y genera oscilaciones a la frecuencia de resonancia para la que está construido. Tiene una mayor precisión que la bobina por lo que la frecuencia generada es mucho más exacta. Montar el circuito de la figura 7-5 y medir la frecuencia en Vout. FO Práctica =____________

Figura 7-5. Oscilador por cristal de cuarzo

Oscilador por desplazamiento de fase

El Esquema se representa en la figura 7-6. Su funcionamiento se basa en las células RC conectadas en serie y que parten desde el colector. Cada célula se calcula para que a una determinada frecuencia produzca un desfase de 60º . Son tres células en serie formadas por 3 condensadores de 1n y 3 resistencias de 3K9. Realimentan a la base la señal de salida por el colector desfasada 180º. Montar el circuito y medir su frecuencia.

Figura 7- 6. Oscilador por desplazamiento de fase

FO Práctica =____________

1 Ésta se puede calcular mediante: Fo = ____________ 19 x R5 x C1



PRÁCTICA 8– 1

PRÁCTICA 8: Circuitos multivibradores 8.1 Objetivos

Explicar y comprobar prácticamente el funcionamiento de los diferentes tipos de circuitos multivibradores más utilizados.

8.2 Fundamentos teóricos básicos Un multivibrador es un circuito que presenta dos estados de conducción o bloqueo en los transistores que lo forman. Dichos estados pueden ser estables o inestables (astables). Existen cuatro tipos básicos de multivibradores: a) Multivibrador biestable (flip-flop): Es un circuito compuesto de dos transitores que trabajan en conmutación. La conducción de uno de ellos provoca el bloqueo del otro. La situación de conducción/bloqueo se consigue mediante dos señales externas, una por cada transistor, y se mantiene estable hasta que no se aplique la señal externa correspondiente. b) Multivibrador inestable: Es un circuito similar al anterior. La diferencia estriba en que la situación de conducción/bloqueo para cada transistor no depende de señales externas sino que se produce de forma periódica y constante a una determinada frecuencia. c) Multivibrador monoestable: Es un circuito en cuya salida sólo hay un estado que se mantiene estable durante un cierto periodo de tiempo. e) Multivibrador de disparo o Trigger de Schmitt: Presenta a su salida un estado estable siempre que a la entrada se alcance una determinada tensión llamada tensión de disparo.

8.3 Esquema electrónico El la figura 8-1 se muestra el esquema de un multivibrador biestable o flip-flop. Consta de dos transistores y unas resistencias de polarización. Las salidas de los transistores se han conectado con sendos diodos leds que visualizan los dos estados posibles de cada transistor. Cuando el punto A se conecta durante un breve instante de tiempo con masa, Q1 queda bloqueado, D1 se apaga, su tensión de colector sube y polariza a la base de Q2. Este conduce y D2 se ilumina, la tensión de colector cae a 0V y por tanto la base de Q1 queda sin polaridad con lo que se mantiene bloqueado. Este estado se mantiene indefinidamente hasta que se aplique GND por el punto B durante un breve espacio de tiempo. El proceso se repite pero ahora es Q2 quien está bloqueado. Figura 8- 1. Mult ivibrador biestable


8.4 Materiales necesarios • Entrenador "UNIVERSAL TRAINER" • Transistores BC547 (2) • Diodos led (2), fotodiodo BPW40 • Resistencias: 10Ω, 330Ω(2), 1K, 3K3(2), 10K(2), 100K(2) • Condensadores 100µF, 10µF(2),10n(2) • Cables de conexión • Tester y/o osciloscopio

PRÁCTICA 8– 2


PRÁCTICA 8: Circuitos multivibradores 8.5 Montaje práctico La fotografía de la figura 8-2 muestra el montaje práctico del multivibrador biestable. El circuito se alimenta con +5Vcc desde el entrenador. Los leds D1 y D2 reflejan el estado de los transistores Q1 y Q2. Mediante un cable conectado a GND (C) se aplica señal externa por los puntos A o B.

Figura 8- 2. Montaj e del multi vibrador biestable

8.6 Desarrollo de la práctica Una vez montado el circuito vamos a proceder al análisis del estado de los dos transistores. Empezamos tocando el punto A con GND durante un breve espacio de tiempo. Completar la siguiente tabla realizando las medidas oportunas. Transistor

VBE

VCE

VRC

IC

D1 (ON/OFF)

D2 (ON/OFF

Estado (ON/OFF)

Q1 Q2

Tocar el punto B con GND durante un breve espacio de tiempo. En estas condiciones hacer las medidas oportunas y completar la siguiente tabla. Transistor

VBE

VCE

VRC

IC

Q1 Q2

8.7 Trabajo personal Consiste en montar y experimentar con el resto de circuitos multivibradores. Multivibrador inestable

Su esquema es el mostrado en la figura 8-3. El funcionamiento es similar al multivibrador biestable en cuanto a que los transistores conducen alternadamente de forma que la conducción de uno produce el bloque del otro. La diferencia de este circuito con el anterior estriba en que no es necesaria ninguna señal externa para cambiar el estado de estos transistores. Esta señal se genera automática y periódicamente mediante un circuito RC. Figura 8- 3. Mult ivibrador inestable

D1 (ON/OFF)

D2 (ON/OFF

Estado (ON/OFF)



PRÁCTICA 8– 3

PRÁCTICA 8: Circuitos multivibradores Supongamos que inicialmente Q1 conduce, D1 está iluminado. La corriente de base de Q1 va cargando a C2 hasta que adquiere una tensión negativa que aplicada a la propia base de Q1 produce su auto-bloqueo. Al mismo tiempo C1 se va descargando a través de R4. Cuando se vacíe completamente la base de Q2 quedará polarizada. En este momento Q1 se bloquea y Q2 conduce iluminando D2. La corriente de base de Q2 carga ahora a C1 hasta que Q2 se auto-bloquea. Al mismo tiempo C2 se descarga a través de R3. Llega un instante en que Q1 vuelve a conducir y Q2 a bloquearse. El ciclo se repite nueva y constantemente. El tiempo de bloqueo de Q1 depende de R3*C2 y el de Q2 depende de R4*C1. La frecuencia de salida en forma de onda cuadrada presente en cualquiera de los dos colectores se calcula según: 1 F = ____________ . Donde R y C es la pareja R3-C2 o R4-C1 1.4 (R x C) Calcular la frecuencia que genera el circuito, comprobarla y anotarla. F=______________ Sustituir los condensadores C1 y C2 por otros de 10nF. Calcular la nueva frecuencia, comprobarla y anotarla. F=________________

La figura 8-4 muestra los oscilogramas que relacionan la señal de base y de colector de cualquiera de los transistores. El canal 1 está conectado en la base y el canal 2 en el correspondiente colector.

Figura 8- 4. Relación de las señ ales de base y colect or

Cuando la base es negativa (condensador cargado) el transistor está bloqueado (tensión de colector alta). Cuando el condensador se descarga (rampa ascendente en la base) el transistor conduce (tensión baja en el colector). . L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I

La figura 8-5 muestra la relación de señales en los colectores de ambos transistores.

Figura 8- 5. Relación de señ ales en ambos colect ores

Cuando Q1 conduce (tensión baja en su colector), Q2 permanece bloqueado (tensión alta en su colector) y viceversa. En ambos colectores aparecen señales de onda cuadrada de igual frecuencia pero desfasadas 180º entre sí.

PRÁCTICA 8– 4


PRÁCTICA 8: Circuitos multivibradores Multivibrador monoestable

También llamado multivibrador de disparo único. Cuando se le aplica una señal de entrada o disparo su salida cambia de estado y se mantiene así durante un cierto tiempo, volviendo luego al estado inicial de reposo. La figura 8-6 muestra el esquema de un monoestable. Figura 8- 6. Mult ivibrador monoestable

El circuito presenta inicialmente un estado estable. Q2 está polarizado mediante R3 con lo cual conduce e ilumina D2. Su tensión de colector es baja por lo que Q1 queda bloqueado. La corriente de base de Q2 hace que C1 se cargue a través de R1. Cuando la señal de entrada de disparo se conecta a GND durante un breve espacio de tiempo, Q2 se bloquea y D2 se apaga. La elevada tensión en su colector polariza la base de Q1 que conduce y hace iluminar a D1. La tensión que adquirió C1 polariza negativamente a la base de Q2 que lo mantiene bloqueado hasta que C1 se descarga a través de R3. En ese momento Q2 vuelve a conducir y el circuito vuelve a estar en la situación inicial. El estado de bloqueo de Q2 es un estado inestable que dura el tiempo que tarda C1 en descargarse a través de R3. Dicho tiempo se calcula mediante: T=0.7*R*C. Calcular, comprobar y anotar el tiempo que Q2 se mantiene bloqueado. T=________________ Cambiar C1 de 10µF por otro de 100µF. Aplicar una breve señal de disparo (conectándola a GND). Calcular, comprobar y anotar el tiempo que ahora Q2 se mantiene bloqueado. T=________________ Multivibrador de disparo

Este circuito también es conocido con el nombre de “Trigger de Schmit t" . Su salida se mantiene en un estado siempre que la señal de entrada alcance un determinado valor. Por debajo de dicho valor, la salida pasa al estado contrario. Su esquema se muestra en la figura 8-7. Hemos empleado un fotodio BPW40 (D1) que, polarizado inversamente, deja pasar una intensidad proporcional a la luz que incide sobre él. Este diodo polariza a Q1. Cuando recibe luz su tensión en bornes disminuye con lo que la base de Q1 queda sin polarizar y el transistor se bloquea. Su alta tensión de colector polariza a Q2 que conduce y el led D2 se ilumina. Si evitamos que incida luz sobre D1, aumenta la tensión en sus Si evitamos que incida luz sobre D1, aumenta la tensión en sus bornes polarizando a Q1 que se pone a conducir. Su tensión en colector será mínima obligando al bloqueo de Q2. El led D2 se apagará. En otras palabras, cuando no hay una tensión de entrada suficiente (incide luz sobre el fotodiodo), la salida de Q2 queda en un estado estable. Cuando aparece una tensión suficiente en la base de Q1 (fotodiodo a oscuras), la salida en Q2 cambia de estado. El potenciómetro P1 permite regular el umbral de luz necesario para provocar los cambios de estado en la salida de Q2. Una vez montado el circuito y comprobado su funcionamiento, proceder a realizar las siguientes medidas anotándolas en la tabla adjunta. BPW40 ILUMINADO A OSCURAS

VB1

VC1

IV1

VB2

VC2

IC2



PRÁCTICA 9– 1

PRÁCTICA 9: Circuitos básicos de estabilización 9.1 Objetivos Mostrar el funcionamiento de los circuitos encargados de suministrar una tensión continua de alimentación, estabilizada.

9.2 Fundamentos teóricos básicos La mayor parte de circuitos electrónicos necesitan de una tensión de alimentación continua para su funcionamiento. Esta se obtiene mediante una Fuente de Alimentación (FA) que se encarga de rectificar y filtrar la tensión alterna. Sin embargo, la tensión continua que la FA suministra a la carga está sujeta a una serie de variaciones: a) Si la alterna de entrada aumenta, también lo hace la continua de salida. Esto puede dañar a la carga o circuito que tratamos de alimentar. b) Si el consumo de la carga aumenta, la tensión continua que suministra la FA tiende a bajar con lo que el funcionamiento del circuito alimentado puede ser defectuoso. Los circuitos de estabilización, también llamados de regulación, pretenden resolver estos dos problemas de forma que, tanto si la alterna de entrada aumenta como si aumenta el consumo de la carga, la tensión de salida que se aplica a la carga se mantenga constante.

9.3 Esquema electrónico El esquema de la figura 9-1 consiste en un circuito básico de estabilización. Nos permite analizar el efecto regulador tanto cuando la tensión continua de entrada sube como cuando aumenta el consumo, de forma que en la carga la tensión continua se mantenga constante.

9.4 Materiales necesarios • Entrenador "UNIVERSAL TRAINER" • Transistor BC547(2) • Diodo zener de 5.6V BZY5V6 • Resistencias 330Ω(2), 1K Ω(2) • Cables de conexión • Tester


Figura 9-1. Circuit o bá sico de estabilización

9.5 Montaje práctico Se muestra en la fotografía de la figura 9-2. El circuito se basa en las propiedades del diodo zener que, como es sabido, cuando se le polariza inversamente y se supera su tensión de zener (Vz), la tensión en sus bornes Vz es constante, independientemente de la intensidad que circule a su través.

Figura 9- 2. Mont aje prácti co de un ci rcuit o de regulación elemental

PRÁCTICA 9– 2


PRÁCTICA 9: Circuitos básicos de estabilización La resistencia RL junto con el potenciómetro P1 del entrenador simulan la carga que se desea alimentar. Moviendo P1 de un extremo a otro se varía la resistencia de la carga y con ello se simulan variaciones en el consumo de la misma. El circuito se alimenta desde el punto +V del entrenador. Podemos aplicar una tensión continua variable para simular aumentos de la tensión de entrada. Cuando la tensión de entrada supera la del zener (Vz=5.6V) la tensión aplicada a la carga, en bornes del mismo (5.6V), debe mantenerse constante varíe la de entrada o el consumo.

9.6 Desarrollo de la práctica Completar la siguiente tabla realizando las medidas y cálculos oportunos. Variando +V se simula un aumento de la tensión continua de entrada (3,5,7..). Moviendo P1 de un extremo al otro se varía la resistencia de carga y con ello se simula variaciones en el consumo de la carga. V.ENTRADA Tope Izdo.

3

5

7

9

11

13

15

VRL IRL

de P1

VZ Tope Dcho. de P1

VRL IRL VZ

9.7 Trabajo personal Se presentan una serie de circuitos de regulación más sofisticados. El usuario debe montarlos y realizar los análisis oportunos con objeto de experimentar el efecto de estabilización. Circuito de estabilización serie con transistor

Su esquema se muestra en la figura 9-3. El regulador lo forma el transistor Q1 que está en serie con la carga a alimentar. Este transistor absorbe entre colector-emisor más o menos tensión según sea necesario. La base del transistor recibe una tensión fija de referencia de 5.6V suministrada por el diodo zener D1. Una subida en la tensión de entrada tiende a aumentar la tensión de salida haciendo al emisor más positivo. Si el emisor es más positivo que la base (que está fija a 5.6V), Q1 conduce menos y absorbe entre colector y emisor más tensión. Se produce un efecto de compensación. Aumenta la tensión de entrada pero también aumenta la tensión colector-emisor del transistor, dejando la tensión de salida estabilizada. Si aumenta el consumo de la carga la tensión de salida tiende a bajar, con lo que el emisor se hace más negativo respecto a la base. Q1 queda más polarizado y su tensión colector-emisor disminuye, con lo que la salida recibe más tensión. Se produce nuevamente un efecto de compensación. La tensión de salida siempre será Vz-VBE.

Figura 9- 3. Circuit o de estabilización serie


PRÁCTICA 9– 3


PRÁCTICA 9: Circuitos básicos de estabilización Montar el circuito y realizar las medidas y cálculos necesarios para completar la siguiente tabla. La tensión de entrada se aplica desde +V del entrenador. Esta se puede aumentar para comprobar el efecto de estabilización. La tensión de salida se obtiene entre emisor y GND. La resistencia de carga está formada por RL y P1. Variando esta resistencia se simula variaciones en el consumo. V.ENTRADA Tope Izdo.

3

5

7

9

11

13

15

VRL IRL

de P1

VZ Tope Dcho.

VRL IRL

de P1

VZ

Estabilización serie con dos transistores

El esquema de la figura 9-4 presenta un circuito regulador/estabilizador serie con dos transistores. La tensión de entrada se supone proviene de una FA sin estabilizar. El efecto regulador lo produce Q1 que está en serie con la carga a alimentar (V.SALIDA). Su funcionamiento es similar al explicado en el esquema de la figura 9-3. El transistor regulador Q1 es controlado mediante el transistor Q2. Este tiene en su emisor una tensión de referencia fija proporcionada por el zener D1. Por la base recibe parte de la tensión de salida. Q2 compara ambas tensiones y actúa sobre Q1 de forma que absorba más o menos tensión. Efectivamente, si la tensión de salida tiende a bajar también lo hace la base de Q2 con lo que este conduce menos, su tensión de colector aumenta polarizando más fuerte a Q1. Este aumenta su conducción y su tensión colector-emisor disminuye con lo que se compensa la tensión de salida. Si la tensión de salida tiende a aumentar, también lo hace la base de Q2. Este conduce más y su tensión en el colector disminuye. Q1 queda menos polarizado por lo que su tensión colector-emisor aumenta, compensando así la tensión de salida. Figura 9-4. Estabi lización con dos tr ansistores.

La tensión de salida se puede calcular según las siguientes ecuaciones: VR4 =Vz +VBE2 ;

VR4 IR4 = _____ ; R4

V. SALIDA =IR4 (R3 +R4)

Montar el circuito, calcular teóricamente y anotar la tensión de salida. . L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I

V.SALIDA =______________ Completar la siguiente tabla para comprobar que la tensión de salida queda estabilizada cuando la tensión de entrada la supera. V. ENTRADA VE1 VB1 VC1 V. SALIDA

3

5

7

9

11

13

15

Max

PRÁCTICA 9– 4


PRÁCTICA 9: Circuitos básicos de estabilización

Estabilización serie contensión desalidaajustable

El esquema de la figura 9-5 muestra un sistema de estabilización serie similar al anterior, pero con tensión de salida estabilizada y ajustable.

Figura 9- 5. Estabilización con t ensión de salida ajustable

El circuito incorpora un potenciómetro de 100K (situado en el entrenador). La resistencia de base es por tanto variable, lo que hará que Q2 conduzca más o menos obligando a Q1 a que absorba más o menos tensión y regulando por tanto la de salida. Ajustar la tensión de entrada al máximo posible. Variando P1 observar la variación de la tensión de salida. Anotar la mínima y la máxima. V.SALIDA Máx.=______________; V.SALIDA Mín.=_______________




PRÁCTICA 10 – 1

PRÁCTICA 10: El Amplificador diferencial 10.1 Objetivos Presentar el funcionamiento de este singular circuito amplificador que se puede emplear como comparador de 2 tensiones diferentes de entrada. Este tipo de amplificador forma parte de los llamados Amplificadores Operacionales (A.O.).

10.2 Fundamentos teóricos básicos Tal y como se muestra en el esquema de la figura 10-1, el amplificador diferencial está compuesto de dos transistores idénticos alimentados y polarizados de la misma forma.

El circuito es simétrico y se cumple que Q1=Q2; RC1=RC2; RB1=RB2 y RE1=RE2. Si las tensiones de entrada V1 y V2 también fueran iguales, la intensidad que circula por ambos transistores deberá ser también la misma. P1 permitirá ajustar las ligeras diferencias que pudieran existir debido a las tolerancias de los componentes. En estas condiciones VC1 será igual a VC2 y la diferencia de potencial de la tensión de salida, que se toma de ambos colectores, será de 0V. Si las tensiones de entrada V1 y V2 son distintas, uno de los dos transistores conducirá más que el otro, su tensión Figura 10-1. El ampli fi cador dif erencial básico de colector será menor y aparecerá una tensión entre VC1 y VC2. La polaridad de esta tensión viene determinada según qué transistor deja pasar mayor intensidad. Supongamos que V1 es mayor que V2. Q1 conduce más y por tanto VC1 será menor que VC2. VC1 tiene una tensión negativa respecto a VC2. En resumidas cuentas, la tensión de salida representa la diferencia amplificada n veces de las tensiones de entrada.

10.3 Esquema electrónico La figura 10-2 presenta el esquema práctico del amplificador diferencial con el que vamos a experimentar a lo largo de la presente práctica.


Figura 10- 2. Esquema práctico de un amplif icador diferencial.


• Entrenador "UNIVERSAL TRAINER" • Transistores BC547(2) • Resistencias 1K(4), 10K(2) • Cables de conexión • Tester

PRÁCTICA 10 – 2


PRÁCTICA 10: El Amplificador diferencial 10.5 Montajepráctico Se muestra en la fotografía de la figura 10-3. El circuito se alimenta desde +12Vdc del entrenador. La entrada de tensión V2 se conecta con la tensión fija de +5Vcc. Por su parte la entrada V1 se conecta con +V. Esta tensión podremos variarla para analizar las diferentes tensiones de salida que produce el amplificador diferencial.

Figura 10- 3. Montaje práctico del amplif icador diferencial.

10.6 Desarrollo de la práctica Se trata de montar el circuito y someter la entrada V1 a diferentes valores de tensión, mientras que la entrada V2 se mantiene a una tensión fija de +5Vcc. Se propone medir diferentes tensiones y completar la siguiente tabla. V1

2

3

4

5

6

7

8

9

VC1 VC2 VC1-VC2

Se puede comprobar que cuando la entrada V1 coincide con V2 (+5Vcc) la tensión de salida entre VC1-VC2 es de 0V. En el resto de ocasiones siempre existe una determinada tensión de salida cuya polaridad denota cual de las dos tensiones de entrada es mayor.




PRÁCTICA 11 – 1

PRÁCTICA 11: Transistores MOSFET 11.1 Objetivos Experimentar y proporcionar las ideas generales de funcionamiento de este tipo de transistores empleados normalmente en circuitos de conmutación digital.

11.2 Fundamentos teóricos básicos La figura 11-1 muestra la constitución interna de un transistor MOSFET de enriquecimiento de canal N, la polarización del mismo, así como el patillaje correspondiente al modelo 2N7000 con el que experimentaremos.

Figura 11- 1. Constit ución de un M OSFET

Cuando la tensión en la puerta (P) es nula la corriente entre la fuente (F) (también llamada surtidor) y el drenador D, es también nula. El transistor está normalmente en el punto de corte. Cuando a la puerta se le aplica una tensión positiva se repelen huecos del substrato (S) al tiempo que se atraen electrones libres de la fuente. Como consecuencia de esto se "crea" un canal conductor entre la fuente y el drenador que deja pasar a su través una corriente que llega a +VDD por la resistencia de carga RD. El transistor conmuta y conduce en el punto de saturación. Sin embargo una diferencia notable respecto a los transistores bipolares consiste en que la puerta está aislada (mediante óxido de silicio) respecto al canal. No existe por tanto una intensidad de entrada que genera una intensidad de salida. El consumo del transistor es muy reducido, a la entrada inexistente. El empleo más común de este tipo de transistores es en aplicaciones de conmutación. Efectivamente, cuando la tensión en la puerta alcanza un determinado valor (VG), el transistor pasa al estado de saturación. La intensidad máxima del drenador depende del valor de la carga RD.

11.3 Esquema electrónico La figura 11-2 muestra el esquema experimental básico para el análisis de funcionamiento del transistor MOSFET modelo 2N7000, cuya VG es en torno a los 2V. . L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I


• Entrenador "UNIVERSAL TRAINER" • Transistor 2N7000 • Diodo led • Resistencias de 1K (2) y 1M • Condensador de 10µF • Cables de conexión • Tester

Figura 11-2. Circui to experiment al básico

PRÁCTICA 11 – 2


PRÁCTICA 11: Transistores MOSFET 11.5 Montaje práctico Se muestra en la fotografía de la figura 11-3. El drenador alimenta un diodo led desde una tensión de +12Vcc a través de una resistencia de carga RD de 1K W. Figura 11- 3. Mont aje prácti co del ci rcuit o experiment al con M OSFET

La tensión de entrada se toma desde +5Vcc. Mediante el potenciómetro P1 (del entrenador) aplicamos a la puerta una tensión variable a través de Rp.

11.6 Desarrollo de la práctica Ir aplicando a la puerta tensiones variables según se indica en la siguiente tabla. Al mismo tiempo realizar las medidas y cálculos oportunos para completarla. VP VRP IRP VD VRD IRD

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

La conclusión más notable que se puede obtener de la tabla anterior, es que la IRP o intensidad de entrada es prácticamente nula, por lo que la potencia disipada en dicha entrada es despreciable.

11.7 Trabajo personal El esquema mostrado en la figura 11-4 muestra un circuito temporizador basado en el MOSFET 2N700, que mantiene la carga (diodo led) activada durante un cierto tiempo.

Figura 11-4. Circuit o t emporizador

Cuando se cierran por un breve instante los contactos SW1, C1 se carga y polariza la puerta de Q1. Este conduce y el led se ilumina. Al abrir los contactos D1 se mantiene activado. C1 se va descargando exclusivamente a través de R1 y no a través de la puerta aislada del transistor. Cuando la tensión de C1 disminuya por debajo de la tensión VG el transistor se bloquea y D1 se apaga. Montar el circuito y medir con el tester la tensión en la puerta de Q1 cuando se cierra y luego se abre SW1. Observar que cuando la tensión decrece por debajo de los 2V, el led se apaga. Medir y anotar el tiempo en el que led permanece encendido (ON). LED ON=______________



PRÁCTICA 12 – 1

PRÁCTICA 12: El temporizador 555 12.1 Objetivos Explicar el funcionamiento y experimentar prácticamente con el popular 555. Se trata de un circuito integrado de temporización capaz de trabajar de dos formas: monoestable (un estado estable) o astable (sin estados estables).

12.2 Fundamentos teóricos básicos La figura 12-1 muestra el símbolo y la distribución de patillas del temporizador integrado 555, cuya tensión de alimentación está comprendida entre +4.5 y +15Vcc.

Figura 12- 1. El 555

La figura 12-2 muestra el esquema por bloques simplificado del circuito interno del temporizador 555.

El circuito de salida se basa fundamentalmente en un flip-flop RS que mantiene la patilla de salida (OUTPUT) a nivel alto (con tensión) o a nivel bajo (0V) según el estado de las entradas R y S del mismo. Estas señales las genera sendos comparadores de tensión. Tres resistencias en serie y de igual valor (5K) proporcionan las tensiones de referencia de ambos comparadores. El comparador inferior recibe una tensión de referencia VD=Vcc/3. Cuando la tensión de disparo (TRIGGER) cae por debajo de VD (1/3 Vcc) se genera la señal R, que pone la salida /Q (OUTPUT) del flipflop a estado alto. La salida Q bloquea al transistor de descarga.


Figura 12- 2. Estruct ura int erna del t emporizador 555

El comparador superior recibe por su parte una tensión de referencia VC=2/3 Vcc. Cuando la tensión de umbral (THRESHOLD) supera VC se genera la señal S, que pone la salida /Q (OUTPUT) a estado bajo. La salida Q pasa a estado alto y el transistor se satura provocando la descarga de un condensador externo conectado en la patilla 7(DISCHARGE). En ciertas aplicaciones la tensión de referencia VC puede ser modificada aplicando una tensión externa de control por la patilla 5 (CONTROL).

Existe por último una señal externa llamada RESET que mantiene la salida en estado bajo, siempre que dicha señal también lo esté. El esquema por bloques de la figura 12-3 muestra al 555 trabajando en el modo monoestable, cuyo funcionamiento se describe a continuación.

PRÁCTICA 12 – 2


PRÁCTICA 12: El temporizador 555

Inicialmente la salida /Q (OUTPUT) está a nivel bajo y Q a nivel alto que satura al transistor descargando a C. Este estado se mantiene estable hasta recibir una señal de disparo (TRIGGER) inferior a 1/3 Vcc (nivel bajo). En este instante el comparador inferior activa la entrada R y la salida /Q pasa a nivel alto mientras que Q pasa a nivel bajo. El transistor se bloquea lo que permite que C se vaya cargando a través de R. Cuando la tensión en C, aplicada a la entrada de umbral (THRESHOLD), alcanza un valor superior a VC (2/3 Vcc), el comparador superior activa la señal S. La salida /Q pasa nuevamente a nivel bajo y Q a nivel alto. El transistor se satura y el condensador C se descarga rápidamente a través de la línea DISCHARGE y el propio transitor. Volvemos a la situación inicial. Por la salida OUTPUT se ha obtenido un pulso cuyo inicio coincide con la señal de disparo y cuya duración o anchura W depende de la constante de carga RC: W=1.1RC. Figura 12- 3. Esquema por bloques del 555 en m odo monoestable

12.3 Esquema electrónico

El esquema propuesto en la figura 12-4 se corresponde con el circuito práctico del temporizador 555 trabajando en el modo monoestable.

Figura 12 - 4. El monoestable


• Entrenador "UNIVERSAL TRAINER" • C.Integrado NE555 • Resistencias 100Ω,1K(2),100K(2),1M • Condensadores 100n(2),10µF • Altavoz • Tester/osciloscopio • Cables de conexión


PRÁCTICA 12 – 3


PRÁCTICA 12: El temporizador 555 12.5 Montajepráctico Se muestra en la fotografía de la figura 12-5. Aunque en el esquema no se ha representado, hay que conectar la patilla de alimentación nº 8 a +5Vcc y la 1 a GND. El nivel de salida presente en la patilla 3 se representa mediante el led S7 del entrenador. La patilla Nº2 de disparo se conecta con GND cada vez que se quiera obtener un pulso de salida.

Figur a 12- 5. Mont aje práctico del monoestabl e

12.6 Desarrollo de la práctica Montar el circuito y comprobar su funcionamiento. La duración W del pulso se calcula teóricamente mediante: W=1.1*R1*C1. Durante un breve instante de tiempo conectar la señal de disparo con GND. El led de salida se activará. Cronometrar el tiempo T que dicho led permanece activado y anotarlo a continuación junto con la anchura W calculada teóricamente. W=__________________; T=_________________

12.7 Trabajo personal

Como trabajo personal a desarrollar, se irá proponiendo el montaje práctico de diferentes circuitos básicos que utilizan el temporizador 555. El 555 en el modo inestable . L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I

El circuito de la figura 12-6 consiste en emplear al 555 en el modo astable. La salida cambia de forma constante de nivel bajo a nivel alto y nuevamente a nivel bajo.

Figura 12- 6. El modo astable

PRÁCTICA 12 – 4


PRÁCTICA 12: El temporizador 555 Inicialmente C1 está descargado por lo que se provoca la señal de disparo y la salida pasa a nivel alto. El condensador se carga a través de R1 y R2. Cuando alcanza la tensión de umbral la salida pasa a nivel 0 y el condensador se descarga a través de R2 provocando una nueva señal de disparo. El ciclo se repite constantemente. La anchura W del pulso o el tiempo en que la salida se mantiene a nivel alto se calcula según: W=0.693(R1+R2)C; el tiempo en que la salida se mantiene a nivel bajo es L=0.693*R2*C; el periodo total de la señal de salida es T=W+L o también T=0.693(R1+2R2)C; la frecuencia de la señal será F=1/T. Según el circuito calcular teóricamente dichos tiempos y anotarlos en la siguiente tabla, para contrastarlos con los tiempos cronometrados. Valor teórico

W

L

T

F

Valor cronometrado

Oscilador controlado por tensión

Se trata de otra posible configuración del 555. Ya se estudió que la tensión de referencia VC que recibe el comparador superior era de 2/3 Vcc. Sin embargo esta puede ser modificada aplicando una tensión externa por la patilla de CONTROL (5). De esta forma la tensión de UMBRAL (THRESHOLD) que se aplica por la patilla 6 y, que hace que la salida cambie a nivel bajo, en lugar de ser superior a 2/3 Vcc debe ser superior a la tensión externa de control aplicada. Variando ésta se consigue variar la anchura W del pulso de salida. El esquema de la figura 12-7 corresponde a un oscilador controlado por tensión (VCO) que genera una señal de salida de frecuencia variable. Figura 12- 7. Oscilador VCO

El potenciómetro P1 aplica una tensión de control por la patilla CV que varía entre 0 y 5V. Inicialmente C1 está descargado por lo que se genera la señal de disparo y la salida se pone a nivel alto. C1 se va cargando a través de R1 y R2. Cuando la tensión en C1, aplicada a la patilla 6 (THRESHOLD), supera a la tensión de control aplicada por la pata 5, la salida Q pasa a nivel bajo y el condensador empieza a descargarse a través de R2. Cuando la carga desciende por debajo de 1/3 Vcc se genera una nueva señal de disparo y la salida vuelve a nivel alto. El ciclo se repite constantemente. Si se varía la tensión en la pata de control (5) se regula la anchura W del pulso. Las ecuaciones que permiten calcular la anchura W, el periodo T y la frecuencia de salida F, son las siguientes: Vcc - Vcontrol 1 W =- (R1 +R2) C1 1n __________________ ; T =W +0.693* R2 C1; F = _____ Vcc - 0.5Vcontrol T La salida del circuito se conecta a un altavoz que permite escuchar los distintos tonos que producen las diferentes frecuencias generadas por el 555 en la configuración de oscilador controlado por tensión (VCO). Midiendo con ayuda de un osciloscopio conectado en la patilla 3 y, haciendo los cálculos necesarios, completar la siguiente tabla para distintas tensiones de control. Vcontrol W T

Teórico Práctico

Teórico Práctico

F

Teórico Práctico

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5



PRÁCTICA 13 – 1

PRÁCTICA 13: Introducción a los Amplificadores Operacionales (A.O.) 13.1 Objetivos Analizar prácticamente el funcionamiento de los Amplificadores Operacionales (A.O.) empleando algunas de sus configuraciones clásicas así como presentar un conjunto de circuitos típicos. Se empleará para ellos el popular A.O. integrado UA741.

13.2 Fundamentos teóricos básicos El A.O. dispone de dos entradas, una inversora (-) que origina una salida en oposición de fase a la que se aplica por ella y otra no inversora (+) que origina una señal de salida en fase. El interior de un A.O. consta básicamente por un amplificador diferencial que amplifica la diferencia entre las señales de entrada, una serie de etapas de amplificadoras adicionales y una etapa de salida en contrafase. Se alimenta con dos tensiones iguales pero de polaridad opuesta y teóricamente se supone que en bucle abierto (sin realimentación) amplifica infinitas veces la diferencia entre las tensiones aplicadas por sus entradas. La figura 13-1 muestra el símbolo de un amplificador operacional.

Figura 13- 1. Sí mbol o del A.O.

Si la tensión aplicada en la entrada no inversora es mayor, como el circuito amplifica ∞ veces, la tensión de salida será la máxima (V +). En caso contrario será V-. El circuito integrado que vamos a emplear y que contiene un A.O., será el clásico 741 fabricado por múltiples fabricantes y de coste muy reducido. La figura 13-2 muestra su esquema de conexionado. Figura 13- 2. Conexionado del 741

Las patillas 3 y 2 son las entradas no inversora e inversora respectivamente. La patilla 6 es la de salida. Las patillas 7 y 4 son las de alimentación, V+y V- respectivamente. Finalmente, las patillas 1 y 5 son las entradas de ajuste de offset. Entre las características eléctricas más relevantes destacan una impedancia de entrada de 2MΩ, impedancia de salida de 75Ω, ganancia de tensión 100.000, tensión de offset ±2mV y alimentación de ±18V. Cuando un A.O. funciona como amplificador de tensión, la salida deberá ser de 0V si ambas entradas son iguales o están conectadas a masa. Debido a la imposibilidad de construir transistores idénticos en la etapa diferencial la salida puede tener un voltaje muy reducido. Para eliminarlo se coloca un potenciómetro entre las patas 1 y 5 (offset) y se polariza al cursor del mismo mediante V-, de forma que se pueda ajustar la tensión de salida a 0V.

13.3 Esquema electrónico . L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I

El esquema de la figura 13-3 muestra un circuito comparador con el A.O. 741 sin realimentación que gobierna a su salida dos cargas tipo led en paralelo y en oposición, de tal forma que siempre estará encendido uno de los dos.

Figura 1 3- 3. Circuito comparador con A.O. sin realiment ación

PRÁCTICA 13 – 2


PRÁCTICA 13: Introducción a los Amplificadores Operacionales (A.O.) El circuito se alimenta con ±12Vcc. El divisor de tensión formado por R1 y R2 proporcionan en la entrada VE- una tensión de 12Vcc medida respecto a V- y de 0V medida respecto a GND. La posición del cursor del potenciómetro P1 modifica el valor de la tensión en la entrada VE+entre 0V y 24V medidos respecto a V- o entre +12 y -12 si se mide respecto a GND. Si VE+>VE-, como el 741 amplifica teóricamente infinitas veces (en la práctica unas 100.000), la salida será la máxima, posible, o sea, unos +12V. En esta situación se ilumina el led verde (su ánodo se hace positivo). Si VE+
• Entrenador "UNIVERSAL TRAINER" • C.Integrado A.O. uA741 • Resistencias 1K(3),2K2,3K3, 10K(4) • Diodos led rojo y verde • Cables de conexión • Tester/osciloscopio


13.5 Montajepráctico La fotografía de la figura 13-4 muestra el montaje práctico del circuito de comparación hecho con el A.O. uA 741 objeto de estudio. La alimentación V+ se toma desde la salida +12Vcc del entrenador. La tensión de alimentación V- se toma desde la salida -V del entrenador. Previamente hay que ajustarla a -12Vcc. Se utiliza el potenciómetro P1 del propio entrenador para aplica la tensión variable en la entrada VE+del circuito. Según el led que se encienda, se determina qué tensión es mayor, si VE+o VE-.

Figur a 13- 4. Circuit o de comparación A.O.

13.6 Desarrollo de la práctica Sabemos que la entrada VE- está con una tensión fija de referencia de 0V respecto a GND. El desarrollo consiste en aplicar, mediante el potenciómetro P1, diferentes tensiones en la entrada VE+al tiempo que se mide la tensión de salida así como se indica el estado ON/OFF de los leds verde y rojo. Completar la siguiente tabla en la que todas las tensiones se miden respecto a GND. VE+

5

4

3

2

1

0

-1

-2

-3

-4

-5

Vsal. ROJO VERDE

Analizando los valores de la tabla se comprueba que mientras VE+>VE- la salida presenta una tensión positiva respecto a GND, en caso contrario aparece una tensión negativa. Cuando VE+se aproxima a 0V es cuando se produce el cambio en el encendido de los leds. Resulta muy complejo que los dos leds se mantengan apagados. Como el circuito es un A.O. sin realimentación la amplificación es prácticamente infinita. La más mínima diferencia entre las tensiones VE+y VEorigina que la tensión de salida sea de ±12V.


PRÁCTICA 13 - 3


PRÁCTICA 13: Introducción a los Amplificadores Operacionales (A.O.) 13.7 Trabajo personal En esta sección dedicada al trabajo personal se van a proponer una serie de circuitos que nos muestren diferentes configuraciones básicas del A.O. así como una serie de aplicaciones elementales. El A.O. con realimentación, amplificador inversor

El circuito típico es el mostrado en el esquema de la figura 13-5. Cuando a un A.O. se le introduce una señal (continua o alterna) por su entrada inversora (VE-), la señal de salida está invertida y su valor depende de la realimentación que recibe la entrada VE- desde la salida.

Figura 13- 5. Ampli fi cador inversor

El circuito se alimenta desde +12Vcc del entrenador por la pata 7 y -V del entrenador por la pata 4. Esta tensión debe ajustarse previamente a -12Vcc. El potenciómetro P1 permite introducir por la entrada inversora una tensión Ve de entrada ajustable entre 0 y 5V con respecto a GND. La amplificación de la tensión de salida depende de la realimentación que proporcionan R1 y R2 y se calcula según la siguiente fórmula . R2 Vs =- _____ Ve R1

( )

Montar el circuito de la figura 13-5 y completar la siguiente tabla en la que se analiza cómo variando R2 se obtienen distintas amplificaciones en la tensión de salida Vs en función de los distintos valores de la tensión de entrada Ve. Ve

0.1

0.2

0.3

R2=1K R2=2K2 R2=3K3 R2=10K

El A.O. con realimentación, amplificador no inversor

El circuito se muestra en el esquema de la figura 136. La señal de entrada se aplica por la entrada no inversora VE+. La amplificación depende de la relación entre R1 y R2 y se calcula según la siguiente fórmula: . L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I

(

R2 Vs = 1 + _____ R1

)

Ve

Figura 13- 6 Amplif icador no inversor

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

PRÁCTICA 13 – 4


PRÁCTICA 13: Introducción a los Amplificadores Operacionales (A.O.) Montar el circuito de la figura 13-6 y completar la siguiente tabla en la que se analiza cómo variando R2 se obtienen distintas amplificaciones en la tensión de salida Vs en función de los distintos valores de la tensión de entrada Ve. Ve

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

R2=1K R2=2K2 R2=3K3 R2=10K

Amplificador no inversor de ganancia variable

Su circuito se presenta en la figura 13-7. La señal a amplificar se introduce por la entrada no inversora VE+. La amplificación depende de la relación entre R1 y R2 según la fórmula

(

R2 Vs = 1 + _____ R1

)

Ve

Sin embargo R2 es realmente un potenciómetro cuya resistencia se puede variar variando así la amplificación. Dicha amplificación oscilará entre 1 (mínima resistencia en P1) y 11 veces (máxima resistencia en P1).

Figura 13- 7. Amplificador de ganancia variable.

Montar el circuito de la figura anterior y aplicar por la entrada Ve una señal alterna de unos 2KHz procedente del generador de funciones del entrenador. Con el potenciómetro P1 en un extremo y en el opuesto medir la señal de entrada pico a pico(Vepp), la de salida (Vspp) y calcular la amplificación A para ambos casos. Anotar los datos obtenidos en la siguiente tabla. Tope izdo. de P1

Tope dcho. de P1

Vepp Vspp A

El A.O. como sumador inversor/no inversor

Consiste en otra aplicación clásica de los A.O. En la figura 13-8 se muestra el esquema de un circuito sumador inversor de 2 tensiones de entrada Ve1 y Ve2. Ve1 es una tensión fija de +5Vcc que se obtienen del entrenador. Ve2 es una tensión variable mediante el potenciómetro P1 y que oscila entre 0 y 5Vcc.

Figur a 13- 8. Sumador inversor


PRÁCTICA 13 - 5


PRÁCTICA 13: Introducción a los Amplificadores Operacionales (A.O.) La ecuación general que determina la tensión Vs de salida es la siguiente:

(

Ve1 Ve2 Vs =- R3 _____ +_____ R1 R2

)

pero en el caso parti cular de que R1=R2=R3 dicha ecuación se simplifica y queda: Vs = - (Ve1 + Ve2)

Sabiendo que en el circuito Ve1=5V, variamos Ve2 mediante P1 para obtener la suma resultante de ambas tensiones que se obtiene en la salida Vs. Completar la siguiente tabla.

Ve2

0.2

0.4

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Vs

El circuito de la figura 13-9 presenta un sumador no inversor. La entrada Ve1 recibe una tensión fija de 5Vcc mientras que las entrada Ve2 recibe una tensión de entre 0 y 5 V ajustable mediante P1.

Figura 13- 9. Sumador no i nverso

La ecuación general que determina la tensión Vs de salida es la siguiente:

(

)

R3 + R4 R1 R2 Vs = __________ Ve1 _______ +Ve2 _______ R4 R1+R2 R1+R2 . L . S s o d a m a r g o r P s a m e t s i s o r c i M e d a í r e i n e g n I

En el caso particular de que R1=R2=R3=R4, la ecuación queda simplificada como sigue: Vs = Ve1 + Ve2 Montar el circuito de la figura y completar la siguiente tabla anotando las Vs que corresponde a cada Ve2 ajustada mediante P1. Ve1 es fija de +5Vcc. Ve2 Vs

0.2

0.4

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

PRÁCTICA 13- 6


PRÁCTICA 13: Introducción a los Amplificadores Operacionales (A.O.) El A.O. como circuito diferencia o restador

El esquema se presenta en la figura 13-10. La tensión de salida refleja el resultado de restar las tensiones presentes en las entradas Ve1 y Ve2.

Figura 13- 10. Circui to restador

R3 Vs = _____ (Ve2 - Ve1) R1 pero, en el caso particular de que R1=R2=R3=R4, la tensión Vs de salida queda: Vs =Ve2 - Ve1 Suponiendo que R1=R2 y que R3=R4, la tensión de salida se determina por

En el circuito Ve2 es una tensión fija de +5Vcc mientras que Ve1 es una tensión variable entre 0 y 5V gracias al potenciómetro P1. Completar la siguiente tabla con las diferentes Vs de salida para diferentes Ve1 de entrada. Ve1

6

4

3

2,5

2

1,5

1

0,8

0,5

0,3

Vs

En el circuito mostrado en la figura 13-11 muestra un A.O. que realiza operaciones combinadas con las distintas señales de entrada. En el caso particular de que todas las resistencias fueran del mismo valor, la tensión Vs de salida responderá a la siguiente ecuación: Vs =(Ve3 +Ve4) - (Ve1 +Ve2)

Figura 13- 11. Circui t o sumador/r est ador



PRÁCTICA 14 – 1


PRÁCTICA 14: Circuitos de entretenimiento con el 555 14.1 Objetivos Los objetivos de la presente práctica no son otros que mostrar algunas de las múltiples utilidades del temporizador 555. Para ello presentamos una serie de circuitos de fácil montaje y comprensión por parte del lector.

14.2 Fundamentos teóricos básicos Son los mismos que se analizaron en la práctica 12 dedicada en exclusiva a los diferentes modos de empleo del circuito integrado temporizador 555. Los ejemplos de aplicaciones aquí mostrados son consecuencia de todo lo expuesto anteriormente.

14.3 Esquema electrónico El esquema de la figura 14-1 muestra el circuito de un temporizador de larga duración. Cada vez que se cierra circuito entre la pata 2 y masa mediante SW, comienza una nueva temporización. El led S7 se activa y se mantiene en este estado tanto tiempo como determine el valor de P1 y R2.

Figur a 14- 1. Temporizador de larg a duración

14.5 Montajepráctico 14.4 Materiales necesarios

Se muestra en la fotografía de la figura 14-2. El 555 se alimenta con +5Vcc por la patilla 8 y GND por la patilla 1 (no representadas en el esquema). El potenciómetro P1 del entrenador permite regular el tiempo en que el led S7 (también del entrenador) se mantiene activado.

• Entrenador "UNIVERSAL TRAINER" • C. Integrado NE555 • Diodos 1N4007(2), BPW40 • Transistor 2N3906 • Resistencias 470,1K(2), 10K, 100K(2) • Condensadores 100n(2),10µF(2),100µF • Altavoz • Tester • Cables de conexión

Figura 14- 2. Mont aje prácti co del t emporizador


14.6 Desarrollo de la práctica El valor de la temporización depende del valor de C1, P1 y R2. Proponemos variar tanto P1 como R2 con diferentes valores. Se trata de cronometrar el tiempo mínimo (P1 en un extremo) y máximo (P1 en extremo opuesto) para diferentes valores de R2. Completar la siguiente tabla. R2 = 1K P1 a izda

P1 a dcha.

R2 = 10K P1 a izda.

P1 a dcha.

R2=100K P1 a izda.

P1 a dcha

Modulo 03

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