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Universidad Autónoma de Baja California

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS E INGENIERÍA

Ing. en Electrónica e Ing. en Computación

Manual de Prácticas

Laboratorio de Electrónica III

Elaboró: M. C. Roberto Reyes Martínez

2

ELECTRONICA III

PRACTICA No. 1 CARACTERISTICAS ELECTRICAS DE LOS OP-AMPS

OBJETIVO: Al término de esta práctica el alumno aprenderá medir las características eléctricas más

importantes de los op-amps. MATERIAL: 2 Resistencia de 100 Ω 1/4W. 2 Resistencia de 10 kΩ 1/4W. 2 Resistencia de 100 kΩ 1/4W. 1 Resistencia de 1 MΩ 1/4W. 1 Potenciómetro de 5 MΩ. 1 Amplificador operacional LM741. 1 Amplificador operacional LM318 (del databook únicamente) EQUIPO: 1 Vólmetro digital. 1 Osciloscopio. 1 Generador de señales. 1 Fuente regulable. DESARROLLO: (a) Medición del voltaje offset de entrada (Vos).

FIGURA 1

1M

100k

-+

VOUT741

2

3

+15V7

-15V

Ri

4

6

Rf

Vólmetro+

1. Alambrar el circuito de la figura 1. 2. Aplicar el voltaje de alimentación al op-amp y con un vólmetro (de preferencia digital) medir el voltaje de salida.

Vout = mV

3

3. Obtener Vos considerando que es igual a VV

Aosout

cl

= .

Vos = mV 4. Compare el valor obtenido con el de la hoja de especificaciones del op-amp.

Vos = mV (hoja de datos) Vos = mV (obtenido en el cto)

(b) Medición de la corriente de polarización (Ibias)

FIGURA 2

1M

100k

+

VOUT741

2

3

+15V7

-15V

R1

4

6

Rf

100k

-

R2

-

Vólmetro+

B

A

1. Alambrar el circuito de la figura 2. 2. Medir el voltaje que cruza por las resistencias R1 y R2.

VA = mV. VB = mV.

3. Utilizando: IV

RbiasA

11

= y IV

RbiasB

22

= obtenga las corrientes de polarización.

Ibias1 = nA Ibias2 = nA

4. Obtenga el valor promedio de las dos y compare el resultado con la corriente de polarización de la

hoja de especificaciones. Ibias = nA (hoja de datos) Ibias = nA (obtenida en el cto.)

(c) Medición de la impedancia de entrada del op-amp

4

Osciloscopio

FIGURA 3

-

+

VOUT741

2

3

+15V

7

-15V

4

6

+ Vi V'i

5 M

CH 1

CH 2

1. Alambrar el circuito de la figura 3. 2. Ajustar en el osciloscopio: Canales 1 y 2: 0.5 Volt/división. Tiempo: 1msec/div. 3. Aplique un voltaje de 1 volt p-p en la entrada y la frecuencia necesaria para tener 1 ciclo completo

en la pantalla. 4. Mientras observa el voltaje V’

i en el canal 1, ajuste el potenciómetro de 5 MΩ hasta que este voltaje sea la mitad del voltaje de entrada (0.5Vp-p.).

5. Cuando halla alcanzado este punto, desconecte la alimentación del op-amp y el potenciómetro del

cto. Entonces mida la resistencia del potenciómetro con un ohmetro. Compare este valor con el de tablas.

Rpotenc = Ω (valor medido) Zin = Ω (hoja de datos)

(d) Medición de la velocidad de cambio (slew-rate)

FIGURA 4

10k

10k

+

VOUT741

2

3

+15V7

-15V

R1

4

6

Rf

-

OsciloscopioCH 1

CH 2

Vi

1. Alambrar el circuito de la figura 4.

5

2. Ajustar en el osciloscopio: Canal 1 : 0.5 Volt/división. Canal 2: 1.0 Volt/división. Tiempo: 10 µsec/div. 3. Aplique un voltaje de 5 volt p-p en la entrada y la frecuencia necesaria para tener 1 ciclo completo

en la pantalla. 4. Mida el voltaje de salida p-p. (∆V).

∆V = volts 5. Mida el tiempo ∆t que le toma al voltaje de salida ir del valor mínimo al máximo.

∆t = µseg 6. Calcule el slew-rate (∆V/∆t) y comparelo con el de las hojas de especificaciones.

slew-rate = V/µseg (hoja de datos) slew-rate = V/µseg (valor medido)

7. Dibuje las señales de entrada y salida obtenidas. 8. Cambie el op-amp por un LM318 (el cual tiene la misma configuración que el LM741). Dibuje las

señales de entrada y salida obtenidas. (e) Medición de la relación de rechazo de modo común (CMRR).

FIGURA 5

100k

100

+

VOUT741

2

3

+15V7

-15V

R1

4

6

R2

-Vi+

100R3 R4 100k

Vólmetro

+

AC


6

2. Ajustar un voltaje de entrada de 2 volts rms con una frecuencia entre 60 y 100Hz. Mida el voltaje Vi obtenido.

Vi(cm) = Vrms 3. Ahora mida el voltaje de salida Vout con el vóltmeto.

Vout(cm) = Vrms

Nota: Los voltajes son en corriente alterna.

4. Calcule la ganancia en modo común AV

Vcmout cm

i cm

= ( )

( )

.

Acm = 5. Obtenga la ganancia diferencial. (R2/R1) = (R4/R3) y resuelva la relación de rechazo en modo

común dando el resultado en dB. (20 log (Ad/Acm)). Compare con la hoja de especificaciones. Ad =

CMRR = dB (hoja de datos) CMRR = dB (valor medido)

CONCLUSIONES: En sus conclusiones mencione porque existe diferencia en el slew-rate entre el LM741 y el LM318 y comparando los valores obtenidos con los de las hojas de especificaciones evalúe si el amplificador que utilizó cumple con las características eléctricas, sino es así, explique el por que.

7

ELECTRONICA III PRACTICA No. 2

CARACTERISTICAS EN FRECUENCIA DE LOS OP-AMPS OBJETIVO: Al término de esta práctica el alumno conocerá el efecto de la frecuencia en los circuitos

con amplificadores operacionales, así como la compensación para circuitos que lo necesiten.

MATERIAL: 1 Resistencia de 2 kΩ 1/4W. 3 Resistencia de 10 kΩ 1/4W. 1 Resistencia de 100 kΩ 1/4W. 1 Resistencia de 1 MΩ 1/4W. 2 Capacitor de 0.1 uF. 2 Capacitor de 30 pF. 1 Capacitor de 20 pF. 1 Capacitor de 3 pF. 1 Capacitor de 1 pF. 1 Amplificador operacional LM741. 1 Amplificador operacional LH0024. EQUIPO: 1 Osciloscopio. 1 Generador de señales. 1 Fuente regulable. DESARROLLO: (a) Medición de la ganancia de lazo abierto (Aol)

FIGURA 1

10k

1M

10k2k

+

-Vin

VOUT

Osciloscopio


8

2. Aplicar el voltaje de alimentación al op-amp y poner un canal del osciloscopio a la entrada de

voltaje y el otro canal a la salida. Para un Vin = 100mVp-p (senoidal) complete la siguiente tabla: Frecuencia (Hz) Vin Vout 1 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 3. Cambie la resistencia de retroalimentación por una de 100kΩ y llene la tabla del punto 2. 4. Cambie la resistencia de retroalimentación por una de 10 kΩ y llene la table del punto 2. Utilice un

Vin = 1Vp-p 5. Dibuje las gráficas (Vout vs Frecuencia) y (Aol vs Frecuencia). 6. Para los incisos 2, 3 y 4 obtenga la frecuencia a la que se tiene la frecuencia de corte.

Cuál es el ancho de banda de lazo abierto del operacional? Cuál es el ancho de banda máximo de lazo cerrado para este operacional?

(b) Variación del ancho de banda del sistema por medio de la compensación. 1. Arme el siguiente circuito.

9

FIGURA 2

V in1

V in2

R 1

R2

R3

C1

C2

C3

+15V

-15V

0.1uF

0.1uF

VOUT+

-2

3

4

7

8

5

6

2. Utilice el arreglo de capacitores de la tabla siguiente:

Ganancia C1 pF C2 pF C3 pF 40 0 0 0 20 0 20 1 0 30 30 3

3. Maneje un voltaje de entrada Vint1 = 500mV y Vint2 = 450mv. Calcule el ancho de banda para cada

arreglo de capacitores. 4. Para cada arreglo mencione a que frecuencia se tiene una señal inestable.

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ELECTRONICA III PRACTICA No. 3 CONFIGURACIONES INVERSOR, NO-INVERSOR Y SEGUIDOR DE VOLTAJE

CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES OBJETIVO: Al finalizar la práctica, el alumno se familiarizará con las características de operación de

los amplificadores operacionales en las configuraciones inversor, no-inversor y seguidor de voltaje.

MATERIAL: Resistencia de 1kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 4.7kΩ, 1/4W (1) Resistencias de 10kΩ, 1/4W (2) Resistencia de 22kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 47kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 100kΩ, 1/4W (1) Amplificador operacional LM741 (1) EQUIPO: Osciloscopio. Generados de funciones. Multímetro. DESARROLLO: 1. Alambrar el circuito de la figura 1.

FIGURA 1

10k

10k-

+

VOUT741

2

3

+15V7

-15V

Ri+

1V/500Hz 4

6

Rf

NOTA: Cada vez que cambie de resistencia no se olvide de apagar las fuentes, tanto de voltaje como

la de entrada. 2. Determinar la ecuación de la ganancia de voltaje (Av), su valor numérico, y el del voltaje de salida

llenando la tabla siguiente:

VALOR CALCULADO VALOR MEDIDO AV

V0UT

11

3. Manteniendo la señal de entrada a 1Vp-p, cambie el resistor Rf, de acuerdo a la tabla siguiente: Rf Valor medido de

Vout Valor medido de

ganancia Ganancia calculada

Diferencia

10KΩ 22KΩ 47KΩ 100KΩ 4.7KΩ 1KΩ

4. Dibujar cada señal obtenida para los diferentes valores de Rf. 5. Alambrar el circuito de la figura 2

FIGURA 2

10k

10k-

+

VOUT741

2

3

+15V7

-15V

Ri

1V/500Hz

4

6

Rf

+

. 6. Repetir los pasos 2, 3 y 4 para el circuito de la figura 2. 7. Alambrar el circuito de la figura 3

FIGURA 3

-

+

VOUT741

2

3

+15V

7

-15V

1V/500Hz

4

6

+

8. Repetir el paso 2 y 4 para este circuito. 9. Pruebe el circuito con una entrada de voltaje de 2.5V, obtenga el voltaje teórico y el experimental. CONCLUSIONES:

12

Incluya en sus conclusiones si existe alguna diferencia entre los valores teóricos y los valores medidos, en caso de haber diferencia, explique a que le atribuye dichas variaciones.

13

ELECTRÓNICA III

PRACTICA No. 4 CONFIGURACIONES SUMADOR, INTEGRADOR Y DIFERENCIADOR DE

VOLTAJE CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES OBJETIVO: Al finalizar la práctica, el alumno se familiarizará con las características de operación de

los amplificadores operacionales en las configuraciones sumador, diferenciador e integrador.

MATERIAL: Resistencia de 1kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 2.2kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 5.1kΩ, 1/4W (1) Resistencias de 10kΩ, 1/4W (3) Resistencia de 11kΩ, 1/4W (1) Resistencias de 12kΩ, 1/4W (2) Resistencia de 18.5kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 22kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 36kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 37kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 47kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 100kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 270kΩ, 1/4W (1) Potenciómetro de 50kΩ. Capacitor de 390pF. (1) Capacitor de 0.0022 µF. (1) Capacitor de 0.0047 µF. (1) Capacitor de 0.05 µF. (1) Capacitor de 0.47 µF. (1) Amplificador operacional LM741 (2) EQUIPO: Osciloscopio. Generador de funciones. Multímetro. DESARROLLO: a) Obtención de la ganancia de lazo cerrado calculando el producto ganancia-ancho de banda. 1. Alambrar el circuito de la figura 1.

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FIGURA 1

10k

10k

+

VO741

2

3

+15V7

-15V

R1

4

6

Rf

-

OsciloscopioCH 2

CH 1

V1

2. En el osciloscopio establecer:

• Canales 1 y 2: 0.1 volt/división. • Base de tiempo: 0.5 µsec/división. • Acoplo DC.

3. Aplicar un voltaje de entrada tal que el voltaje de salida sea 0.7 volts. Hacer este ajuste lo más

preciso posible. Mida el voltaje de entrada. Vin: __________Volts

Dibuje el Vin visto en el osciloscopio. 4. Ahora, suavemente varíe la frecuencia de entrada hasta obtener un voltaje de salida de 0.5Volts.

Puede suceder que el voltaje se incremente ligeramente antes de empezar a disminuir. Mide la frecuencia en el punto donde la salida de voltaje es de 0.5 volts pico a pico, y regístralo.

BW = ___________ KHz (Acl = 1) Este es el ancho de banda del op-amp cuando la ganancia de voltaje es 1.0. La respuesta a las altas frecuencias es ahora un factor de 0.707 menor que la baja frecuencia, o respuesta en dc, y es equivalente a -3dB.

5. Calcule el producto ganancia-ancho de banda(GBP) multiplicando el ancho de banda (BW) y la

ganancia de voltaje (Acl) y registre el resultado. GBP = ____________KHz

6. Ahora cambie R1 a 5KΩ (use una resitencia de 10 KΩ en paralelo con la del circuito 1). Cambie el

canal 2 a 0.2volt/división y el tiempo base a 1µsec/división. Varíe la frecuencia de entrada hasta obtener un voltaje de salida pico a pico de 1 volt. Mida la frecuencia en este punto y registre el resultado:

BW = ___________ KHz (Acl = 2) 7. Como en el paso 5, calcule el producto ganancia-ancho de banda.

GBP = ____________KHz Cómo es este valor comparado con el obtenido en el paso 4?

15

8. Ahora cambie R1 a 1 KΩ. Cambie en el canal 2 a 1volt/división y la base de tiempo a 5µsec/división. Varíe el voltaje de entrada hasta obtener un voltaje de salida pico a pico de 5volts. Mida la frecuencia en este punto, y escriba el resultado.

BW = ___________ KHz (Acl = 10) 9. Como antes, calcule el producto ganancia-ancho de banda.

GBP = ____________KHz Cómo es este valor comparado con el obtenido en el paso 4 y 7?

10. Conclusiones sobre el producto ganancia-ancho de banda. (b) Operación de un sumador de 2 entradas. 1. Arme el circuito de la figura 2.

FIGURA 2

OsciloscopioCH 1

10k

10kVOR1

R

V1

+

741

2

3

+15V7

-15V

4

6

f

-

+

741

2

3

+15V7

-15V

4

6-

10kR2

V2

2. En el osciloscopio establezca:

• Canal 1: 1volt/división. • Base de tiempo: 1msec/división. • acoplo en ac.

3. Obtenga un voltaje V1 igual a 1 volt, y ajuste la frecuencia de manera que tenga 3 ciclos en el osciloscopio (300Hz). 4. Mida el voltaje de salida del primer amplificador (V2). Cuál es su valor?

V2 = ________ Volts 5. Mida el voltaje de salida del segundo amplificador (V0). Cuál es su valor?

V0 = _________Volts Porqué se obtuvo este valor?

6. Dibuje tanto V1, V2 y V0 como si los tuviera los tres voltajes en la pantalla del osciloscopio. 7. Arme el circuito de la figura 3.

16

FIGURA 3

OsciloscopioCH 1

10k

10kVOR1

R

V1

+

741

2

3

+15V7

-15V

4

6

f

-

+

741

2

3

+15V7

-15V

4

6-

10kR2

V2

47k

47k

8. Obtenga un voltaje V1 igual a 1 volt, y ajuste la frecuencia de manera que tenga 3 ciclos en el

osciloscopio (300Hz). 9. Mida el voltaje de salida del primer amplificador (V2). Cuál es su valor?



11. Dibuje tanto V1, V2 y V0 como si los tuviera los tres voltajes en la pantalla del osciloscopio. 12. Arme el circuito de la figura 4.

FIGURA 4

OsciloscopioCH 1

10k

10kVOR1

RV1

+

741

2

3

+15V7

-15V

4

6

f

-

+

741

2

3

+15V7

-15V

4

6-

10kR2

V2

47k

47k

13. Obtenga un voltaje V1 igual a 1 volt, y ajuste la frecuencia de manera que tenga 3 ciclos en el

osciloscopio (300Hz). 14. Mida el voltaje de salida del primer amplificador (V2). Cuál es su valor?


17


16. Arme el circuito de la figura 4.1

-

+R 1

R 2

R 6

R 3

R 5

R 4

R f

RB

R L

10k

5.1k50

11k

18k

36k

V 3V 2

V 1

36k

50k

FIGURA 4.1

17. Ponga los siguientes valores de voltajes: V1 = 500mVp a 2.7kHz. V2 = 2V. V3 = 3Vrms a 500Hz. 18. Calcule el voltaje de salida. 19. Mida el voltaje en la resistencia RL.

VRL = _____________(Volts) 20. Dibuje la señal de salida. 21. Armar el circuito de la figura 4.2

18

R f

-

+

R 4

R L

5.1k

36k

50k

FIGURA 4.2

18.5kR 3

V 3

R 2

37k

V 2

R 111k

V 1

22. Calcule el voltaje de salida. 23. Mida el voltaje en la resistencia RL.

VRL = _____________(Volts) 24. Dibuje la señal de salida. 25. Calcule el valor de R4 (de la figura 4.2) necesario para obtener el mismo voltaje de salida de la

figura 4.1. R4 = ______________(Ohms)

26. Conclusiones sobre el amplificador sumador. (c) Operación de un diferenciador. 1. Arme el circuito de la figura 5.

FIGURA 5

22k

2.2k

+

V0741

2

3

+15V7

-15V

4

6

Rf

-

OsciloscopioCH 2

CH 1

Vi

R1

C

.0047uF

19

2. En el osciloscopio establecer:

• Canal 1: 0.5volt/división. • Canal 2: 0.05 volt/división. • Base de tiempo: 0.5msec/división. • Acoplo DC.

3. Ajuste un voltaje de pico a pico de una señal de entrada triangular a 1 volt (0.5 volt de pico) y la

frecuencia a 400Hz (2 ciclos completos). Debes tener en el canal 2 la señal de salida igual a una onda cuadrada defasada 180° con respecto a la entrada.

4. Mida el voltaje de pico negativo de la onda cuadrada (con respecto a tierra), apuntando el

resultado. Voltaje de pico negativo = ____________volts

5. Ahora mida el periodo de tiempo para el cual el voltaje de onda cuadrada es negativo (t1). Si la

frecuencia de entrada es exactamente 400Hz y simétrica, tu debes de medir aproximadamente 1.25msec.

6. Para el voltaje de salida negativo, la ecuación para el pico de voltaje de salida de una onda

triangular diferenciada cuadrada está dado por:

( )VR CV

tpicoF m

01

2= −

Cómo es el valor que determinaste en el paso 4 con respecto al valor obtenido matemáticamente? 7. Cambie la base de tiempo a 0.2msec/división y en el canal 2 a 0.1 volt/división. Ahora ajuste la

frecuencia de entrada para obtener 2 ciclos completos (1khz). Repetir los pasos 4,5 y 6. Cómo son sus resultados con respecto a los calculados?

8. Ahora cambie la base de tiempo a 10µsec/división y el canal 2 a 2volt/división. Ajuste la

frecuencia de manera que complete 3 ciclos (30khz). Cómo es la señal de salida? Dibújela. 9. Mida el voltaje de salida pico a pico y determine la ganancia de voltaje. Es la que usted esperaba? 10. Alambre el circuito de la figura siguiente

20

FIGURA 5.1

12k

270k+

V0741

2

3

6-

OsciloscopioCH 2

CH 1

Vi

.05uF

12k

R2

2C

1C

3C.47uF

390pF

R1

R3

11. Para un voltaje de entrada Vi = ±2V triangular a una frecuencia de 2kHz, obtenga el voltaje de

salida V0. Dibuje la señal de salida. 12. Cambie el tipo de señal a una entrada cuadrada con las mismas características del inciso anterior;

obtenga el voltaje de salida y dibuje la forma de onda. 13. Qué pasa si se le quita el capacitor C2. Dibuje la señal de salida. 14. Conclusiones sobre el circuito diferenciador. (d) Operación del integrador. 1. Arme el circuito de la figura 6.

FIGURA 6

100k

10k

+

V0741

2

3

+15V7

-15V

4

6

Rf

-

OsciloscopioCH 2

CH 1

Vi

R1

C

.0022uF

10k R2

21

2. En el osciloscopio tenga:

• Canales 1 y 2: 0.5volt/división. • Base de tiempo: 20µsec/división. • Acoplo en dc.

3. Ajuste un voltaje de entrada pico a pico de onda cuadrada en 1 volt (0.5 volt de pico) y a una

frecuencia de 10khz. Debes de obtener en la salida una señal triangular defasada 180° con respecto a la de entrada.

4. Mida el voltaje de pico negativo de la onda triangular, apuntando el resultado.

Voltaje de pico negativo = ____________volts 5. Ahora mida el periodo de tiempo para el cual al voltaje de onda cuadrada le toma completar medio

ciclo (t). Si la frecuencia de entrada es simétrica y de 10KHz, tu debes de medir aproximadamente 50µsec.

6. Para una señal cuadrada de entrada, el voltaje de salida pico a pico de una onda triangular está

dado por:

( )VV t

R Cp pm

01

− = −

Cómo es el valor que determinaste en el paso 4 con respecto al valor obtenido matemáticamente? 7. Cambie el tiempo base del osciloscopio a 50µsec/división y los canales 1 y 2 a 1 volt/división.

Ahora ajuste la frecuencia de entrada de manera que tenga 2 ciclos completos (4kHz). Repetir los pasos 4,5 y 6. Cómo son sus resultados con respecto a los calculados?

8. Ahora cambie la base de tiempo a 2msec/división y el canal 2 a 5volt/división. Ajuste la

frecuencia de manera que complete 2 ciclos (100Hz). Cómo es la señal de salida? Dibújela. 9. Mida el voltaje de salida pico a pico y determine la ganancia de voltaje. Es la que usted esperaba? 10. Conclusiones sobre el circuito diferenciador.

22

ELECTRONICA III PRACTICA No. 5 CIRCUITOS CONVERTIDORES Y COMPARADORES CON AMPLIFICADORES

OPERACIONALES OBJETIVO: Al finalizar la práctica, el alumno se familiarizará con los convertidores de voltaje a

corriente y corriente a voltaje; así como de los comparadores utilizando amplificadores operacionales.

MATERIAL: Resistencia de 470Ω, 1/4W (1) Resistencia de 1kΩ, 1/4W (3) Resistencia de 2.2kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 3.3kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 3.9kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 4.7kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 5.6kΩ, 1/4W (1) Resistencias de 10kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 12kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 15kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 22kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 27kΩ, 1/4W (1) Resistencia de 33kΩ, 1/4W (1) Potenciómetro de 50kΩ (1) Fotocelda (1) Diodo 1N914 o cualquiera de propósito general (2) Diodo zener 1N751 o cualquiera de 5.1V (1) Led rojo (1) Amplificador operacional LM741 (2) EQUIPO: Osciloscopio. Generados de funciones. Multímetro. DESARROLLO: a) Fuente de corriente constante. 1. Alambrar el circuito de la figura 1.

23

FIGURA 1

4.7k

+

VOUT741

2

3

-+15V

7

-15V

4

6R1

A

-Vs(-15V)

10k

1k

VRef + -

RLIL

OsciloscopioCH 1

IV

RLref=

1

VR

RVout

Lref= −

1

2. Necesitas un ampérmetro con escala de 1mA. La fotocelda es del tipo de propósito general. Aplicar

el voltaje indicado y observe las lecturas en el ampérmetro. Si la polaridad del indicador es negativa, disconecte la fuente e invierta las conexiones del medidor.

3. Mida el voltaje Vref, el voltaje de referencia es una fuente de voltaje constante, usando el

osciloscopio. También mida la corriente IL y el voltaje Vout, registrando sus resultados: Vref = _____________ volts IL = ______________ mA Vout = _____________ volts (iluminación completa) Estos valores van a servir para caracterizar los parámetros de operación del circuito en condiciones de iluminación completa.

4. El valor de la resistencia de la fotocelda (RL) de este circuito es idéntica a la de un amplificador

inversor. Determine el valor de la resistencia RL de acuerdo a los valores del paso 3. RL = _____________Ω

5. Ahora compare el valor medido de la corriente del paso 3 con el valor calculado IV

RLref=

1

IL = ______________mA

Los valores son similares? 6. Monitoree el ampérmetro y el voltaje de salida en el osciloscopio mientras pasa suavemente su

mano sobre la fotocelda. Qué sucede?. Registre Vref = _____________ volts IL = ______________ mA Vout = _____________ volts

7. Ahora ponga su dedo directamente encima de la fotocelda. Mida IL y Vout. Registre sus resultados:

IL = ______________ mA Vout = _____________ volts (en la oscuridad)

24

8. Como en el paso 4, determine la resistencia de la fotocelda

RL = _____________Ω (oscuridad) 9. Haga sus conclusiones sobre la fuente constante de corriente de acuerdo a sus mediciones. b)Conversión de corriente a voltaje. 1. Alambrar el circuito de la figura 2.

FIGURA 2

4.7k

+

VOUT741

2

3

-+15V

7

-15V

4

6

R(-15V)

50kI

OsciloscopioCH 1

A+ -

2. Aplicar el voltaje indicado y observe las lecturas en el ampérmetro. Si la polaridad del indicador es

negativa, disconecte ela fuente e invierta las conexiones del medidor. 3. Ajuste el potenciómetro de 50kΩ hasta que el osciloscopio lea un valor conveniente para el voltaje

de salida, Vout; el cual debe ser menor al de la fuente de polarización (por ejemplo +7V). Registre las siguientes mediciones: I1 = ______________ mA V(out)1 = _____________ volts Estos valores son para condiciones de completa iluminación.

4. Ahora cubra la cara de la fotocelda con su mano y mida otra vez la corriente y el voltaje de salida.

Registre sus mediciones: I2 = ______________ mA V(out)2 = _____________ volts Estos valores son para condiciones de oscuridad.

5. Reste I2 a I1 y V(out)2 a V(out)1.

∆I I I= − =1 2 __________mA ∆V V Vout out out= − =( ) ( )1 2 ___________volts.

25

y obtenga R.

RV

Iout= =

∆∆

____________Ω

6. Explique que se obtuvo en este inciso (b) y que pasa si cambiamos a R. (c) Convertidor de voltaje a corriente no-inversor. 1. Alambrar el circuito de la figura 3.

FIGURA 3

1k+ VOUT

7412

3

-

+15V7

-15V

4

6

RL

(+15V)

50k

A

+

-OsciloscopioCH 1

I

1kR1

Vi

2. Inicialmente remplace el resistor de carga RL, conectando un alambre. Aplique la alimentación y

ajuste el potenciómetro hasta que obtenga Vi igual a +0.5 volts. Si ampérmetro esta leyendo un valor negativo cambie sus terminales, apagando las fuentes.

3. Con Vi = +0.5 V, mida IL y registre el resultado.

IL = ___________ mA De la ecuación de diseño, calcule el valor de IL, es el msimo valor que el medido?

4. Remueva el puente de alambre y conecte la resistencia de carga de 1KΩ. Cambió la corriente de

carga? 5. Con la siguiente combinación de voltajes de entrada y resistencias de carga, complete la siguiente

tabla: Vi RL IL(medido) IL(calculado) 0.5V 1kΩ 0.5V 10kΩ 0.5V 22kΩ 0.5V 27kΩ 0.5V 33kΩ 1.0V 470Ω 1.0V 1kΩ

26

1.0V 3.3kΩ 1.0V 5.6kΩ 1.0V 10kΩ 1.0V 12kΩ 3.0V 470Ω 3.0V 1kΩ 3.0V 3.3kΩ 3.0V 3.9kΩ

6. De los valores experimentales del paso 5, que puede concluir acerca del convertidor de voltaje a

corriente. 7. Que sucedió y por qué con los últimos valores de resistencia a los diferentes voltajes de entrada (Vi=0.5V RL= 33kΩ; Vi=1.0V RL= 12kΩ; Vi=3.0 RL= 3.9kΩ)? (d) Convertidor de voltaje a corriente inversor. 1. Alambrar el circuito de la figura 4.

FIGURA 4

1k

+

741

2

3

-+15V

7

-15V

4

6R1

+15V1k+-

RL

A

IL

OsciloscopioCH 1

Vi50k

2. Inicialmente remplace el resistor de carga RL, conectando un alambre. Aplique la alimentación y

ajuste el potenciómetro hasta que obtenga Vi igual a +0.5 volts. Si el ampérmetro esta leyendo un valor negativo cambie sus terminales, apagando las fuentes.

3. Con Vi = +0.5 V, mida IL y registre el resultado.

IL = ___________ mA De la ecuación de diseño, calcule el valor de IL, es el msimo valor que el medido?

4. Remueva el puente de alambre y conecte la resistencia de carga de 1KΩ. Cambió la corriente de

carga? 5. Con la siguiente combinación de voltajes de entrada y resistencias de carga, complete la siguiente

tabla:

27

Vi RL IL(medido) IL(calculado) 0.5V 1kΩ 0.5V 10kΩ 0.5V 22kΩ 0.5V 27kΩ 0.5V 33kΩ 1.0V 470Ω 1.0V 1kΩ 1.0V 3.3kΩ 1.0V 5.6kΩ 1.0V 10kΩ 1.0V 12kΩ 1.0V 15kΩ 3.0V 470Ω 3.0V 1kΩ 3.0V 3.3kΩ 3.0V 3.9kΩ 3.0V 4.7kΩ

6. De los valores experimentales del paso 5, que puede concluir acerca del convertidor de voltaje a

corriente. 7. Que sucedió y por qué con los últimos valores de resistencia a los diferentes voltajes de entrada

(Vi=0.5V RL= 33kΩ; Vi=1.0V RL= 15kΩ; Vi=3.0 RL= 4.7kΩ)? (e) Comparador no-inversor 1. Alambrar el circuito de la figura 5.

FIGURA 5

1k

+

7412

3

-

+15V7

-15V

4

6

+15V

Vi50k

OsciloscopioCH 1

10k+15V Vref

100k

1N914

2N2222

+15V

1k

2. Ajuste en el osciloscopio:

• Canal 1: 1volt/división.

28

• Base de tiempo: 1msec/división. • Acoplo en DC.

Cuando: Vi < Vref Vout = -Vsat (Led apagado) Vi > Vref Vout = +Vsat (Led encendido)

3. Dependiendo del ajuste del potenciómetro, el Led puede o no iluminarse. Si el Led esta encendido,

gire el potenciómetro hasta que se apague. 4. Con el osciloscopio mida el voltaje en el pin 2 del op-amp y escriba el resultado.

Vref = _________ volts 5. Ahora mida con el osciloscopio en el pin 3 del op-amp. Mientras observa el Led, varíe el

potenciómetro hasta que el led encienda. Mida el voltaje y escribalo abajo. (Vi)Led encendido = ___________ volts

Cómo es este valor comparado con el del paso 4?

6. Desconecte las fuentes. Verifique la operación del comparador no inversor variando la resistencia

R1, y repetir desde el paso 3 al 5, de acuerdo a la siguiente tabla: R1 Vref medido (Vi)led encendido medido

1kΩ

2.2kΩ

5.6kΩ

(f) Comparador como convertidor de onda senoidal a cuadrada. 1. Alambrar el circuito de la figura 6.

+

741

2

3

-+15V

7

-15V

4

6

Vi

Vout

osciloscopio

FIGURA 6

CH 1 CH 2


• Canal 1: 1volt/división.

29

• Canal 2: 10volts/división. • Base de tiempo: 1msec/división. • Acoplo en DC.

3. Ajuste el voltaje de entrada pico a pico a 3 volts; también ajuste la frecuencia a 300 Hz. Cuál es la

polaridad del voltaje de salida cuando la señal de entrada es positiva? y cuando es negativa?. Dibuje las formas de onda.

4. Invierta las conexiones de las entradas, tal que la señal senoidal sea aplicada en la entrada

noinversora, mientras que la tierra se conecta a la entrada inversora. Aplique el mismo voltaje de entrada a la misma frecuencia. Dibuje las señales de entrada y salida y comparelas con las del inciso 3. Que sucedió?

5. Apague las fuentes y agregue el circuito de la figura 7 a la salida del comparador no-inversor.

Entrada Salida1k

1N751(5.1V)

FIGURA 7 6. Ajuste en el osciloscopio:

• Canal 1: 0.5volt/división. • Canal 2: 5volts/división. • Base de tiempo: 0.2msec/división. • Acoplo en DC.

Ajuste una señal senoidal de 1 Vp-p con una frecuencia de 1500Hz.. Cuál es la salida obtenida, cuál es su valor?. Dibuje las formas de onda. (g) Comparador de ventana. 1. Alambrar el circuito de la figura 8.

30

+

741

2

3

-

Vout

FIGURA 8

+15V7

-15V

4

6

+15V7

-15V

4

6-2

Vi

1k

VH+15V

+15V

3.3k

VL+15V

10k+

3741

1k

osciloscopioCH 1

Vólmetro+

-

50k


• Canal 1: 5volts/división • Base de tiempo: 1msec/división. • Acoplo en DC.

3. Con el voltímetro conectado al pin 2 del primer op-amp, mida el voltaje VH, y guarde el resultado.

VH = ___________ volts 4. Ahora mida el voltaje del pin 3 del segundo op-amp, VL, registre el resultado abajo.

VL = ___________ volts 5. Conecte el voltímetro entre tierra y el punto Vi, y varíe el potenciómetro de 50kΩ hasta obtener el

mínimo voltaje (aprox. 0 Volts). En el osciloscopio vea cual es la salida del comparador. de ventana.

Vout = ____________ volts 6. Suavemente varíe el potenciómetro incrementando el voltaje de entrada Vi hasta que el voltaje de

salida, que ve en el osciloscopio, repentinamente cae a cero volts. Registre el valor del voltaje de entrada.

Vi(V0=0) = _____________ volts Cómo es este valor comparado con el voltaje que determinaste en el paso 4?

7. Suavemente incremente el voltaje de entrada hasta que en la salida tenga un voltaje igual al de

saturación. En este punto mide el voltaje de entrada con el vólmetro y escribelo abajo. Vi(V0=+Vsat) = ______________ volts

Cómo es este valor comparado con el voltaje que determinaste en el paso 3?

31

8. Verifica la operación del comparador de ventana para un diferente conjunto de voltajes de referencia. Cambie la resistencia de 3.3kΩ a 1kΩ y la resistencia de 10kΩ a 4.7kΩ,y repita los pasos 1 al 7.

32


GENERADOR DE SEÑALES OBJETIVO: Al finalizar la práctica, el alumno podrá ver y comprender la utilización de los

osciladores en conjunto para conformar un generador de funciones. MATERIAL: Resistencia de 10kΩ, 1/4W (5) Resistencia de 18kΩ, 1/4W (1) Resistencias de 68kΩ, 1/4W (1) Potenciómetro de 10kΩ, 1/4W (3) Potenciómetro de 200kΩ, 1/4W (2) Potenciómetro de 750kΩ, 1/4W (1) Capacitor de 1 µF. (3) Capacitor de 0.1 µF. (3) Capacitor de 0.01 µF. (3) Capacitor de 0.001 µF. (3) Capacitor de 100pF. (3) Diodo zener de 12V (2) Amplificador operacional LM741 (3) EQUIPO: Osciloscopio. DESCRIPCION DEL SISTEMA: Un generador de funciones es un dispositivo que nos permite obtener señales senoidales, cuadradas y triangulares oscilatorias, dependiendo de la función seleccionada. La frecuencia del selector de ondas puede variar desde menos de 1Hz hasta más de 1MHz, dependiendo del equipo; y la amplitud de la salida puede ser ajustada hasta +10V. El concepto de este generador de funciones en particular es muy simple. El oscilador produce una señal senoidal que maneja un detector de nivel cero (comparador) para producir una señal cuadrada de la misma frecuencia que la señal senoidal. La salida del detector de nivel va a un integrador, el cual genera un voltaje de salida triangular también con la misma frecuencia de una señal senoidal. La frecuencia de la onda senoidal es controlada por la selección de alguno de los cinco valores de los capacitores del circuito oscilador. La variación de la frecuencia dentro de cada rango es acompañado por un ajuste con resistencias. Las resistencias están unidas en forma de potenciómetros. La cosntante de tiempo es ajustada en pasos de frecuencia seleccionando los valores de capacitor y resistencia. DESARROLLO: 1. Alambrar el circuito de la figura siguiente.

33

10k

12V

10k

12V

10k

R3

R2

R4

-

+

741

R1

10k

10k

offset

-15V

R11

IC1

R5

18k

200kR9

Frecuencia

-

+

741

IC2

offset

10k

-15V

R12

Rango

C1 C2 C3 C4 C5

R11

200k

x100

x1k

x10k

x10

x1

0.0

01uF

100pF

0.0

1uF

0.1

uF

1uF

x1

x10

x100

x1k

x10k

C6 C7 C8 C9 C10

1uF

0.1

uF

0.0

1uF

0.0

01uF

100pF

Frecuencia

Rango

Rango

IC3

C11

C12

C13

C14

C15

1uF

0.1uF

0.01uF

0.001uF

100pF

x1

x10

x100

x1k

x10k

Frecuencia

R7

68k 750k

R10

741

-

+

offset

10k R13

-15V

100kR14

Amplitud

Salida

Función

34

2. Determinar la máxima frecuencia del oscilador para cada rango (x1, x10, y así con los demás). Sólo un conjunto de tres switches puede ser cerrado a la vez.

3. Determine la mínima frecuencia del oscilador para cada rango. 4. Determine el voltaje de salida pico a pico para cada función. El voltaje de dc suministrado es de

±15V. 5. Describa completamente la operación de cada parte del circuito (como trabaja, para que sirve, qué

tipo de oscilador se ocupó y como lo identificó, como son seleccionadas las funciones, la frecuencia y la amplitud).

CONCLUSIONES.

35


FILTROS ACTIVOS Y MULTIVIBRADORES. OBJETIVO: Al término de esta práctica el alumno conocerá el efecto en frecuencia en los circuitos

con amplificadores operacionales cuando se arman filtros activos. Además de aprender a manejar las dos formas de trabajo del 555.

MATERIAL: 1 Resistencia de 100 Ω 1/4W. 1 Resistencia de 3.3 kΩ 1/4W. 1 Resistencia de 4.7 kΩ 1/4W. 2 Resistencia de 10 kΩ 1/4W. 1 Resistencia de 100 kΩ 1/4W. 1 Resistencia de 1 MΩ 1/4W. 1 Resistencia de 2 MΩ 1/4W. 1 Capacitor de 0.01 uF. 1 Capacitor de 0.05 uF. 1 Capacitor de 1.00 uF. 1 Capacitor de 10 uF. 1 Amplificador operacional LM741. 1 Temporizador 555. 1 Diodo de uso general. EQUIPO: 1 Osciloscopio. 1 Generador de señales. 1 Fuente regulable. DESARROLLO: a) 1. Arme el circuito de la figura siguiente. Aplique un voltaje de entrada de 1Vp-p a una frecuencia

de 100 Hz.

FIGURA 1

10k

10k

3.3k10k

+

-

VOUT

Vin

Rf

Ri

RC

0.05uF

RL

36

2. Usando el osciloscopio mida el voltaje de salida y ponga la medición en la tabla.

Frecuencia (Hz) Vout(p-p) (V) Vout/Vin 20 log Vout/Vin 100 300 700 1000 2000 5000 8000 10000 3. Varie la frecuencia del generador y complete la tabla de arriba. 4. Calcule la frecuencia de corte fH y la ganancia del pasabanda. 5. Intercambie la resistencia R y el capacitor C. Ajuste el voltaje de entrada a 1 Vpp y a una frecuecnia

de 100Hz. Mida el voltaje de salida en el osciloscopio y ponga la medición en la siguiente tabla.

Frecuencia (Hz) Vout(p-p) (V) Vout/Vin 20 log Vout/Vin 100 300 700 1000 2000 5000 8000 10000 6. Varie la frecuencia del generador y complete la tabla. 7. Calcule la frecuencia de corte fL y la ganancia del pasabanda. 8. Construya una gráfica de ganancia vs frecuencia para el filtro pasa bajas y otra para el filtro pasa

altas usando los datos de las dos tablas. Determine donde están las frecuencias de corte de cada configuración.

9. Cuál es la diferencia entre el filtro pasa bajas y el pasa altas de acuerdo a sus respuestas? 10. Son iguales las frecuencias de corte teórica y calculada?. Explique su respuesta. b) 555. Multivibrador astable.

37

1. Arme el circuito de la figura siguiente.

C1

C2

V cc

6

4

3

512

8

7

555

0.01uF

1uF C

10uF

D

100

10k

4.7kRB

RA

salida

Multivibrador astable como oscilador de onda cuadrada

2. Varie el potenciómetro hasta obtener la mínima resistencia RA (≈100 ohms). Dibuje la salida y

calcule la frecuencia de la señal en alto y la frecuencia de la señal en bajo. 3. Varie el potenciómetro hasta obtener la máxima resistencia RA (≈10100 ohms). Dibuje la salida y

calcule la frecuencia de la señal en alto y la frecuencia de la señal en bajo. 4. Viendo la señal de salida varie el potenciómetro hasta obtener la misma frecuencia en la señal en

alto y en la señal en bajo. Mida el valor de RA. Explique porque fue ese valor. 5. Quite el diodo y repita los pasos 2, 3 y 4. Compare resultados y explíquelos. 6. Arme el circuito de la figura siguiente.

38

C1

V cc

6

4

3

51

2

8

7

555

0.01uF

1uF C

1MRA

salida

Multivibrador monoestable como incrementador de pulsos

= +5V

entrada

100

7. En el pin 2 ponga una señal de disparo de 200Hz. Vea la señal de salida en el osciloscopio. Dibuje

las dos señales y diga que sucede. 8. Cambie el valor de RA a 100kΩ y compare la señal de salida con la de entrada. 9. Ahora Cambie el valor de RA a 2MΩ, que sucedió. 10. Explique el funcionamiento como multivibrador monoestable.

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