Ingeniería electrónicaEl presente manual de prácticas ha sido diseñado

como complemento experimental para un primer

curso de circuitos electrónicos. Los conocimientos

cubiertos son fundamentales para la formación de

los ingenieros electrónicos y también de relevancia

para los alumnos de otras carreras de ingeniería y

ciencias.

La organización de las prácticas cubre la caracteri-

zación de dispositivos, circuitos de polarización y de

amplificadores. Algunos de los rasgos sobresalientes

son los siguientes:

Cada práctica cuenta con dos secciones principa-

les:Desarrollo, en donde se indican las pruebas a reali-

zar y la información que debe ser registrada como re-

sultado directo de los experimentos, tales como, me-

diciones, oscilogramas y observaciones cualitativas.

Análisis de los resultados, en donde se solicita al

alumno, comparar varios resultados experimentales,

comparar resultados teóricos con experimentales,

así como procesar la información recabada en el de-

sarrollo, con el fin de obtener nueva información que

permita obtener resultados adicionales interesantes.

Progrese en su conocimiento de lo básico a lo avanzado

Conozca los instrumentos y técnicas de prueba para un mejor desempeño

Experimentos explicados paso a paso

Aprenda mediante la práctica

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Laboratorio de Circuitos Electrónicos I

Nicolás Reyes AyalaRaymundo Barrales GuadarramaErnesto Rodrigo Vásquez Cerón

Melitón Ezequiel Rodríguez RodríguezVíctor Rogelio Barrales Guadarrama

Nicolás Reyes AyalaRaymundo Barrales GuadarramaErnesto Rodrigo Vásquez CerónMelitón Ezequiel Rodríguez RodríguezVíctor Rogelio Barrales Guadarrama

Nicolás Reyes AyalaRaymundo Barrales GuadarramaErnesto Rodrigo Vásquez Cerón

Melitón Ezequiel Rodríguez RodríguezVíctor Rogelio Barrales Guadarrama

Laboratorio de Circuitos Electrónicos I

Ingeniería Electrónica

Profesores titulares del área de investigación “Sensores y Procesamiento de Señales”, del departamento de Electrónica, de la Universidad Autónoma

Metropolitana, unidad Azcapotzalco, México

Bogotá - México, DF

Área: Ingeniería ElectrónicaPrimera edición: Bogotá, Colombia, Enero de 2016ISBN. 978-958-762-471-7

© Nicolás Reyes Ayala, Raymundo Barrales Guadarrama, Ernesto Rodrigo Vásquez Cerón, Melitón Ezequiel Rodríguez Rodríguez y Víctor Rogelio Barrales Guadarrama

(Foros de discusión, blog del libro y materiales complementarios del autor en www.edicionesdelau.com)

© Ediciones de la U - Transversal 42 No. 4 B-83 - Tel. (+57-1) 4065861 - 4942601 www.edicionesdelau.com - E-mail: editor@edicionesdelau.com Bogotá, Colombia

Ediciones de la U es una empresa editorial que, con una visión moderna y estratégica de las tecnologías, desarrolla, promueve, distribuye y comercializa contenidos, herramientas de formación, libros técnicos y profesionales, e-books, e-learning o aprendizaje en línea, realizados por autores con amplia experiencia en las diferentes áreas profesionales e inves-tigativas, para brindar a nuestros usuarios soluciones útiles y prácticas que contribuyan al dominio de sus campos de trabajo y a su mejor desempeño en un mundo global, cambiante y cada vez más competitivo.

Coordinación editorial: Adriana Gutiérrez M.Carátula: Ediciones de la UImpresión: Digiprint Editores SASCalle 63 bis #70-49, Tel. (57+1) 4307050

Impreso y hecho en ColombiaPrinted and made in Colombia

No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamiento infor-mático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro y otros medios, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright.

Reyes Ayala, Nicolás [et al]

Laboratorio de circuitos electrónicos I -- Nicolás Reyes Ayala, Raymundo Barrales Gua-Raymundo Barrales Gua-darrama, Ernesto Rodrigo Vásquez Cerón, Melitón Ezequiel Rodríguez Rodríguez y Víctor Rogelio Barrales Guadarrama -- Bogotá : Ediciones de la U, 2016. p.146 ; 24 cm. Incluye bibliografía e-ISBN 978-958-762-467-0 ISBN 978-958-762-471-7 1. Prevención de accidentes de origen eléctrico 2. Protección de accidentes 3. Precau-ciones y normas 4. Primeros auxilios 5. Normatividad I Tít.613.62 cd

Apreciad@ lector:Es gratificante poner en sus manos esta obra, por esta razón le invitamos a que se registre en nuestra web: www.edicionesdelau.com y obten- ga beneficios adicionales como:

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Contenido

Presentación ................................................................................................................... 11

PRÁCTICA 1. ................................................................................................................... 15Repaso de manejo del equipo de pruebas eléctricas ..................................... 15

PRÁCTICA 2. ................................................................................................................... 29Caracterización de diodos (Diodo rectificador, Zener, LED) ......................... 29

PRÁCTICA 3. .................................................................................................................... 41Circuitos con diodos (Sin capacitores) ................................................................... 41

PRÁCTICA 4. .................................................................................................................... 53Fuentes de alimentación ............................................................................................ 53

PRÁCTICA 5. .................................................................................................................... 69Caracterización del BJT ............................................................................................... 69

PRÁCTICA 6. ................................................................................................................... 81Circuitos de polarización para el BJT. .................................................................... 81

PRÁCTICA 7. ................................................................................................................... 93Amplificadores con BJT .............................................................................................. 93

PRÁCTICA 8. .................................................................................................................109Caracterización del MOSFET ..................................................................................109

PRÁCTICA 9. .................................................................................................................121Circuitos de polarización para el MOSFET .........................................................121

PRÁCTICA 10. ..............................................................................................................131Amplificadores con MOSFET ..................................................................................131

BIBLIOGRAFÍA ..............................................................................................................143

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Autores

Nicolás Reyes Ayala

Es Ingeniero en Electrónica, egresado de la Universidad Autónoma Metropolitana- Az-capotzalco, con área de concentración en Sistemas Digitales y Computadoras; conclu-yó los créditos de la maestría en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica en el Centro de In-vestigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, donde realizó trabajos de microelectrónica en aplicaciones biomédicas. Es académico de la Univer-sidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco desde 1990, donde fue Coordinador de la Carrera de Ingeniería Electrónica por 9 años y actualmente es Profesor-Investigador Titular del área de investigación en Sensores y Procesamiento de Señales e imparte cursos de nivel superior en temas de Electrónica Analógica e Instrumentación. Ha de-sarrollado proyectos para la Industria, incluyendo sistemas de control de tránsito vehi-cular y automatización de procesos. Participó en el proyecto IBERCHIP del que formó parte del equipo de soporte para América Latina.ran@correo.azc.uam.mx

Raymundo Barrales Guadarrama

Ingeniero en Electrónica, con especialidad en Sistemas Digitales, por parte de la Uni-versidad Autónoma Metropolitana—Azcapotzalco (1987) y Maestro en Ciencias, espe-cialidad Ingeniería Biomédica, por parte de la UAM-Iztapalapa (2003) donde desarrolló técnicas de procesamiento para ecocardiografías. Director de ventas y socio fundador de la empresa Electrónica Especializada (87-92) y colaborador en otras empresas del ramo de la electrónica, donde adquirió su experiencia laboral. Es profesor-investigador de tiempo completo en la UAM-A desde 2001, donde desarrolla trabajos en instru-mentación electrónica, procesamiento de señales y sistemas de control. Ha obtenido el grado de Especialista Universitario en Ingeniería Electrónica, Intensificación en Sis-temas de Instrumentación, por parte de la Universidad Politécnica de Valencia, España (2007) y prosigue estudios de doctorado en la misma. Ha sido miembro de las Socie-dad de Instrumentación y Medición del IEEE y coautor en 3 patentes.rbg@correo.azc.uam.mx

Ernesto Rodrigo Vázquez Cerón

Realizó estudios en Ingeniería Física en la Universidad Autónoma Metropolitana Uni-dad Azcapotzalco. Obtuvo el grado de Maestro en Ciencias en el área de Ingeniería Biomédica en la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa y el Doc-torado en Ingeniería Eléctrica en la Universidad de Texas en El Paso. Actualmente es Profesor-Investigador en el Área de Sensores y Procesamiento de Señales del Departa-mento de Electrónica. Es coautor en 3 patentes.ervp@correo.azc.uam.mx

Melitón Ezequiel Rodríguez Rodríguez

Estudio la licenciatura en Ingeniería Física en la Universidad Autónoma Metropolitana en la especialidad de Instrumentación y Equipo y la maestría en Ingeniería Biomédica en la unidad Iztapalapa de la misma Universidad. Ha trabajado en la elaboración de dispositivos de interferencia cuántica superconductores para la obtención de mag-netocardiogramas. Actualmente se desempeña como Profesor en el Departamento de Electrónica de la UAM- Azcapotzalco en donde imparte asignaturas como Análisis de Señales, Procesamiento Digital de Señales, así como Circuitos Eléctricos. Entre sus campos de interés están la instrumentación virtual utilizando LabVIEW así como la caracterización y aplicación de sensores. Es coautor en 3 patentes.err@correo.azc.uam.mx

Víctor Rogelio Barrales Guadarrama

Es ingeniero físico por la Universidad Autónoma Metropolitana; además de Maestro y Doctor en Ciencias por el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Institu-to Politécnico Nacional. Ha trabajado en el depósito de películas delgadas y supercon-ductores. Participa como Profesor- Investigador Titular en el área de investigación de Sensores y Procesamiento de Señales, donde ha desarrollado proyectos tecnológicos de vinculación con la Industria y es coautor de 3 patentes.vrbg@correo.azc.uam.mx

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Presentación

El presente manual de prácticas ha sido diseñado como complemento ex-perimental para un primer curso de circuitos electrónicos, tal como el de Laboratorio de Circuitos Electrónicos I, en la Universidad Autónoma Metro-politana, unidad Azcapotzalco, donde laboramos los autores. Los conoci-mientos cubiertos son fundamentales para la formación de los ingenieros electrónicos y también de relevancia para los alumnos de otras carreras de ingeniería y ciencias.

La organización de las prácticas cubre la caracterización de dispositivos, circuitos de polarización y de amplificadores. Algunos de los rasgos sobre-salientes son los siguientes:

• Se tienen previstas diez prácticas, con el propósito de realizar una por semana, dejando una semana de margen, para el caso de que la clase coincida con un día no laborable, o para cuando sea necesario tomar dos sesiones para una práctica.

• Cada práctica cuenta con dos secciones principales:

9 Desarrollo, en donde se indican las pruebas a realizar y la información que debe ser registrada como resultado directo de los experimentos, tales como, mediciones, oscilogramas y observaciones cualitativas.

9 Análisis de los resultados, en donde se solicita al alumno, comparar varios resultados experimentales, comparar resultados teóricos con experimentales, así como procesar la información recabada en el de-sarrollo, con el fin de obtener nueva información que permita obtener resultados adicionales interesantes. Esta sección busca que el alumno de manera dirigida llegue a conclusiones significativas de cada tema, en lugar de dar un exceso de libertad, que arroje solamente comen-tarios intrascendentes, o peor aún, que solamente sea cubierta con

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material tomado de páginas electrónicas, no siempre apropiado al tema y no siempre correcto.

El material no pretende ser un simple repaso de la teoría, más bien busca permitir que el alumno descubra por un camino distinto los principios de la teoría, así como encontrar sentido físico a lo que se estudia de forma teórica; este diseño no hace indispensable que coincidan exactamente los calendarios del curso teórico con el de laboratorio.

Cada práctica cuenta con espacios para registrar la información solicitada; en el caso de valores numéricos aislados o en tablas, se indican las unida-des necesarias, de manera que los alumnos se acostumbren a esta práctica y en ningún caso la omitan; en el caso de las gráficas se identifican las varia-bles corrrespondientes a cada eje, así como las correspondientes unidades; no obstante, las escalas y acotaciones se dejan como responsabilidad de los alumnos. Se pretende evitar que los alumnos simplemente copien las pantallas del osciloscopio sin entender a cabalidad la esencia de la infor-mación que están registrando.

Existen varios libros que cubren la temática del curso; sin embargo, se en-focan principalmente a los aspectos teóricos, existiendo una escasez ma-nifiesta de material publicado para prácticas, tanto en extensión, como en profundidad, que cubra las necesidades de nuestro tema.

Este programa requiere un curso previo de circuitos eléctricos a nivel de licenciatura, que cubra tanto la teoría, como aspectos prácticos incluyendo el manejo del equipo de pruebas eléctricas. Se asume que se cuenta con el equipo de laboratorio mínimo que se utiliza en un curso universitario de electrónica, que incluye un osciloscopio de 2 canales, un generador de funciones, una fuente de alimentación triple y dos multímetros.

Este manual, por su extensión y contenido, si duda enriquecerá la literatura didáctica de electrónica básica en español y cubrirá el vacio existente en el aspecto práctico.

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PRESENTACIÓN

LISTA DE PRÁCTICAS

NÚMERO TEMA

P1 Repaso de manejo del equipo de pruebas eléctricas.

P2 Caracterización de diodos (Diodo rectificador, Zener, LED)

P3 Circuitos con diodos (Sin capacitores)

P4 Fuentes de alimentación

P5 Caracterización del BJT

P6 Circuitos de polarización para el BJT

P7 Amplificadores con BJT

P8 Caracterización del MOSFET

P9 Circuitos de polarización para el MOSFET

P10 Amplificadores con MOSFET

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PRÁCTICA 1.

Repaso de manejo del equipo de pruebas eléctricas

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

El alumno será capaz de:Utilizar las funciones básicas del siguiente equipo de laboratorio:

• Tablilla de experimentos.• Fuente de alimentación.• Multímetro.• Generador de Funciones.• Osciloscopio.

CONTENIDO

• Identificación y manejo de los instrumentos de medición, generación y soporte.

• Ejercicios prácticos de generación de voltajes con la fuente de alimenta-ción y su medición con el voltímetro.

• Ejercicios prácticos de generación de señales con el generador de fun-ciones y su visualización y medición con el osciloscopio.

PREPARACIÓN DE LA PRÁCTICA

Obtener los manuales de operación de los siguientes equipos:• Fuente de alimentación.• Multímetro.• Generador de Funciones.• Osciloscopio.

Obtener el reglamento del laboratorio.

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS I

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COMPONENTES Y MATERIALES

• Tablilla• Alambre aislado calibre 22 de varios colores (para hacer conexiones).• Soldadura para electrónica con centro de resina.

HERRAMIENTAS

• Pinzas de punta.• Pinzas de corte.• Pinzas para pelar cable.• Desarmadores de joyero.• Cautín tipo lápiz.

EQUIPO NECESARIO

• Multímetro portatil con puntas de prueba.• Multímetro de banco con puntas de prueba.• Fuente de alimentación triple, con 1 par de puntas.• Generador de Funciones con 2 puntas de prueba “directas”.• Osciloscopio con 2 puntas de prueba “atenuadas”.

RECOMENDACIONES

Realizar los cambios sin energía.

PRÁCTICA 1. REPASO DE MANEJO DEL EQUIPO DE PRUEBAS ELÉCTRICAS

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DESARROLLO

1. Generación y medición de voltajes de corriente directa, uso de la fuente de alimentación y del voltímetro.

Tabla 1: Características principales de la fuente triple

Marca y modelo

Forma de alimentación

Número de salidas fijas y sus características

Número de salidas variables y sus caracte-rísticas

Número de interrupto-res de encendido

Número de medidores y sus funciones

Interruptures de confi-guración y sus funcio-nes

2. Identifique los multímetro portatil y de banco y registre la información que se pide en la tabla 2.

Tabla 2: Características principales de los multímetros, portátil y de banco.

Multímetro portátil Multímetro de banco

Marca y modelo

Forma de alimen-tación

Número de termi-nales de prueba

Pruebas disponi-bles

LABORATORIO DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS I

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Tabla 2: Características principales de los multímetros, portátil y de banco.

Multímetro portátil Multímetro de banco

¿Cómo deben conectarse las terminales para medir voltaje de corriente directa?

¿Cómo deben configurarse los selectores para medir voltaje de corriente directa?

3. Configure los multímetros como voltímetros de corriente directa, conéc-telos apropiadamente (punta roja del multímetro a la terminal positiva de la fuente y punta negra, o común, a la terminal negativa de la fuente) a la fuente fija de 5V. Registre las lecturas obtenidas en la tabla 3.

Tabla 3: Características medidas de la fuente triple.

Multímetro portátil Multímetro de bancoVoltaje fuente fija

Voltaje fuente fija, terminales inter-cambiadasRango de voltaje de la fuente varia-ble maestraRango de voltaje de la fuente varia-ble esclava

4. Intercambie las puntas de prueba de cada multímetro (punta roja del multímetro a la terminal negativa de la fuente y punta negra, o común, a la terminal positiva de la fuente) y conéctelas a la fuente fija.

5. Conecte apropiadamente los multímetros a la fuente variable maestra (lado izquierdo), mida el rango de voltaje que entrega. Repita la prueba con la fuente variable esclava (lado derecho).