Laboratorio Fisica Electronica

14
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD) LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA 1 INTRODUCCION Mediante el siguiente trabajo realizamos la apropiación textual y documentamos las prácticas realizadas del curso de física electrónica. Se establece los conceptos, electricidad y electrónica realizando cada una de las cinco prácticas de laboratorio, de acuerdo a la rúbrica establecida. OBJETIVO GENERAL Identificar las magnitudes eléctricas de mayor interés para el desarrollo del curso, por medio del trabajo con dispositivos electrónicos básicos. Comprender el funcionamiento de los dispositivos electrónicos, sus limitaciones y aplicabilidad, procurándose desarrollar nuestra capacidad de análisis, diferenciando nuestras funciones de las de un técnico, además obtener las bases para poder incursionar en la investigación científico- tecnológica, para insertarnos en un mundo en continuo cambio en el desarrollo tecnológico y poder aplicar nuestros conocimientos al diseño, operación o construcción de nuevos sistemas de comunicación, control o computación o adaptarlo a cualquier demanda. PRACTICA N° 1: NATURALEZA DE LA ELECTRICIDAD Titulo: magnitudes eléctricas y equipos de laboratorios OBJETIVO Reconocer los principales equipos del laboratorio e identificar las magnitudes eléctricas de mayor interese para el desarrollo del curso, por medio del trabajo con dispositivos electrónicos básicos. Marco teórico Se describirán a continuación algunos aspectos básicos y de funcionamiento de los principales equipos empleados en laboratorios de electrónica: el protoboard o tabla de prototipos y el multímetro. En las prácticas de laboratorio del curso se desarrollarán las destrezas necesarias para el buen uso de cada uno ellos. 1. Identifique los dispositivos electrónicos y el equipo de laboratorio que usara en la practica. Realice una grafica de las conexiones internas de la protoboard y del multímetro que va utilizar, destacando principalemente las magnitudes y las escalas de medicion. LABORATORIOS DE FISICA ELECTRONICA Carlos Andrés Arrieta Gómez, 1096187316. William Ernesto Salazar Acevedo, 91444080. Liliana Gonzalez Eferez, 63.462.751

Transcript of Laboratorio Fisica Electronica

Page 1: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

1

INTRODUCCION

Mediante el siguiente trabajo realizamos la

apropiación textual y documentamos las prácticas

realizadas del curso de física electrónica. Se

establece los conceptos, electricidad y electrónica

realizando cada una de las cinco prácticas de

laboratorio, de acuerdo a la rúbrica establecida.

OBJETIVO

GENERAL

Identificar las magnitudes eléctricas de mayor

interés para el desarrollo del curso, por medio del

trabajo con dispositivos electrónicos básicos.

Comprender el funcionamiento de los dispositivos

electrónicos, sus limitaciones y aplicabilidad,

procurándose desarrollar nuestra capacidad de

análisis, diferenciando nuestras funciones de las de

un técnico, además obtener las bases para poder

incursionar en la investigación científico-

tecnológica, para insertarnos en un mundo en

continuo cambio en el desarrollo tecnológico y

poder aplicar nuestros conocimientos al diseño,

operación o construcción de nuevos sistemas de

comunicación, control o computación o adaptarlo a

cualquier demanda.

PRACTICA N° 1: NATURALEZA DE LA

ELECTRICIDAD

Titulo: magnitudes eléctricas y equipos de

laboratorios

OBJETIVO

Reconocer los principales equipos del

laboratorio e identificar las magnitudes

eléctricas de mayor interese para el

desarrollo del curso, por medio del trabajo

con dispositivos electrónicos básicos.

Marco teórico

Se describirán a continuación algunos aspectos

básicos y de funcionamiento de los principales

equipos empleados en laboratorios de electrónica: el

protoboard o tabla de prototipos y el multímetro. En

las prácticas de laboratorio del curso se

desarrollarán las destrezas necesarias para el buen

uso de cada uno ellos.

1. Identifique los dispositivos electrónicos

y el equipo de laboratorio que usara en la

practica. Realice una grafica de las

conexiones internas de la protoboard y

del multímetro que va utilizar,

destacando principalemente las

magnitudes y las escalas de medicion.

LABORATORIOS DE FISICA ELECTRONICA

Carlos Andrés Arrieta Gómez, 1096187316. William Ernesto Salazar Acevedo, 91444080.

Liliana Gonzalez Eferez, 63.462.751

Page 2: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

2

2. Medición de voltaje continuo o DC.

Conecte la fuente de alimentación y

mida su voltaje DC de salida con el

multímetro. Solicite al tutor la

información relacionada con la escala

adecuada, la ubicación de los terminales

de medición y la forma de medir voltaje.

( el voltaje se mide en paralelo con el

elemento )

3. Medición de la resistencia eléctrica.

Solicite al tutor el valor teórico de la

resistencia a utilizar en la experiencia y

proceda a medir esta magnitud con el

multímetro. Si requiere información

sobre la escala adecuada, la ubicación de

los terminales de medición y la forma de

medir la resistencia eléctrica (la

resistencia eléctrica se mide en paralelo

con el elemento), no dude en consultar a

su tutor.

Para medir la resistencia según su código de

valores, se conecta las puntas del multímetro

en los dos extremos de las resistencias y

debe dar un aproximado según la resistencia

escogida, el multímetro se debe ubicar en

ohmios según la escala de la resistencia.

4. Construya, con ayuda de su tutor, el

siguiente circuito en el protoboard

Page 3: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

3

5. Mida el voltaje DC en cada elemento.

Salida= 5 voltios

Posteriormente al paso por las resistencias =

4.6 VDC.

6. Mida la corriente eléctrica que circula

por el circuito. Solicite al tutor la

información relacionada con la escala

adecuada, la ubicación de los terminales

de medición y la forma de medir

corriente eléctrica. (la corriente se mide

en serie con el elemento).

Voltaje resistencia: 1.75 v

Voltaje led 2.68 v

Voltaje fuente: 4.46 v

Observación: dan un voltaje mayor por la

suma de su voltaje interno.

PRACTICA N° 2: CIRCUITOS ELECTRICOS

Titulo: la Resistencia eléctrica

OBJETIVO

Conocer el funcionamiento y aplicación del

componente más utilizado dentro de los

circuitos eléctricos, la resistencia eléctrica o

resistor. También se empleara el código de

colores para la identificación de su valor

óhmico.

Marco teórico

Los resistores o resistencias eléctricas son los

elementos de mayor empleo en el ramo de la

electrónica. Su función es controlar o limitar la

corriente que fluye a través de un circuito eléctrico,

presentando oposición al paso de la corriente

eléctrica

1. Identifique los componentes electrónicos y

el equipo de laboratorio que utilizara en esta

práctica.

2. Encuentre el valor nominal y la tolerancia

de cada resistencia fija.

3. Mida con el multímetro el valor de cada

resistencia y verifique que se encuentre

dentro de los límites de tolerancia.

4. ARREGLO DE RESISTENCIAS EN

SERIE. Realice en el protoboard un arreglo

de 3 resistencias en serie. Calcule el valor de

la resistencia equivalente y tome el dato

experimental con el multímetro.

Page 4: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

4

5. ARREGLO DE RESISTENCIAS EN

PARALELO. Realice en la protoboard un

arreglo de 3 resistencias en paralelo. Calcule

el valor de la resistencia equivalente y tome

el dato experimental con el multímetro.

6. FUNCIONAMIENTO DEL

POTENCIOMETRO. Identifique los

terminales del potenciómetro y mida los

valores de resistencias entre ellos.

un potenciometro es un resistor cuyo valor de

resistencia es variable, de esta manera,

indirentamente, se puede controlar la intensidad de

corriente que fluye por un circuito si se conecta en

paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo

en serie. Normalmente, los potenciometro se

utilizan en circuitos de poca corriente.

Este tipo de pontenciometro controla girando su eje,

son los mas habituales pues son de larga durcion y

ocupan poco espacio.

Se conecta del tal forma:

7. Construya el siguiente circuito. Varie el

cursor del potenciometro y observe el efecto

sobre el circuito. Explique lo sucedido.

Realizando este circuito primero es

identificar los pines del potenciometro para

su debida conexión, y seguido ya montado

este circuito se puede lograr la intencida de

correinte que fluye con el que se lograra

regular para que ilumine al maximo y lo mas

minimo.

Page 5: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

5

PRACTICA N° 3: LEYES DE LOS

CIRCUITOS ELECTRICOS.

Marco teórico

La Ley de Ohm establece una relación entre las tres

magnitudes eléctricas fundamentales y se enuncia

de la siguiente manera:

El fisico aleman gustav robert kirchhoff fue uno de los

pioneros en el analisis de los circuitos electricos, a mediados

del siglo XIX, propuso dos leyes que llevan su nombre y que

facilitn la compresion del comportamiento de voltajes y

corrientes electricos.

a. Primera Ley de Kirchhoff: Ley de Corrientes.

La suma de todas las corrientes eléctricas que llegan

a un nodo, es igual a la suma de todas las corrientes

Eléctricas que salen de él.

b. Segunda Ley de Kirchhoff: Ley de Voltajes.

Esta ley se puede enunciar de la siguiente manera:

En un circuito cerrado o malla, las caídas de tensión

totales son iguales a la tensión total que se aplica en

el circuito.

OBJETIVO

Verificar las principales características

eléctricas de los circuitos serie y paralelo

por medio de la experiencia en el

laboratorio. También se pretende comprobar

el planteamiento teórico de la ley de ohm y

de las leyes de Kirchhoff en los circuitos en

estudio.

1. Identifique los componentes electrónicos y

el equipo de laboratorio que utilizará en esta

práctica.

2. CIRCUITO SERIE. Realice en el

protoboard el montaje de un circuito serie,

conformado por 3 resistencias y una fuente

de alimentación, la cual deberá fijarse en 5

voltios DC.

Page 6: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

6

3. Mida el voltaje en cada uno de los cuatro

elementos del circuito. Se cumple la Ley de

voltajes de Kirchhoff? Mida ahora la

corriente del circuito.

Fuente = 5.04

Resistencia 330Ω = 1,07v

220Ω = 0,72v

1000Ω = 3,24v

Total ~ 5,03v

Si se cumple la ley del voltaje de

Kirchhoff por que la caída de tensión

de cada resistencia son igual a la

tensión aplicada al circuito

4. Calcule el valor de la corriente del circuito y

el valor del voltaje en cada una de las

resistencias. Compare estos valores con los

obtenidos en la experiencia.

I =3,29 mA (medida)

V1 = I * R = 0.00331 A * 220Ω = 0.7282V V2 = I * R = 0.0035 A * 330Ω = 1.0923V

V3 = I * R = 0.0035 A * 1000Ω= 3.31V

La suma de los voltajes es de= 5.1305v

5. CIRCUITO PARALELO. Realice en el

protoboard el montaje de un circuito

paralelo, conformado por 3 resistencias y

una fuente de alimentación, la cual deberá

fijarse en 5 voltios DC.

Page 7: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

7

6. Mida la corriente en cada una de las cuatro

ramas del circuito. Se cumple la Ley de

corrientes de Kirchhoff? Mida ahora el

voltaje en los terminales de cada elemento.

Total fuente = 42,9 mA.

Resistencia 330Ω = 15,20mA

220Ω = 23,1mA

1000Ω = 5,12Ma

Total 43,4 mA

Este dato fue medido con un multímetro

Si se cumple la ley de corriente por

que la suma de los corrientes que

entran son iguales, es igual a la

forma de la corriente que sale.

7. Calcule el valor de la corriente que circula

por cada elemento y el valor del voltaje

entre los nodos del circuito. Compare estos

valores con los obtenidos en la experiencia.

Circuito en Paralelo

V220Ω = 4.96V

V1000Ω = 4.96V

V330Ω = 4.96V

Voltaje Total = 4.97V

Rt = 1 / 220Ω + 1 / 1000Ω + 1 / 330Ω

= 1950Ω + 429 Ω + 1095Ω / 429000Ω

= 3494 / 429000Ω

= 429000Ω / 3474 = 123.49Ω

Resistencia Total = 123.49Ω

Resistencia Total en multímetro = 122Ω

It = V / R = 4.97V / 123.49Ω = 0.040A

I220 = V / R = 4.96 V / 220Ω = 0.0227A

I1000 = V / R = 4.96 V / 1000Ω = 0.005A

I330 = V / R = 4.96 V / 330Ω = 0.01515A

Verificacion

I * R1 = V1

0.0227A *220 = 4,994v

0.005A * 1000 = 5v

0.01515A * 330 = 4.999v

PRACTICA N° 4: COMPONENTES

ELECTRONICOS.

Titulo: el Condensador, el Diodo y el Transistor

Marco teórico

Condensadores o Capacitores. Un condensador es

un elemento pasivo que tiene la particularidad de

almacenar carga eléctrica. Los condensadores están

formados por dos superficies metálicas conductoras

Llamadas armaduras, las cuáles se hallan separadas

por un medio aislante denominado dieléctrico. Este

dieléctrico puede ser aire, cerámica, papel o mica.

Page 8: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

8

Un condensador se suele utilizar básicamente para

eliminar la componente continua de una señal

eléctrica, como filtro o para almacenar tensión en

un determinado momento (como batería temporal) y

cederla posteriormente.

El Diodo. El elemento semiconductor más sencillo

y de los más utilizados en la electrónica es el diodo.

Está constituido por la unión de un material

semiconductor tipo N y otro tipo P. Su

representación se muestra en la siguiente figura.

El diodo idealmente se comporta como un

interruptor, es decir, puede actuar como un corto o

interruptor cerrado o como un circuito abierto

dependiendo de su polarización. Debido a esto se

suelen utilizar ampliamente como rectificadores de

señales, aunque no es su única aplicación. El transistor. El impacto del transistor en la

electrónica ha sido enorme, pues además de iniciar

la industria multimillonaria de los semiconductores,

ha sido el precursor de otros inventos como son los

circuitos integrados, los dispositivos

optoelectrónicas y los microprocesadores.

Es un dispositivo semiconductor de tres capas, dos

de material P y una de material N o dos de material

N y una de material P. Para cualquiera de los casos

el transistor tiene tres pines denominados emisor,

base y colector.

Este dispositivo se puede emplear para muchas

aplicaciones, pero se destaca como amplificador,

como conmutador, en sistemas digitales y como

adaptador de impedancias.

OBJETIVO

Conocer el funcionamiento general y la

principal aplicación de tres de los

componentes electrónicos más utilizados

dentro de los circuitos y equipos

electrónicos de hoy en día.

1. Identifique los componentes electrónicos y

el equipo de laboratorio que utilizará en esta

práctica.

2. ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA EN

UN CONDENSADOR. Construya el

siguiente circuito.

Page 9: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

9

3. Conecte los terminales de alimentación a la

fuente y desconéctelos después de algún

tiempo. Repita para el otro condensador.

Explique lo sucedido.

Con el condensador de 1000µF

comprobamos que a mayor capacitancia

mayor capacidad de almacenamiento de

energía, es decir, con este condensador el

led se apaga lentamente durante 8 segundos

al contar el flujo de la corriente, mientras

que con el condensador de 47 µF se apagan

más ligero.

4. FUNCIONAMIENTO DEL DIODO EN

CONTINUA. Construya el siguiente

circuito.

5. Identifique los terminales del diodo y

conéctelo en el circuito de tal forma que

que de en polarización directa. Qué sucede?

Explique lo sucedido.

Con el diodo polarizado directamente el led

prende, asi que el flujo de correinte es

normal, esdecir, cuando esta polariza se

comparte como un corto circuito “circuito

cerrado”.

Page 10: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

10

6. Conecte el diodo ahora de tal forma que

quede en polarización inversa. Qué sucede?

Explique lo sucedido.

Ahora con le diodo en polarizacion inversa

el led no prende ya que el diodo impide el

paso de los electrones al estar primero su

lado negativo. Es decir un circuito abierto.

7. TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR.

Construya el siguiente circuito.

8. Observe la corriente de entrada ( I base ) y

de salida ( I colector ) en función del brillo

en los LEDs. El transistor está amplificando

la corriente de entrada?

I base: el brillo de la base es menor que le

brillo del led que está en el colector

I b + I c = I e

I c = β * I b

La corriente de entrada I base es igual 0.04ª y

de salida y colector 6.73A el transistor si amplifica

la corriente de entrada

9. Calcule la ganancia (β) del transistor. =

Ic / Ib

β = I c / I b

β =

I c =

I b = 392

I c = 12,69 β = 32

Esta foto siguiente es el montaje de laboratorio 4 de

fisica electronica

Page 11: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

11

PRACTICA N° 5: ELECTRONICA DIGITAL.

Título: circuitos combinacionales y flip – flop.

Marco teórico

Un sistema digital es una combinación de

dispositivos diseñado para manipular cantidades

físicas o información que estén representadas en

forma digital; es decir, que solo puedan tomar

valores discretos. Estas señales discretas se

encuentran en todos los sistemas digitales, como las

computadoras y calculadoras, equipos de audio y

video y numerosos dispositivos electrónicos.

Compuertas Lógicas. Las compuertas lógicas son

circuitos integrados, construidos con diodos,

transistores y resistencias, que conectados de cierta

manera hacen que la salida del circuito sea el

resultado de una operación lógica básica (como la

AND, OR, NOT, etc.) sobre la entrada.

El Semisumador. Un circuito semisumador es

aquel que realiza la suma aritmética de 2 bits. Esta

suma es muy sencilla, y su resultado se expresa por

medio de un bit de suma o total y otro de acarreo

(este bit se activa si al realizar la suma se “lleva” al

siguiente término).

Flip - Flops. El elemento más importante de una

memoria semiconductora es el flip-flop, el cual se

puede construir por medio de compuertas lógicas.

Aunque una compuerta lógica por sí sola no tiene la

capacidad de almacenamiento, pueden conectarse

varias de ellas en un arreglo especial, de manera que

permitan almacenar información.

OBJETIVO

Conocer el funcionamiento de las compuertas

lógicas en el campo de los circuitos

combinacionales. También se pretende identificar al

flip- flop como componente base del

almacenamiento digital.

1. Identifique los componentes electrónicos y el equipo de laboratorio que utilizará en esta práctica.

2. COMPUERTAS LÓGICAS. Generalidades

de las compuertas lógicas:

a. Los circuitos integrados de las compuertas

lógicas de 2 entradas, traen generalmente 4

compuertas en la disposición que muestra la

figura.

b. Los chips tienen dos terminales para la

alimentación (Vcc y Gnd) que deben

conectarse a +5 V y tierra, respectivamente.

Los pines correspondiente son 7 que es la

tierra y el pin 14 que es la alimentación de 5

v de las compuertas lógicas, como se

muestra en la imagen anterior.

c. Para conocer el estado de la salida de una

compuerta, se puede colocar un LED

indicador o medir el voltaje entre la salida y

tierra. (recuerde que un “1” lógico está entre

2,4V y 5V. Un “0” lógico está entre 0V y

0,80V. )

Page 12: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

12

Esta imagen corresponde a 2,4v y 5v

Esta imagen corresponde de 0v a 0,80v

3. Elabore las siguientes tablas de verdad para

las compuertas LS7408 y LS7486. (Puede

emplear para el estado de las entradas: 5V

“1” y 0V “0” )

LS7408 AND

Entradas

Estado

salida

Voltaje

salida

a b x Vx

0 0 0 0v

0 1 0 0v

1 0 0 0v

1 1 1 5v

LS7486 XOR

Entradas

Estado

salida

Voltaje

salida

a b x Vx

0 0 0 0v

0 1 1 5v

1 0 1 5v

1 1 0 0v

4. Identifique las compuertas empleadas ( si es

una OR, o una AND, etc. ) y su respectiva

configuración. Puede hacerlo con la ayuda

de un manual de componentes o consultando

en Internet la referencia.

LS7408 AND

Realiza una multiplicación interna (*)

LS7486 XOR

Realiza internamente la AND y OR y dos

inversores x= ĀB + AƁ

Page 13: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

13

5. CIRCUITOS LÓGICOS

COMBINATORIOS. Construya el siguiente

circuito lógico, el cual corresponde a un

semisumador. ( sumador de 2 bits)

6. Compruebe su funcionamiento y su tabla de

verdad ( ver Marco Teórico de la presente

guía)

7. REGISTRO BÁSICO CON

COMPUERTAS NOR. Se puede construir

un FF con 2 compuertas NOR en la

configuración presentada. En este FF sus

entradas S (set) y R (reset) están

normalmente en estado bajo.

LS7402 NOR

Entradas

0R NOR Voltaje

salida

a b x x vx

0 0 0 1 5v

0 1 1 0 0v

1 0 1 0 0v

1 1 1 0 0v

Realiza la compuertas internamente la OR y la

NOT

Page 14: Laboratorio Fisica Electronica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD)

LABORATORIO DE FISICA ELECTRONICA

14

Esta foto a continuacion se muestra el laboratorio de la tres

compuertas

CONCLUSIONES

Comprobar por medio de las mediciones realizadas

en el protoboard que las resistencias en serie se

suman para obtener la resistencia total de un

circuito o de una parte del mismo.

Comprobar que la tensión total entregada por la

fuente se va convirtiendo en otro tipo de energía

(calórica suponemos) a medida que pasa por las

resistencias y va decreciendo hasta perder todo su

valor al llegar al otro extremo del circuito.

BIBLIOGRAFÍA

MÓDULO DE ESTUDIO: “Física Electrónica” –

UNAD.