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LABORATORIO

DE ELECTRNICA BSICA

http://grupos.unican.es/dyvci/ruizrg

Ingeniera Tcnica de Telecomunicacin Especialidad Sistemas Electrnicos

2 Curso

Profesor Responsable: Gustavo A. Ruiz Robredo

INDICE

Introduccin, Pg. 1 Prctica 1.- Polarizacin de un transistor bipolar y JFET, Pg. 5 Prctica 2.- Diseo y anlisis de un amplificador monoetapa, Pg. 7 Prctica 3.- Respuesta en frecuencia de un amplificador, Pg. 10 Prctica 4.- Amplificador multietapa: efecto de realimentacin negativa, Pg. 14 Prctica 5.- Anlisis de fuentes de intensidad: Carga activa, Pg. 16 Prctica 6.- Anlisis de una etapa diferencial, Pg. 19 Prctica 7.- Anlisis de un amplificador de la clase B push-pull, Pg. 21 Prctica 8.- Caracterizacin y aplicaciones bsicas del amplificador operacional, Pg. 23 Prctica 9.- Comparador de ventana aplicado a una seal rectificada, Pg. 25 Prctica 10.- Oscilador de puente de Wien, Pg. 27 Prctica 11.- Generador de diente de sierra y cuadrada basado en un disparador de Schmitt,

Pg. 30 Prctica 12.- Aplicaciones del temporizador 555, Pg. 32

Componentes, Pg. 35 2N5457, Pg. 35 2N3903/04, Pg. 40 2N3905/06, Pg. 46 A741, Pg. 51 LM139 /LM239/LM339/LM2901/LM3302, Pg. 57 TL081/82/83, Pg. 63 NE555, Pg. 68 1N4007, Pg. 73

Manual de instrucciones del osciloscopio digital serie DS03000

1.- Introduccin, Pg. 77 2.- Compensacin de las sondas, Pg. 77

2.1 Compensacin de baja frecuencia 2.2 Compensacin de alta frecuencia

3.- Visualizar una seal automticamente, Pg. 79 4.- Configuracin vertical, Pg. 80 5.- Configuracin vertical (Escala de tiempos), Pg. 82

5.1 Disparo del osciloscopio 6.- Control de medida, Pg. 85

6.1 Medida a travs de cursores 6.2 Medida automtica

7.- Control de formas de onda, Pg. 86

Bibliografa, Pg. 90

Laboratorio de Electrnica Bsica

UNIVERSIDAD DE CANTABRIA

Pag. 1

INTRODUCCIN

A lo largo del curso se tiene programadas un total de 12 prcticas: Prct. 1.- Polarizacin de un transistor bipolar y JFET Prct. 2.- Diseo y anlisis de un amplificador monoetapa Prct. 3.- Respuesta en frecuencia de un amplificador Prct. 4.- Amplificador multietapa: efecto de realimentacin negativa (*) Prct. 5.- Anlisis de fuentes de intensidad: Carga activa Prct. 6.- Anlisis de una etapa diferencial Prct. 7.- Anlisis de un amplificador de la clase B push-pull (*) Prct. 8.- Caracterizacin y aplicaciones bsicas del amplificador operacional Prct. 9.- Comparador de ventana aplicado a una seal rectificada (*) Prct. 10.- Oscilador de puente de Wien Prct. 11.- Generador de diente de sierra y cuadrada basado en un disparador de Schmitt Prct. 12.- Aplicaciones del temporizador 555(*) Las prcticas indicadas con (*) son optativas. El alumno debe anotar todos los aspectos tericos y experimentales de las prcticas en un

cuaderno con anillas que ser sellado en cada clase prctica. Este cuaderno podr ser llevado al examen prctico junto con los guiones de prcticas.

I.- Observaciones para la realizacin de las prcticas Los resultados de cada prctica se recopilarn en un cuaderno de prcticas que va a ser el

nico material de referencia utilizado en el examen final de la asignatura. Se debe recordar que el objetivo de las prcticas es doble: por una parte, obtener destreza en el montaje de circuitos y, por otra, recopilar correctamente los resultados para su posterior utilizacin.

Realizacin de las prcticas Todas las prcticas se realizarn de forma individual (siempre que lo permita el limitado nmero de puestos del Laboratorio). Se recomienda realizar las prcticas en el orden que se han programado, y no saltarse ninguna, a no ser que la prctica sea opcional y no se tenga previsto realizar.

Ingeniera Tcnica de Telecomunicacin (Sistemas Electrnicos)

Pg. 2

Cada alumno tiene asignado valores personalizados para cada prctica. Estos valores deben ser utilizados en el anlisis y realizacin de la prctica. No se puede realizar el montaje de la prctica en el Laboratorio si previamente no se ha realizado el anlisis terico previo de la misma. En este aspecto, el profesor de prcticas va a ser muy estricto y no se va a admitir el montaje de una prctica sin realizar previamente los estudios tericos previos. En la realizacin de las prcticas se encuentran tres tipos de smbolos cuyo significado es el siguiente: Este smbolo asociado a algunos apartados de las prcticas indica que debe

realizarse una simulacin previa del circuito con un simulador elctrico como EWB o MultiSim (EWBMS). Permite comprobar los valores tericos y asegurar con ciertas garantas que las futuras medidas experimentales no deben desviarse excesivamente respecto a lo esperado.

Este smbolo aporta ideas y sugerencias asociados a apartados. Este smbolo indica cuestiones relacionadas con un apartado que deben ser

resueltas.

Los valores de resistencia y capacidad utilizados deben redondearse a los valores disponibles en el Laboratorio indicados en las siguientes tablas.

Valores de Resistencias disponibles en el Laboratorio 10 33

100 120 150 180 220 270

330 390 470 560 680 820 1 k

1k2

1k5 1k8 2k2 2k7 3k3 3k9 4k7 5k6

6k8 8k2 10 k 12 k 15 k 18 k 22 k 27 k

33 k 39 k 47 k 56 k 68 k 82 k

100 k 120 k

150 k 180 k 220 k 270 k 330 k 390 k 470 k 560 k

680 k 820 k 1 M

1M5 1M8 2M2 2M7 3M3

3M9 3M9 4M7 5M6 6M8 8M2

Valores de Capacidades disponibles en el Laboratorio 1 nF 10 nF 1 F 1n8 F 33 nF 4.7 F 2n2 F 47 nF 47 F 4 nF 100 nF

En la pgina Web de esta asignatura (http://grupos.unican.es/dyvci/ruizrg) se proporciona el esquemtico de los diferentes circuitos en formato EWBMS necesarios para efectuar su simulacin. El profesor va a exigir en el Laboratorio los resultados de simulacin antes montar el circuito. Para ello, al final de cada prctica



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se indica mediante un recuadro el tipo de grficas que se deben adjuntar junto a los clculos tericos de la prctica. Valoracin de las prcticas El profesor realizar una valoracin de las prcticas examinando aleatoriamente algunas de ellas. En dicha evaluacin se tendr en cuenta los resultados experimentales, su realizacin, y la comprensin y asimilacin de los aspectos tericos de la prctica. Contenido En el cuaderno de prcticas es recomendable que se incluya en cada prctica lo siguiente:

Introduccin y propsito de la prctica (breve). Procedimiento: Describir el procedimiento seguido y responder a

cualquier pregunta propuesta en cada apartado de la prctica. Anlisis: Calcular el porcentaje de error entre los resultados tericos y

los experimentales cuando se considere necesario.

Valor terico - Valor experimental Valor tericoPorcentaje error =

100

Razonar si el dato tiene sentido. Si los errores entre los resultados

tericos y experimentales son muy dispares, averiguar las causas de tales errores. Si se cree que la prctica se realiz incorrectamente, explicar lo que se cree se hizo mal.

Explicacin: Explicar los resultados e incidir en el por qu ha ocurrido un fenmeno en particular. Presentar los datos tericos de tal forma que se demuestre un dominio de la teora.

Un ejemplo de cmo presentar los datos:

Tensin

Corriente

Terico Experimental % Error

20 V

1.2 A

24 V

1.1 A

20%

8%

La tensin obtenida es algo ms alta de lo esperado, y esto se debe probablemente a las tolerancias en los valores de las resistencias. La corriente medida est dentro de

un error experimental razonable.


Pg. 4

Conclusin: Realizar un resumen de lo que se ha aprendido. Simulacin: Adjuntar e imprimir grficas con los resultados de

simulacin indicados en cada prctica.

Algunas sugerencias interesantes Los datos raramente son exactos con lo que se obtiene tericamente. Cuando esto sucede, averiguar algunas causas del error. Cuando se pida realizar una grfica de los resultados experimentales, tambin se debern incluir en una tabla los correspondientes datos de medida. Redacta la informacin en el cuaderno de una manera clara y concisa que te permita acceder rpidamente a la informacin que necesitas.

II.- Evaluacin de la asignatura

Existen dos procedimientos para evaluar la asignatura de Laboratorio de Electrnica Bsica: 1) Evaluacin continua y 2) Examen final. Se recomienda encarecidamente superar esta asignatura por el mtodo de evaluacin continua.

1) Evaluacin continua.

Se realizar una valoracin individual de cada una de las prcticas donde se tendr en cuenta su desarrollo terico, simulacin en ordenador, montaje prctico y obtencin de medidas experimentales. Para superar esta asignatura mediante el criterio de evaluacin continua es necesario cumplir los siguientes requisitos:

1) La realizacin en el Laboratorio de al menos un total de 8 practicas obligatorias de las 12 propuestas. Las prcticas no-obligatorias estn indicadas con (*).

2) La nota asignada en esta evaluacin debe ser igual o mayor a 5. La evaluacin continua no incluye examen final

2) Examen final.

Los alumnos que no superen esta signatura por el mtodo de evaluacin continua podrn realizar un examen final que se realizar en el propio de Laboratorio de Electrnica Bsica. Consistir en el montaje de una o varios circuitos de cierta complejidad, diferentes a las propuestos en la asignatura, que incluye aspectos tericos y experimentales. No obstante, si algn alumno desea utilizar la opcin de examen final debe comunicarlo al profesor con al menos dos semanas de antelacin a la fecha de realizacin del examen.



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1.- Polarizacin de un transistor bipolar y JFET

Objetivos

Polarizar a un transistor significa fijar unas tensiones y corrientes DC en sus terminales para que opere en un punto de trabajo concreto. En esta prctica se analiza la polarizacin de un transistor bipolar y FET en las tres zonas de funcionamiento: lineal, saturacin y corte, y se extrae experimentalmente algunas de las caractersticas ms significativas de estos dispositivos en las diferentes regiones de operacin. I Polarizacin de un transistor bipolar A) Determinar los valores de las resistencias RB1,

RE, RB2 y RC para fijar la polarizacin del

transistor bipolar de la figura P1.1 a los valores especificados para la prctica. Comprobar esos valores con EWBMS. Montar el circuito y comprobar experimentalmente el punto de trabajo del transistor. Estimar el valor de la hFE. La hFE vara considerablemente de un transistor a

otro. La aproximacin RB1||RB20.2hFERE estabiliza el punto de trabajo del transistor en EC frente a elevadas variaciones de la hFE.

B) Con los valores prcticos de RB1 y RB2 utilizados en el montaje del circuito del

apartado A), calcular el valor de RC para que el transistor trabaje en la regin de saturacin con una hFE(sat)=IC(sat)/IB(sat)=75. Calcular tericamente el punto de

trabajo del transistor y comprobar ese resultado con EWBMS. Montar el circuito y comprobar esos resultados. Con una hFE(sat)=75 todava se puede hacer la siguiente aproximacin: IC(sat)+IB(sat)~IC(sat).

Ojo, esta aproximacin no es siempre cierta cuando el transistor est operando en esta regin. Una condicin que impone la regin de saturacin es hFE(sat) < hFE(lin). Incluso hFE(sat) puede ser menor que 1; en este caso sorprendentemente la IB(sat) > IC(sat).

2N3904

RE

VCC

RCRB1

RB2

VCC=12 V

Figura P1.1 Polarizacin de un BJT.


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C) Poner RB2=33k y retrese la resistencia RB1 del circuito. Calcular tericamente el

punto de trabajo. En qu regin opera el transistor?. Montar el circuito y medir las corrientes y tensiones en el transistor. En este caso, el valor de VBE indica si un transistor est en conduccin o no. VBE ~< 0.3 V en corte

y en conduccin en caso contrario. D) Con el valor asignado a RB2 en el apartado C) y el RC del apartado A), determinar

tericamente el valor de RB1 que haga entrar al transistor en conduccin. Se supone

que el transistor empieza a conducir cuando IC~0.1mA Medir experimentalmente el punto de trabajo del transistor. Es difcil establecer el instante en el que el transistor entra en conduccin. No existe una frontera

clara, pero se puede fijar una corriente de colector relativamente alta para indicar que por el transistor circula corrientes significativas. Con una corriente de colector baja se produce dos efectos: la hFE es mucho menor que la hFE normal del transistor, y la corriente de base es extraordinariamente baja y en este circuito se puede despreciar.

II Polarizacin de un transistor JFET E) Variando el potencimetro RS en el circuito de la figura

P1.2, obtener la grfica que relaciona la ID con la VGS del transistor JFET 2N5457. Comprobar ese resultado con EWBMS. Realizar el montaje del circuito y obtener experimentalmente esa grfica. Estos resultados pueden ser muy diferentes con respecto a los tericos debido a la fuerte dispersin de los parmetros de ese transistor. Uno de los problemas que presenta los transistores JFET es la

fuerte dispersin de la VP. En las hojas de caractersticas del 2N5457, la VP representada como VGS(off) vara entre -0.5 y -6.0 V. Esa divergencia puede originar una fuerte variacin entre los resultados obtenidos por simulacin y los experimentales.

F) Fijar el valor de la resistencia RS (RG=1M, RD=1k) para que la ID tome el valor

asignado y comprobar el resultado realizando el montaje del circuito. Debido a la fuerte dispersin de los parmetros del JFET, la ID que se exige se expresa en trminos

de IDSS experimental del transistor. Esta IDSS se obtiene en el apartado anterior.

ADJUNTAR IMPRESIN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS POR SIMULACION

A) Medicin de la VCE. B) Medicin de la VCE. E) Valor de IDS para RS=1k

Figura P1.2 Polarizacin de un JFET



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2.- Diseo y anlisis de un amplificador mono-etapa

Objetivos

El objetivo de esta prctica consiste en disear, analizar y caracterizar una etapa amplificadora basada en un transistor bipolar y en un JFET. Esta prctica tiene dos partes: polarizacin y amplificacin. En primer lugar es preciso determinar el valor de las resistencias que fijen el punto de trabajo de acuerdo a unas condiciones impuestas y posteriormente se realiza la medida experimental de los parmetros de ganancia de tensin y corriente, impedancia de entrada y de salida que van a caracterizar la etapa justificando las desviaciones existentes con los valores obtenidos de forma terica.

I.- Anlisis de un amplificador monoetapa basado en un transistor bipolar

A) Determinar el valor de las resistencias del circuito de la figura P2.1 para que la tensin

de colector VC tenga el valor especificado. Comprobar experimentalmente el resultado.

Figura P2.1. Amplificador mono-etapa.

B) Determinar tericamente la ganancia en tensin AV=vo/vi y AVS=vo/vs en el rango de

frecuencias medias. Comprobar esos valores con EWBMS. Verificar experimentalmente estos valores, y compararlos con los obtenidos de forma terica, justificando, si fuesen necesarios, las desviaciones existentes entre ambos datos. En la configuracin EC se observa un desfase de 180 entre la entrada vi y la salida vo. Y recuerda,

las medidas experimentales de pequea seal se deben realizar con tensiones en alterna lo ms bajas posibles.

Para obtener el valor de Vs, conecta directamente el generador de seal al osciloscopio.


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Qu sucede en este caso con RS?

C) Determinar tericamente la impedancia de entrada. Comprobar este valor en el laboratorio de modo experimental, usando para ello el esquema de la figura P2.2. La impedancia de entrada es independiente del valor de la resistencia Ri que se coloque a la entrada.

La nica condicin es que Ri debe ser de un valor que permita una variacin significativa entre vi1 y vi2. Para obtener los mejores resultados se recomienda que Ri tenga un valor aproximado a la impedancia de entrada calculada de forma terica.

El desfase entre vi1 y Vo debe de ser 180. En caso contrario, modificar la frecuencia de entrada hasta que se verifique esa condicin.

i

2i1i

2ii

Rvv

vZ

= L'o

'oo

o Rvvv

Z

=

Figura P2.2. Montaje para calcular la impedancia de entrada y salida.

D) Retirar el condensador CS y conectar el generador de seal directamente. Medir el

punto de trabajo del transistor. Explicar qu ha sucedido en el circuito. Por el generador de pequea seal puede circular componentes en continua?

E) Aumentar la amplitud de la seal de entrada hasta que se produzca recorte en la seal

de salida. Comprobar ese valor con EWBMS y justificarlo desde el punto de vista terico.

F) Determinar tericamente la ganancia en corriente AI=io/ii y comprobar si coincide con

el resultado prctico. Para ello, colocar una resistencia Ri a la entrada como en la figura P2.2, de forma que

i

2i1i

C

o

I

Rvv

Rv

A

=



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La manera ms directa de verificar que este resultado es correcto es comprobar que C

iVI R

ZAA =

G) Medir experimentalmente la impedancia de salida utilizando el montaje de la figura

P2.2. Para ello, realizar los siguientes pasos: Medir la tensin de salida vo para una amplitud de entrada, con la llave abierta. Conectar una carga, de modo que RL Zo (Zo terica), y cerrar la llave. Medir la

tensin de salida vo. La Zo se obtiene a partir de ambas tensiones. Verificar que al cerrar la llave la seal de entrada vi del amplificador y la tensin en vo tiene el

desfase correcto; si esto no ocurriese se debe aumentar el valor de CL, o bien la frecuencia de trabajo.

Para medir Zo, se realizan dos medidas: uno con la llave abierta y otro con la llave cerrada. Por qu?

II.- Diseo de un amplificador monoetapa basado en un transistor JFET H) Disear un amplificador basado en NJFET 2N5457 que tenga las siguientes

caractersticas: Zi > 300k, Zo > 4k y |AV| del valor asignado. Comprobar ese valor

con EWBMS, realizar el montaje del circuito y obtener los resultados experimentales. Utilizar el circuito de polarizacin de la figura P1.2. Los pasos a seguir son los siguientes:

La Zi fija el valor de RG. Si rd >> RD, Zo fija el valor de RD. AV fija el valor de gm, y ste, est definido por ID. ID fija el valor de RS.

La simulacin se puede hacer sobre el fichero P2.2.


B) Visualizacin en el osciloscopio de vi y vo. H) Visualizacin en el osciloscopio de vi y vo.


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3.- Respuesta en frecuencia de un amplificador

Objetivos

Todos los amplificadores tienen limitacin en frecuencia debido principalmente a los efectos capacitivos. Generalmente, los condensadores externos, si existen, fijan la frecuencia de corte inferior del amplificador, y los condensadores parsitos e internos a los dispositivos la frecuencia de corte superior. El anlisis en frecuencia de un amplificador permite fijar las tres zonas de operacin: frecuencias bajas, frecuencias medias y frecuencias altas. En esta prctica se estudia el diagrama de Bode de un amplificador para caracterizar su respuesta en frecuencia y establecer sus frecuencias de corte inferior y superior.

I.- Realizacin

En la figura P3.1 se muestra un amplificador con condensadores externos: CS y CE fijan la frecuencia de corte inferior y CC la frecuencia de corte superior. CC se ha introducido de una

manera artificial para reducir la frecuencia de corte superior y que pueda ser medida con el equipo de laboratorio; esta frecuencia es de 30MHz sin este condensador.

RE

VCC

RCRB1

RB2

RC=2k2RB1RB2=330kRERS

CECS

RS

VS

Generador de sealvo

vi2N3906

-

CC

C FCC=1nFVCC= -12 V

Figura P3.1. Amplificador mono-etapa.

A) Calcular tericamente el valor de CS que fije la frecuencia de corte inferior al valor

especificado para la prctica. Utilizar asociaciones de condensadores (no ms de tres) disponibles en el laboratorio para obtener ese valor. Comprobar que en este circuito, CS va a fijar la frecuencia de corte inferior. Utilizar el mtodo de

las constantes de tiempo.



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Cuidado: La tensin de alimentacin VCC es negativa. Por ello, la polaridad del condensador electroltico CE debe ser la adecuada.

En este circuito, Por qu CE es electroltico a diferencia de CS que es cermico? Por qu CE tiene una capacidad mucho ms elevada que CS?

B) Calcular de manera terica la frecuencia de corte superior. Considerar a CC como el nico condensador que fija la frecuencia de corte superior.

C) Obtener experimentalmente la respuesta en frecuencia del amplificador y comprobar

los resultados con los obtenidos en los anteriores apartados. Dibujar la repuesta en dos formatos: escala semi-logartmica y escala logartmica; utilizar las grficas de las hojas adjuntas. Describir como se identifican las dos frecuencias de corte en ambas grficas. Obtener el diagrama de Bode utilizando EWBMS. EWBMS posee un instrumento Bode Plotter que obtiene directamente la respuesta en frecuencia

del amplificador. Solo es preciso desplazar la lnea vertical que se encuentra en la parte izquierda de la grfica. Las frecuencias de corte inferior y superior se obtienen identificando las frecuencias a las cuales la ganancia del amplificador decae en 3db con respecto a la ganancia a frecuencias medias. Por ejemplo, en el esquemtico de este circuito, la ganancia a frecuencias medias es aproximadamente de 42,8db. Si desplazamos la lnea vertical hasta que la ganancia valga 39.8db obtenemos dos frecuencias, inferior a 700Hz y superior a 74.7 kHz aproximadamente.

Si necesitas ms grficas de este tipo, utiliza el programa LogPaper.exe que se encuentra en la pgina Web de esta asignatura. Es de fcil manejo y permite generar cuadrculas de diferente escala.


C) Diagrama de Bode donde se observe la frecuencia de corte inferior.


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4.- Amplificador multietapa: Efecto de

realimentacin negativa

Objetivos Los amplificadores multi-etapa permiten obtener caractersticas de amplificacin que no

es posible obtener con una etapa bsica. Esta prctica tiene como objetivo el anlisis de un amplificador constituido por dos tipos diferentes de etapas bsicas (EC y EC) conectadas en cascada. La respuesta en frecuencia y limitaciones en la amplitud mxima sern tambin consideradas. Por ltimo, se aade a este amplificador una realimentacin para estudiar su efecto sobre las caractersticas amplificadoras del circuito.

I.- Anlisis de un amplificador multi-etapa

A) Realizar el montaje en el laboratorio del amplificador multietapa de la figura P4.1 sin incluir RF. Determinar tericamente la VCE e IC de cada transistor. Obsrvese como el acoplo es directo entre las dos etapas. Una buena aproximacin es despreciar

la IB2 frente a la IC1 de forma que IC1+IB2IC1

Figura P4.1. Amplificador multi-etapa.



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B) Calcular tericamente la ganancia en tensin del amplificador. Comprobar el resultado con EWBMS. Analizar individualmente cada etapa bsica y obteniendo su modelo equivalente en tensin.

Calcula el modelo del amplificador completo.

C) Obtener de forma experimental el modelo equivalente en tensin.

D) Determinar de forma terica y experimental la frecuencia de corte inferior de este amplificador. Comprobar el resultado con EWBMS. Identificar los condensadores externos y aplicar el mtodo de las constantes de tiempo.

II.- Anlisis de un amplificador realimentado E) Realimentar este amplificador multietapa con la red de realimentacin formado por la

resistencia RF de 100k. Medir la IC y VCE de los transistores y comparar estos valores con los valores del apartado A). Medir experimentalmente la AVf y Zif y la Zof Comprobar el valor de AVf con EWBMS.

Por qu RF puede alterar el punto de trabajo de los transistores?


B) Visualizacin en el osciloscopio de vo y vi.


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5.- Anlisis de una fuente de intensidad:

Carga activa

Objetivos Las fuentes de corriente son unos de los circuitos de polarizacin ms utilizados en

circuitos integrados. En esta prctica se van a analizar dos tipos de fuentes de corriente: un espejo de corriente y una fuente de corriente Widlar. La primera proporciona niveles de intensidad de salida ms altos que la segunda, pero su resistencia de salida es mucho menor. Estas limitaciones son observadas al medir experimentalmente las caractersticas de ambas fuentes. Por ltimo, se analiza un amplificador que utiliza un espejo de corriente como carga activa que pone de manifiesto los problemas de polarizacin y la alta ganancia que se pueden obtener con este tipo de estructuras.

I.- Espejo de corriente A) Realizar el montaje en el laboratorio el espejo de corriente de la figura P5.1. Calcular

R1 para que Io sea del valor asignado en la prctica. Comprobar ese valor con EWBMS. Utilizar como mximo dos resistencia (en serie o paralelo) para fijar R1. Importante: Es posible que se detecten discrepancias respecto a los valores tericos debido a las

diferencias que pueden existir entre los transistores.

B) Utilizando una resistencia variable de 50k, representar grficamente la Io en funcin de RL. El valor de RL no debe superar al de R1. Si esto sucediera el transistor de la derecha entra en

saturacin y el circuito dejara de comportarse como fuente de corriente. Calcular el valor terico de RL que hace entrar en saturacin al transistor?

C) Calcular tericamente el modelo equivalente Norton de la fuente. Medir

experimentalmente los parmetros del equivalente Norton a partir de dos puntos de operacin: Vo=1 V y Vo=10 V.

Es necesario realizar dos medidas experimentales para extraer el modelo equivalente Norton ya que ste est constituido por dos variables, la corriente y la impedancia equivalentes.



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2N3904 2N3904

R1

VCC

RL

VCC

RERL=250kRE=100VCC=15 V

Io Vo

Figura P5.1.Espejo de corriente. Figura P5.2. Fuente de Widlar

II.- Fuente de corriente Widlar D) Realizar el montaje en el laboratorio de la fuente de corriente Widlar de la figura P5.2.

Calcular R1 para que Io sea del valor asignado en la prctica. Comprobar ese valor con EWBMS. Utilizar como mximo dos resistencia (en serie o paralelo) para fijar R1.

E) Utilizando una resistencia variable de 250k, representar grficamente la Io en funcin

de RL. Obsrvese que esta fuente de corriente es mucho ms estable para diferentes valores de RL. Por

qu?

F) Comparar ambas fuentes de corriente y comentar sus ventajas e incovenientes.

III.- Amplificador con carga activa

G) Utilizando como parmetro la corriente de colector de todos los transistores asignada a la prctica, determinar de manera terica el valor aproximado de la tensin OFFSET necesaria para la correcta polarizacin del circuito de la figura 5.3.

H) Realizar el montaje del circuito y calcular el valor de R1 para obtener la corriente de

colector anterior. Variando el potencimetro DC OFFSET del generador obtener una tensin DC en vo cercano a VCC/2; este ajuste resulta un poco costoso. A continuacin

medir la componente en continua de la base del transistor NPN; este valor debe ser


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prximo a la tensin OFFSET terica obtenida anteriormente. Medir la corriente de colector de los transistores a travs de las resistencias R1 y RE.

El generador de seal permite aadir una componente DC a una seal alterna de salida a travs

del potencimetro DC OFFSET.

Para reducir al mnimo la amplitud de salida en alterna, es necesario, adems, pulsar el botn de atenuacin 20dB del generador de seal. No olvidar en el osciloscopio poner el conmutador en DC para medir esa componente de salida DC.

Figura P5.3. Amplificador con carga activa

I) Calcular la ganancia terica aproximada de este amplificador. Comprobar el resultado

con EWBMS. Medir experimentalmente la ganancia en tensin (vo/vi) procurando

evitar el recorte de la tensin de salida. Se trata de un amplificador en EC con resistencia de emisor y carga activa. Este tipo de circuitos pueden lograr fcilmente ganancias de varios miles imposibles de medir en

el laboratorio con el material de instrumentacin que se dispone. Para ello, se ha incluido la resistencia RE que limita la ganancia del circuito.


A) Medicin de Io para Vo=VCC/2. D) Medicin de Io para Vo=VCC/2. I) Visualizacin en el osciloscopio de vi e vo.



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6.- Anlisis de una etapa diferencial

Objetivos

El amplificador diferencial es un circuito muy verstil que sirve como etapa de entrada

tpica de los amplificadores operacionales y en circuitos integrados tan diversos como en comparadores y circuitos lgicos ECL. En esta prctica se realiza el montaje y anlisis de un amplificador diferencial sencillo donde se va a estudiar sus caractersticas de amplificacin de modo comn y modo diferencial.

Figura P6.1. Amplificador diferencial.

I.- Anlisis de un amplificador diferencial

A) Realizar el montaje en el laboratorio del amplificador diferencial de la figura P6.1. Calcular el valor de R1 para que vo1 y vo2 en DC tengan el valor asignado a la prctica. Conectar vi1 y vi2 a masa y medir las tensiones de salida. Un amplificador diferencial est basado en la simetra. Este amplificador realizado con

transistores discretos puede perder este factor y, por consiguiente, sus caractersticas tan particulares. Los resultados de la prctica no sean los esperados debido a la divergencia en los transistores y a la tolerancia de las resistencias. Por ejemplo, se puede observar que la tensin DC de vo1 y vo2 se diferencie en unas pocas dcimas de voltio.


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B) Aplicar una tensin DC a la entrada (la otra conectar a masa) y obtener la VTC del

circuito tanto para tensiones de entrada positivas como negativas; representar el resultado de ambas salidas en una misma grfica. No superar la tensin de entrada los 6 V. La VTC o Voltaje Transfer Characteristic permite caracterizar la salida frente a la entrada. Para

ello, se utiliza la fuente de alimentacin variable DC conectada a la entrada y se representa grficamente la Vo frente a la Vi.

En la VTC de un amplificador diferencial, los puntos de inters estn localizados alrededor de vi=0, tanto para tensiones positivas como negativas. Si la fuente de entrada no proporciona la suficiente sensibilidad utilizar un divisor de tensin a la entrada.

No se debe superar la tensin de entrada de 6 V para evitar alcanzar la tensin de ruptura del transistor. Si observamos las hojas de caractersticas del 2N3904, laV(BR)EB= es de 6.0 V. Este parmetro corresponde a la tensin de ruptura en inversa de la unin BE. Si superamos este valor, se produce un fenmeno de avalancha que puede daar irreversiblemente al transistor.

C) Calcular de manera terica y prctica la ganancia en modo diferencial. Para ello, aplicar

una tensin a vi1 con vi2=0. La ganancia en modo diferencial viene dada

i1

o2o1d v

vvA

=

Para poder obtener experimentalmente el numerador de esta ecuacin, vo1-vo2, utilizar la posibilidad que existe en el osciloscopio de restar dos seales analgicas.

Comprobar el desfase de vo2 y vo1 respecto a la entrada vi1. D) Calcular terica y prctica la ganancia en modo comn. Para ello, conectar ambas

entradas a una misma tensin vs. La ganancia en modo comn viene dada por

Ac =vo1vs

=vo2vs

Comprobar el desfase de vo2 y vo1 respecto a la entrada vi1.

E) Calcular la relacin de rechazo en modo comn (CMRR) definida en decibelios como

CMRR = 20 log10AdAc


C) Visualizacin en el osciloscopio de vo1 y vi1. D) Visualizacin en el osciloscopio de vo1 y vi1.



Pag. 21

7.- Anlisis de un amplificador de clase B push-pull

Objetivos

Las etapas de salida de cualquier amplificador deben ser capaces de suministrar potencia a una carga y deben adems tener una resistencia de salida baja. La etapa de salida push-pull o de clase B es una de las ms utilizadas por su alta eficiencia y su bajo consumo de energa en ausencia de seal de entrada. En esta prctica se analiza las caractersticas elctricas de esta etapa de salida, y su modo de operacin estudiando las formas de onda de las tensiones y corrientes en los transistores. El montaje de dos versiones diferentes de esta etapa permite estudiar el efecto de la distorsin de cruce y tcnicas de eliminacin para obtener circuitos ms lineales.

I.- Realizacin

Las figuras P7.1 y P7.2 muestran dos tipos de polarizacin de una etapa de salida push-pull o clase B formada por los transistores complementarios 2N3904 y 2N3906. La figura P7.1 corresponde a una etapa con distorsin de cruce, y la figura P7.2 una etapa clase AB con dos transistores en configuracin de diodo que eliminan ese problema. En ambos circuitos es preciso ajustar el potencimetro de forma que en ausencia de seal de entrada (nudo Vi desconectado) la salida sea nula (Vo=0).

II.- Anlisis de una etapa clase B con distorsin de cruce

Para el circuito de la figura P7.1, se pide:

A) Representar grficamente la VTC del circuito. Para ello, utilizar una fuente DC a la entrada. Medir los niveles de tensin de entrada que producen distorsin de cruce. No superar los 6 V en la tensin de entrada. La distorsin de cruce es un efecto no deseado en este amplificador. Se produce por que hay un

rango de tensiones a la entrada en el que ambos transistores estn cortados. Cul es el rango de tensiones de entrada en el que los transistores de salida estn cortados?

B) Aplicar una seal senosoidal a la entrada de 5V de amplitud y visualizar Vo.

Representar grficamente el resultado. Cul es la ganancia del amplificador y por qu?


Pg. 22

C) Medir y representar grficamente la iC1 e iC2. Para medir de manera aproximada las corrientes de colector en los transistores utilizar la cada de

tensin en las resistencias de 100.

2N3904

2N3906

RC

RC

-VCC

RL

RB1

VCC

RB2

vo

RSVS

vi2N3904

2N3906

RC=100RB1=50kRB2=33kRL=1kRS=600VCC=12 V

Figura P7.1. Etapa clase B con distorsin de cruce. Figura P7.2. Etapa clase AB sin distorsin de cruce.

III.- Anlisis de una etapa clase AB sin distorsin de cruce Para el circuito de la figura P7.2, se pide: D) Calcular terica y experimental la corriente de colector en reposo de cada transistor.

Aplicar principios de simetra y considerar que en el circuito resultante los transistores forman un espejo de corriente.

E) Aplicar una seal senosoidal a la entrada de 5V de amplitud y visualizar Vo.

Representar grficamente el resultado. F) Comparar los resultados con los obtenidos en el apartado B).


B) Visualizacin en el osciloscopio de vo y vi. E) Visualizacin en el osciloscopio de vo y vi.



Pag. 23

8.- Caracterizacin y aplicaciones bsicas del

amplificador operacional

Objetivos

El amplificador operacional es un amplificador diferencial de altas prestaciones, con una elevadsima ganancia en tensin cuando trabaja en lazo abierto (sin realimentacin). Su uso est extendido en una gran variedad de aplicaciones lineales y no lineales. Ofrece todas las ventajas de los circuitos integrados monolticos tales como pequeo tamao, bajo precio, versatilidad, etc. Uno de los objetivos de esta prctica es tomar contacto con los amplificadores operacionales y comprobar sus prestaciones y limitaciones. Para ello, se analizan algunas configuraciones bsicas que van a permitir comprobar aspectos relativos a las tensiones de polarizacin, efecto de las resistencias externas, limitaciones frecuenciales, slew-rate, etc. I.- Realizacin

A) Realizar el montaje del amplificador inversor basado en el AO 741 de la figura P8.1, utilizando tensiones de polarizacin 12 V. Las resistencias R1 y R2 deben escogerse para que la ganancia del amplificador tenga el valor asignado (R1,R2> 1k).

El error de la ganancia debe ser inferior al 5%. No utilizar ms de dos resistencias en serie o paralelo. La ganancia de circuitos basados en AO estn fijados,

en la mayora de los casos, por las resistencias externas. Por ello, la ganancia de este amplificador debe ser muy prximo al terico.

B) Medir la ganancia de este amplificador a frecuencias bajas.

Cul es su frecuencia de corte inferior? Es capaz de amplificar una componente continua a la entrada?

C) Representar grficamente la respuesta en frecuencia del amplificador y determinar la

frecuencia de corte superior. Comprobar que coincide esta frecuencia con la terica. Para calcular la frecuencia de corte superior es necesario utilizar amplitudes de seales muy bajas.

Con ello se elimina el efecto del slew-rate.

Figura P8.1.

Amplificador inversor


Pg. 24

D) Aplicar una onda senusoidal o cuadrada alrededor de 20kHz a la entrada y medir el

slew-rate del amplificador. Para ello, es necesario aumentar la amplitud de salida hasta que se observe con claridad el slew-rate. Utilizar los mandos del osciloscopio para obtener en la pantalla una ampliacin de la pendiente de

salida. El clculo de esa pendiente, vo/ t, proporciona directamente el slew-rate dado en trminos de V/s. Observar que puede variar considerablemente respecto al indicado por el fabricante en las hojas de caractersticas del A741.

E) Demostrar tericamente si la frecuencia de corte superior limita la frecuencia mxima

de operacin del amplificador o es el slew-rate, en el caso de que la salida sea una onda senosoidal de 5 voltios de amplitud y 10KHz de frecuencia. Comprobar estos resultados experimentalmente. Recordar que el slew-rate no slo depende de la frecuencia de seal, sino tambin de la

amplitud de la tensin de salida. F) Colocar una resistencia de carga al amplificador de 100 . Aumentar la amplitud de

entrada hasta que se produzca recorte en la tensin de salida. Calcular tericamente la resistencia mnima de carga para Vo=4 V y comprobarlo experimentalmente. El A741 posee un circuito de proteccin que limita la corriente de salida a un mximo de 25mA,

tanto si es corriente entrante como saliente. Cmo es este circuito de proteccin?

G) Montar el circuito de la figura P8.2 sin conectar el

potencimetro y medir la tensin offset de salida. El offset de salida es un desplazamiento DC de Vo

en ausencia de seal de entrada. Se produce por las disimetras en el AO.

Observar cmo si se calienta el OA con el dedo se produce un desplazamiento de Vo debido a su deriva trmica.

H) Para eliminar los efectos offset, conectar el potencimetro de 250k en las terminales 1 y 5 del AO tal como se muestra en la figura P8.2. Ajustar el potencimetro hasta que Vo=0 V.


B) Visualizacin en el osciloscopio de vi y vo. C) Diagrama de Bode del amplificador

+-

R2

R1vo

A741

R1||R2 15

R

-VCCR=250k

Figura P8.2.

Anulacin de efectos offset.



Pag. 25

9.- Comparador de ventana aplicado a una seal

rectificada

Objetivos

Los comparadores son circuitos no-lineales que permiten, como su propio nombre indica, comparar dos seales para determinar cual de ellas es mayor o menor. El resultado de la comparacin es una seal binaria y bsicamente se comporta como un convertidor analgico-digital de 1 bit. Como aplicacin tpica de un comparador, en esta prctica se propone la realizacin de un comparador o detector de ventana. Este circuito permite determinar si una tensin de entrada est comprendida dentro de un rango de tensiones. La seal de entrada va a ser obtenida a partir de un rectificador de media onda basado en un amplificador operacional. La combinacin de ambos circuitos es un ejemplo tpico de realizacin de un sistema electrnico complejo.

1

2

RR

Figura P9.1. Rectificador de media onda y VTC

I.- Realizacin de un rectificador de media onda La tensin umbral de un diodo de silicio, utilizado como detector de media onda, es a

veces prohibitiva sobre todo cuando se manejan seales pequeas. En efecto, su 0.6-0.7 V de cada de tensin en directa impide la deteccin de seales dbiles. Un medio para paliar dicha dificultad consiste en recurrir al montaje del circuito indicado en la figura P9.1. En este circuito, la cada de tensin del diodo es dividida por la ganancia del amplificador operacional en lazo abierto, y por consiguiente, es reducida al orden de mV.


Pg. 26

A) Realizar el montaje de este circuito P9.1 y comprobar que su ganancia es -R2/R1=-33. Aplicar una seal senosoidal a la entrada de 1kHz y observar como es capaz de rectificar seales de varias decenas de mV. Comprobar el resultado con EWBMS.

Realizar un anlisis terico del circuito e indicar que diodos conducen para el semiperiodo positivo de la seal de entrada y cuales lo hacen en el semiperiodo negativo.

II.- Comparador de ventana

B) Realizar el montaje del comparador de ventana de la figura P9.2. Si R3=1k, aplicar a la entrada, VA, una onda senosoidal de 500Hz y 3 V de amplitud y observar la salida Vo. Medir experimentalmente los valores de VTH y VTL y comprobarlos con los obtenidos tericamente. Observar que R2 tiene un valor muy bajo. Como resultado, VTH y VTL van a tener valores muy

prximos y la anchura del pulso que va a generar este circuito ser muy estrecha.

Figura P9.2. Comparador de ventana. Figura P9.3. Generador de pulsos.

C) Conectar los circuitos de la figuras P9.1 y P9.2. Aplicar una seal a la entrada del

circuito de 500Hz que genere una salida en el circuito rectificado de 3 V de amplitud. Se desea generar dos pulsos desplazados un tiempo Td con respecto al paso por cero, tal como se indica en la grfica de la figura P9.3. Calcular el valor de R3 para obtener el valor Td asignado en la prctica. Comprobar el resultado con EWBMS. El procedimiento para obtener este valor es el siguiente. Al ser VA(t)=3sen(2500t), se calcula en

primer lugar el valor VA para t=Td. En este caso, VA(t=Td) = VTL. Una vez conocido VTL, se calcula el valor de R3 solicitado.

D) Variar la frecuencia de entrada y observar su efecto en la salida.


A) Visualizacin en el osciloscopio de VA y Vi. C) Visualizacin en el osciloscopio de Vo y VA.



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10.- Oscilador de puente de Wien

Objetivos

Los osciladores o fuentes de excitacin senosoidal son piezas fundamentales en muchos sistemas electrnicos. Un sistema realimentado oscilar si la seal transmitida a lo largo del amplificador y red realimentacin tiene desfase 0+2k, y si la ganancia en magnitud del amplificador por el factor de la red de realimentacin es ligeramente superior a 1. En esta prctica se analiza un oscilador de puente de Wien constituido por un amplificador lineal a tramos y una red basada en un puente equilibrado de Wien. Se analizarn individualmente ambos circuitos y se comprobar que cuando se conectan (y se verifican las anteriores condiciones) el circuito comenzar a oscilar con la frecuencia de oscilacin establecida.

Figura P10.1. Oscilador de puente de Wien.

I.- Anlisis terico La figura P10.1 describe un oscilador de puente de Wien constituido por una amplificador

lineal a tramos, para estabilizar y linealizar la onda senosoidal de salida, y una red de realimentacin en puente de Wien. La red de realimentacin define la frecuencia de oscilacin como


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o =

12RC (1)

Y el amplificador debe cumplir la siguiente relacin

R1 + R2 + R3R1

> 3 (2)

Esta ecuacin se puede expresar de la forma

R2 + R3 > 2R1 En el circuito de la figura P10.1, los diodos del amplificador actan cono limitadores que

fijan la tensin de salida a un valor Vpp (pico a pico). Esta tensin Vpp es definida mediante la

siguiente relacin

R1 + R2R3

=Vpp2Vd

1 (3)

II.- Realizacin A) Realizar el montaje en el laboratorio del amplificador de la figura P10.1. Escoger los

valores de resistencia adecuados para que verifiquen las anteriores ecuaciones, utilizando los valors de Vpp y la frecuencia de oscilacin indicados para esta prctica.

Se recomienda que la resistencia R2 sea variable para ajustar las condiciones de oscilacin. Comprobar que el circuito empieza a oscilar a partir de un determinado valor de R2 con la frecuencia establecida y amplitud pico a pico fijado. Demostrar las ecuaciones (1), (2) y (3). El criterio de Barkhausen establece las condiciones de oscilacin: 1) la frecuencia de oscilacin la

fija la red de realimentacin de acuerdo a la ecuacin (1), y 2) la ganancia del amplificador debe cumplir los requerimientos indicados en la ecuacin (2).

La expresin matemtica de la ecuacin (2) es 3R

RRR

1

321 =++ . Por qu se indica en esta

ecuacin que debe ser ligeramente mayor (>) a 3 ?

B) Retirar los diodos del esquema y observar la onda resultante. Comparar ambas seales senosoidales. Qu ha ocurrido? Por qu?

Qu limita en este caso la tensin mxima de salida?



Pag. 29

C) Aislar el amplificador desconectando la red de realimentacin del circuito. Representar grficamente la VTC de este amplificador considerando como entrada el nudo + del OA y salida a Vo.

D) Aislar la red de realimentacin del amplificador. Representar grficamente el desfase y

la ganancia entre la entrada (nudo A) y salida (nudo B) en funcin de la frecuencia (entre 100Hz y 20kHz). Aplicar una onda senosoidal a la entrada y medir el desfase de la salida con respecto a la entrada

para diferentes frecuencias.

Comprobar que el desfase es de 0 a la frecuencia indicada por la ecuacin (1). Cul es la magnitud de la ganancia de la red de realimentacin a la frecuencia de oscilacin?


A) Visualizacin en el osciloscopio de la seal de salida.


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11.- Generador de diente de sierra y cuadrada

basado en un disparador de Schmitt

Objetivos

La integracin de la salida de un disparador Schmitt con retroalimentacin es un circuito que permite obtener simultneamente una onda cuadrada y triangular; sta ltima puede derivar en una onda en forma de diente de sierra (onda triangular no simtrica). El objetivo de esta prctica consiste en montar y analizar un generador de estas caractersticas en base a dos circuitos muy comunes y de fcil realizacin con amplificadores operacionales: un disparador de Schmitt y un integrador RC.

I.- Anlisis de un disparador de Schmitt En el circuito de la figura P11.1 se muestra un comparador

regenerativo tambin denominado comparador con histresis o disparador de Schmitt. Para este circuito, se pide:

A) Calcular su VTC terica y experimental para los valores R1 y R2 asignados a esta prctica. Medir la VOH y VOL y compararla con le terica. El disparador Schmitt de la figura P11.1 es un comparador con dos tensiones de entrada de

disparo, una positiva y otra negativa. Para obtener ambas tensiones, es preciso aplicar tensiones positivas y negativas a la entrada a travs de una fuente variable DC. El cambio de polaridad en la fuente DC se realiza intercambiando los cables cuando la tensin vale cero. Con este procedimiento, se evita cambios inesperados en el estado del disparador.

El TL081/2/4 es un AO de bajo costo y entrada JFET que tiene mejores caractersticas que el clsico A741. El TL081 encapsula un nico OA, el TL082 2 AO y el TL084 hasta 4 AOs. El conexionado se puede encontrar el las hojas de caractersticas de este dispositivo.

B) Aplicar a la entrada del disparador una onda senosoidal de 10 V de amplitud y 1KHz de frecuencia. Representar grficamente el resultado y comprobar el resultado con EBW. Observar que los cambios en el estado del comparador se produce para las tensiones de entrada

obtenidas en el anterior apartado.

Figura P11.1.



Pag. 31

C) Repetir los apartados A) y B) retirando la resistencia R1 del circuito. Discutir las

diferencias obtenidas en ambos casos. Explicar las diferencias que existen entre un comparador de Schmitt y un comparador simple?

II.- Generador de una onda cuadrada y triangular

Con el disparador de Schmitt anterior construye el circuito generador de diente de sierra y

onda triangular de la figura P11.2. Para este circuito se pide: D) Determinar el valor de R3=R4 para que el periodo de la seal T sea el asignado para la

prctica. Obtener la forma de onda terica del circuito y las amplitudes de Vo1 y Vo2 Considerar la cada de tensin de los diodos a la hora de establecer las ecuaciones de

funcionamiento de este circuito.

E) Comprobar el resultado experimentalmente y representar grficamente Vo1 y Vo2.

F) Repetir el apartado E) en el caso de que R3 sea aproximadamente 2R4.

Figura P11.2. Circuito generador de diente de sierra y onda cuadrada.


B) Visualizacin en el osciloscopio de Vi y Vo. D) Visualizacin en el osciloscopio de Vo1 y Vo2.


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12.- Aplicaciones del temporizador 555

Objetivos

El circuito integrado temporizador 555 es utilizado para gran cantidad de aplicaciones y configuraciones. Es un circuito relativamente complejo, contiene un total de 27 transistores, y a nivel bloque est constituido por dos comparadores, un flip-flop RS y elementos de control. En esta prctica se analiza las dos configuraciones ms tpicas de este temporizador, monoestable y astable. En el primer caso se genera un pulso de duracin fijada a travs de una red RC externa a partir de un pulso de disparado, y en segundo caso, se genera una onda cuadrada de periodo fijado mediante elementos externos.

I.- Configuracin monoestable En el circuito de la figura P12.1 se muestra la configuracin monoestable ms sencilla. El

circuito de disparo detecta el paso por cero de la onda cuadrada y genera un pulso que dispara el circuito. Para este circuito, se pide:

Figura P12.1. Temporizador 555 en configuracin monoestable.

A) Aplicar una onda cuadrada de 5 V de amplitud y observar el efecto del circuito de

entrada que genera la seal Vi de disparo del temporizador. Por qu tiene que tener esta forma? Para disparar el 555 se necesita un pulso negativo cuya amplitud debe ser inferior a 1/3 de la

tensin de alimentacin. El circuito de entrada genera dicho pulso de disparo.



Pag. 33

B) Asignar valores a R y C para que T del monoestable sea el asignado a la prctica.

Modificar la tensin VCC y observar como el pulso de salida mantiene su duracin. La duracin del pulso de salida en configuracin monoestable es constante y depende de la red

RC externa. Su valor es T=RCln3. II.- Configuracin astable

La configuracin monoestable de la figura P12.2 permite obtener una onda cuadrada no

simtrica de periodo conocido.

C) Asignar un valor a R1, R2 y C para que la frecuencia de oscilacin tenga el valor asignado a la prctica. Adems, el duty cycle debe ser del 80%. Comprobar el valor con EWBMS. Observar que ambos periodos son independientes de la tensin de alimentacin variando el valor de VCC. El inconveniente de la configuracin bsica mostrada en la figura P13.1 es que no permite generar

una onda cuadrada simtrica. El periodo en estado alto es T1=(R1+R2)Cln2 y el bajo es T2=R2Cln2.

1

2

3

4

8

7

6

5

C1C

R1

VCC

VCC

VoR2

C1=10nFVCC=5 V

Figura P12.2. Temporizador 555 en configuracin astable.


B) Visualizacin en el osciloscopio de Vi y Vo. C) Visualizacin en el osciloscopio de V(2) y Vo.


Pg. 34



Pag. 35

HOJAS DE CARACTERSTICAS

DE LOS

COMPONENTES

UTILIZADOS EN LA

REALIZACIN DE ESTAS PRCTICAS

Componentes, Pg. 35 2N5457, Pg. 37 2N3903/04, Pg. 40 2N3905/06, Pg. 46 A741, Pg. 51 LM139 /LM239/LM339/LM2901/LM3302, Pg. 57 TL081/82/83, Pg. 63 NE555, Pg. 68 1N4007, Pg. 73


Pg. 36



Pag. 37

2N5457


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2N5457



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2N5457


Pg. 40

2N3903/04



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2N3903/04


Pg. 42

2N3903/04



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2N3903/04


Pg. 44

2N3903/04



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2N3903/04


Pg. 46

2N3905/06



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2N3905/06


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2N3905/06



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2N3905/06


Pg. 50

2N3905/06



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OA741


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OA741



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OA741


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OA741



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OA741


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OA741



Pag. 57

LM139 /LM239/LM339/LM2901/LM3302


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LM139 /LM239/LM339/LM2901/LM3302



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LM139 /LM239/LM339/LM2901/LM3302


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LM139 /LM239/LM339/LM2901/LM3302



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LM139 /LM239/LM339/LM2901/LM3302


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LM139 /LM239/LM339/LM2901/LM3302



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TL081/82/83


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TL081/82/83



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TL081/82/83


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TL081/82/83



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TL081/82/83


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NE555



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NE555


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NE555



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NE555


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NE555



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MANUAL DE INSTRUCCIONES DEL OSCILOSCOPIO DIGITAL

AGILENT SERIE DS03000


Pg. 76



Pag. 77

1.- Introduccin

El osciloscopio AGILENT serie DS03000 es un osciloscopio digital de dos canales. En

la Fig 1. se muestra el panel frontal de este osciloscopio. Tiene a su izquierda una pantalla en

color y a su derecha teclas y mandos; las teclas son pulsadores y los mandos son giratorios. La

mayora de las teclas y mandos se agrupan bajo alguno de los siguientes descriptores: Control

horizontal y vertical, control de formas de onda., control de ejecucin, disparo, control de

medida y control del men. Las teclas situados en la parte derecha de la pantalla debajo de

pulsador MENU ON/OFF muestran en pantalla los mens de los pulsadores

programables que permiten acceder a las funciones del osciloscopio.

Figura 1. Disposicin frontal de mandos y teclas.

Este manual de instrucciones tiene solamente como finalidad describir las operaciones

bsicas para el manejo de este osciloscopio enfocadas a la realizacin de las prcticas de esta

asignatura. Para un manejo ms avanzado es necesario recurrir al manual completo

proporcionado por el fabricante y que se puede descargar de la pgina Web de la asignatura.

2.- Compensacin de las sondas Antes de usar el osciloscopio, es necesario efectuar un ajuste en frecuencia de las sondas,

operacin conocida como compensacin de la sonda. Esta operacin debe realizarse cuando se

conecte por primera vez una sonda a un canal y slo es vlido para esa sonda y ese canal. En


Pg. 78

caso contrario, hay que repetir la operacin. Por ello, se recomienda que una vez compensada

una sonda se deje conectada permanentemente al canal. La compensacin se realiza a baja

frecuencia y alta frecuencia.

2.1 Compensacin de baja frecuencia

1.- Conectar una sonda al canal y seleccionar ese canal o (la tecla se ilumina). En el men Probe seleccionar la atenuacin de 10X, es decir, pulsar el botn de la

derecha de la pantalla correspondiente a la opcin Probe hasta que aparezca Probe10 X .

Opciones de Probe son: 1X, 10X, 100X y 1000X. En nuestro caso, las sondas que

utilizamos tienen una atenuacin de 10X.

2.- Conectar la sonda a la salida de la onda cuadrada de compensacin de sonda (esquina

inferior derecha).

3.- Pulsar del panel frontal.

4.- Utilizar un destornillador y girar el tornillo hasta que aparezca una onda cuadrada

perfecta, tal como se indica la figura 2.

Figura 2. Compensacin de la sonda para baja frecuencia

2.2 Compensacin de alta frecuencia (no realizar)

1.- Aplicar una onda cuadrada mediante el generador de seal de frecuencia 1MHz y 1

Vp-p.

2.- Pulsar del panel frontal.

3.- Utilizar un destornillador y girar los tornillos hasta que aparezca una onda cuadrada



Pag. 79

perfecta, tal como se indica la figura 3.

Figura 3. Compensacin de la sonda para alta frecuencia

3.- Visualizar una seal automticamente

Las teclas de ejecucin son

Figura 4. Teclas de ejecucin

(iluminada en verde): El osciloscopio obtiene los datos y muestra la traza ms

reciente. Modo normal de operacin.

(iluminada en rojo): Se congela la pantalla.

Adquiere una traza sencilla.

El osciloscopio tiene una funcin de autoescala (tecla blanca ) que lo configura

automticamente para visualizar lo mejor posible la seal de entrada. Para utilizar se

necesitan seales de frecuencia mayor o igual a 50Hz, un ciclo de trabajo superior a 1% y una

amplitud de al menos 10mV pico a pico. Cuando se pulsa , cambia la escala de todos los

canales que tengan seales aplicadas y selecciona un rango de base de tiempos en funcin de la

fuente de disparo. Se elige automticamente como fuente de disparo la entrada con seal de


Pg. 80

mayor amplitud(si hay seal conectada a la entrada del disparador externo, se elige sta como

fuente de disparo).

Figura 5. Controles verticales de los canales 1 y 2.

Figura 6. Informacin que proporciona la pantalla del osciloscopio

4.- Configuracin vertical

Cada canal tiene un men de control vertical que aparece despus de presionar el canal

o del panel central. Los mandos y teclas del control vertical se indican en la figura 5 y en



Pag. 81

la figura 6 se muestra las distintas informaciones que aparecen en pantalla. El mando position

knob mueve la forma de onda verticalmente. El valor numrico de tensin es mostrado

durante un corto intervalo de tiempo en la esquina inferior izquierda y corresponde al punto

indicado por los smbolos de masa 1 o 2 . Estos smbolos situados a la izquierda se mueven

simultneamente con el position knob. El mando Scale knob permite modificar la

sensibilidad vertical, es decir, el valor de Volts/Div en un rango de 20mV/div a 50V/div; el valor

seleccionado es visualizado en la lnea inferior de estado.

Pulsando o se activa el canal si an no lo estaba (la tecla se ilumina) y aparece en

pantalla a la derecha la configuracin de ese canal. Para desactivar el canal, se presiona

nuevamente la tecla hasta que se apague. El men asociado al canal se activa o desactiva

pulsando . Este men permite seleccionar entre otras opciones:

Coupling o acoplamiento. Tipo de acoplamiento de la seal de entrada: DC ,

GND y AC . Al pulsar la tecla se selecciona alternativamente uno de

estos tipos.

BW Limit o lmite de ancho de banda. Dejar por defecto al valor de OFF .

Probe. Atenuacin de la sonda. Las sondas utilizadas en el laboratorio tienen una

atenuacin de 10X .

Invert. Invierte la seal de entrada o no .

Digital Filter. Aplicacin de un filtro digital para eliminar seales de entrada de un

rango de frecuencia. Opcin avanzada no utilizada en el laboratorio.

La tecla (la tecla se ilumina cuando est activada) permite realizar operaciones

matemticas entre los dos canales tales como suma (A+B), resta (A-B) o multiplicacin (AxB).

Esta funcin tambin permite realizar la FFT de un canal. Como ejemplo, en la figura 7 se

muestra el resultado de realizar una operacin suma entre ambos canales. En la pantalla se vera

en amarillo el canal 1 (CH1), en verde el canal 2 (CH2) y en rosa el resultado. Para seleccionar


Pg. 82

otra operacin aritmtica se pulsa nuevamente el botn . De este modo se selecciona

alternativamente las operaciones de A+B, A-B, AxB y FFT. Para desactivar esta opcin volver a

pulsar y la luz se apagar.

Figura 7. Operacin suma entre ambos canales

La tecla guarda en memoria no-voltil (permanente) las formas de onda de los

canales para visualizarlas posteriormente.

Figura 8. Control horizontal

5.- Configuracin horizontal (Escala de tiempos)

El control horizontal asociada a la escala de tiempos se encuentra en la zona superior

izquierda y est constituido por los controles indicados en la figura 8. La velocidad de barrido se

selecciona a travs del mando Scaled knob que vara con un rango 5ns/div a 50s/div.

Asimismo, en la parte superior de la pantalla (figura 9) se muestra grficamente el rango de

datos almacenados en memoria, de los cuales solamente se visualiza en pantalla la zona indicada



Pag. 83

a travs de dos corchetes. Esta zona se modifica utilizando el mando Position knob . El

smbolo indica la posicin del disparo (Trigger).

Figura 9. Seleccin de la zona de visualizacin en pantalla

La tecla despliega un men que especifica la configuracin vertical tal como se

indica en la siguiente figura.

Figura 10. Pantalla de control de la configuracin vertical

La opcin despliega dos formas de onda: una principal (arriba) correspondiente a

la seal principal y un secundaria (abajo) que amplia la zona seleccionada en la Delayed Sweep

window, tal como aparece en la figura 11. Esta zona se puede modificar utilizando los mandos

Scaled know y Position knob. Esta operacin es equivalente a pulsar el mando Scaled knob

para realizar una ampliacin (zoom) de una zona de la seal.


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Figura 11. Visualizacin para la opcin o ampliacin de una zona.

La base de tiempos puede ser temporal, Time Base

Y-T , o no temporal, , cuando se desea

estudiar las relaciones de fase entre dos seales.

El resto de las opciones es mejor dejarlas a su valor de defecto.

5.1 Disparo del osciloscopio

Para estabilizar una seal en la pantalla es necesario controlar el disparo (Trigger) del

osciloscopio a travs de los mandos y teclas situados en la esquina inferior derecha (figura 12).

Existen varios modos de disparo, pero aqu solo se describen los ms bsicos.

Figura 12. Control de disparo

El mando selecciona el nivel de disparo. Si se gira, se observa en la pantalla

una lnea horizontal amarilla que indica la tensin de disparo. Si esta lnea se sale fuera de los



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lmites de la seales entonces se vuelve inestable la imagen. La tecla selecciona

automticamente un nivel de tensin de disparo correspondiente a la mitad de la amplitud de la

seal de entrada, el cual puede ser posteriormente modificada mediante el mando .

La tecla Mode

Coupling permite modificar los parmetros de disparo. Si una seal en pantalla es

inestable, generalmente es debido a que no se ha seleccionado adecuadamente el canal 1 (CH1)

o canal 2 (CH2) sobre el que acta el disparo. Para ello, se escoge el canal 1 ( ) o canal 2 Source

CH2 pulsando la tecla correspondiente. Si se sigue pulsando de nuevo cambia

alternativamente a , y Source

AC line . La pcin o Slope

indica un disparo

por flanco positivo o negativo. Por ltimo, es recomendable que el acoplamiento sea AC, Coupling

AC .

6.- Control de medida

El osciloscopio puede realizar medidas sobre las seales visibles en pantalla. Estas

mediadas pueden ser de dos tipos, medidas automticas a travs de la tecla , o medidas

Estabilizacin de seales en pantalla

Pulsar Mode

Coupling y comprobar que los parmetros mostrados son: , y

.

Seleccionar el canal con mayor amplitud de seal de entrada especificndolo a

travs de o .

Pulsar .

Si no se estabiliza con las anteriores teclas, pulsar .


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a travs de cursores pulsando la tecla (figura 13).

Figura 13. Teclas de medida

6.1 Medida a travs de cursores

La tecla permite realizar medidas a travs de cursores y se activa cuando al

pulsar se ilumina en verde; si se pulsa nuevamente se desactivar esta opcin y se apagar. Los

cursores son lneas discontinuas verticales y horizontales mostradas en pantalla que indican los

valores del eje X y del eje Y de una seal seleccionada, y se utilizan para hacer medidas

personalizadas de tiempo y de tensin sobre la seal. Existen dos modos de operacin:

A.- Manual o . Calcula una medida sobre la seal correspondiente al canal 1

o canal 2 . Esta medida consiste en calcular la diferencia en tiempo

o tensin entre los puntos especificados por los cursores A (CurA) o

B (CurB). Para ello, seleccionar el cursor A (CurA

) de color azul claro o cursor B

(CurB

) de azul oscuro. El mando permite desplazar la lnea del cursor

especificado. Las intersecciones de las lneas de ambos cursores con la seal del

canal permiten especificar dos puntos. En la pantalla aparece sobre-impresionado el

resultado en trminos de diferencia temporal para a travs del parmetro X

(o en trminos de frecuencia 1/ X ) o de tensin para Type

Voltage a travs del parmetro

Y.

B.- Puntual o Mode

Track . Realiza una medida sobre dos puntos cualesquiera de la pantalla.

Para especificar el punto correspondiente al cursor A, se selecciona el cursor A

poniendo la tecla a y se indica el canal pulsando Cursor A

CH1 para canal 1 o



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Cursor ACH2 para canal 2;

Cursor ANone desactiva este cursor. Para especificar el punto

correspondiente al cursor B, se repite la operacin pero ahora utilizando los botones

correspondientes a este cursor. En la pantalla se mostrar sobre impresionado la

diferencia temporal X, frecuencia 1/ X y diferencia de tensin Y.

6.2 Medida automtica

La tecla activa el sistema automtico de medida realizado sobre una seal del

canal 1 o del canal 2 . Si se pulsa la tecla Display All

OFF se activa el sistema automtico

de medida, cambiando a , donde se muestra en la pantalla todos los parmetros

caractersticos de esa seal. Estos parmetros son:

Vmax: Tensin mxima.

Vmn: Tensin mnima.

Vpp: Tensin pico a pico.

Vtop: Tensin superior.

Vbase: Tensin inferior.

Vamp: Vtop - Vbase

Vavs: Tensin promedio.

Vrms: Tensin eficaz.

Vovr: Sobre-tensin superior.

Vpre: Sobre-tensin inferior.

Prd: Periodo.

Freq: Frecuencia.

Rise: Tempo de subida.

Fall: Tiempo de cada.

+Wid: Anchura de pulso positivo.

-Wid: Anchura de pulso negativo.

+Duty: Ciclo de ocupacin positivo.

-Duty: Ciclo de ocupacin negativo.

Estos parmetros se definen grficamente en las siguientes figuras.


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Figura 14. Parmetros de tensin

Figura 15. Parmetros de Frecuencia y periodo

Figura 16. Parmetros de tiempos de subida y bajada

Figura 17. Parmetros de -Wid y +Wid

7.- Control de formas de onda



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Figura 18. Control de formas de onda

La tecla permite alterar el modo de adquisicin de datos. Es preferible dejarlo a

su modo normal .

La tecla permite modificar la forma de visualizacin en pantalla de las seales.

Entre otras opciones, tenemos:

1) Tres opciones de rejilla: rejilla completa , rejilla solo con ejes y sin

rejilla .

2) Persistencia. Con persistencia OFF ( ) se borra las formas de onda anteriores

antes de mostrar en pantalla una nueva. Con persistencia Infinite ( )

mantienen las formas de onda anteriores mientras se muestran nuevas en pantalla.

3) Refresco de pantalla. Clear

Pulsando 1/2

se accede a estas otras opciones:

4) Brillo: ms o menos brillo.

5) Duracin de las opciones de men. Por defecto es infinito, esto significa que las

opciones asociadas al men permanecern indefinidamente en la pantalla. Si se

cambia el tiempo a 1s, 2s, 5s, 10s o 20s, estas opciones de las teclas permanecern

ese tiempo antes de desaparecer.

6) Pantalla normal o invertida


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BIBLIOGRAFA

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