UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE INGENIERÍA
LABORATORIO DE ANÁLISIS Y DISEÑO DE CIRCUITOS ELECTRONICOS (ML-831)
2013
CONTENIDO LABORATORIO N 1: USOS Y CUIDADOS EN EL MANEJO DE LOS EQUIPOS DEL LABORATORIO
LABORATORIO N 2: RECTIFICADORES DE TENSION Y FILTROS LABORATORIO Nº3: TRANSISTOR BIPOLAR, POLARIZACION, GANANCIAS
LABORATORIO Nº4: EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL LABORATORIO Nº5: APLICACIONES DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
LABORATORIO Nº6: GENERADOR DE ONDAS CRITERIOS DE EVALUACIÓN
•
Informe Previo .- Este deberá contener los cálculos teóricos,
que que ha efec efectu tuad ado o el grup grupo, o, los los cual cuales es será serán n comp compar arad ados os con con los los valo valore ress
experim experiment entale aless y sacado sacadoss los porcen porcentaj tajes es de error error para para cada cada paráme parámetro tro analizado en el experimentos. Este informe será entregado en el instante que se llegue al aula. •
Informe Final.- Este deberá contener los valores experimentales medidos en el laboratorio, los cuales serán anotados en un hoja adicional, la cual estará firmada por el profesor del curso, y será entregada adjunto al informe final. El informe final tendrá las siguientes partes: 1. Carátula 2. Objeti Objetivo vo de la expe experie rienci ncia a 3. Fund Fundam amen ento to teór teóric ico o 4. Solu Soluci ción ón del del cues cuestition onar ario io que que se plan plante tea a en cada cada labo labora rato tori rio o que que incluye los resultados de la experiencia en cuadros y gráficos en caso los hubiese. 5. Observ Observaci acione oness y concl conclusi usione oness
6. Hoja de datos firmada por el profesor •
Durante la realización de la experiencia el profesor podrá hacer preguntas a cada alumno del grupo correspondiente; que será considerado como test oral.
•
Los puntajes asignados en la calificación de las diferentes partes que comprenden las experiencias son:
•
1. Informe Previo
: 5 puntos
2. Asistencia
: 6 puntos
3. Concluir toda la experiencia
: 2 puntos
4. Informe Final
: 3 puntos
La entrega del informe final será una semana después de realizada la experiencia.
LABORATORIO N 1: USOS Y CUIDADOS EN EL MANEJO DE LOS EQUIPOS DE LABORATORIO I. Objetivos
Adiestrar al estudiante en el manejo de los diferentes instrumentos de laboratorio.
Indicar al estudiante los cuidados que debe tener en cuenta cuando utiliza los diversos instrumentos de laboratorio.
II. Equipos y Materiales
1 Osciloscopio digital
1 Multímetro digital
1 PROTOBOARD
1 Transformador de 220V/24V (1A) con toma central
Ω
3 Resistencias (330K
Ω
, 680K
4 Diodos 1N4004 o su equivalente
1 Puente de diodos.
Ω
, 1k
a 1/2W)
III. Procedimiento 1) Usando el código de colores indicar los valores, tolerancia y potencia de las resistencias. 2) Utilizando el multímetro obtener el valor real de las resistencias. 3) Medir la resistencia de las bobinas del transformador (Primario y Secundario) observando las diferencias que existe entre ellas.
4) Conectar el transformador a la red de 220V y mida las tensiones entre los terminales del secundario, anotando sus mediciones. 5) Armar el circuito que se muestra en la figura. 330K
+
12V
680K
V
-
6) Medir el valor de “V” con el voltímetro. 7) Colocar el multímetro en la escala de amperios y medir la corriente que circula por el circuito. 8) Armar el circuito de la figura adjunta. D 1
2
TX1 +
+
2 2 0 V
1 K
V 1
V 2
-
-
9) Medir los valores de V1 en AC y V2 en DC. Usando el osciloscopio observar la forma de onda en secundario del transformador y en la carga. 10) Armar el circuito de la figura adjunta y repetir el paso 9.
2
TX1
1
D
D
+
2 2 0 V
1
2
1
2
+
V 1
-
D 2
1K D
V 2
-
1
IV. Informe Final: 1. Hacer una comparación de los valores teóricos y experimentales obtenidos en los pasos 1 y 2. 2. Explicar el efecto de carga del multímetro cuando se realizan las mediciones y también su sensibilidad. 3. ¿Qué otros parámetros afectan las mediciones de la tensión y la corriente?
4. Graficar la forma de onda de la tensión obtenida con el osciloscopio, indicando el valor medio y valor eficaz, y compararlo con los valores obtenidos con el multímetro, para el circuito del paso 9. 5. Repetir la pregunta 4 para la figura del paso 10.
V. Observaciones y Conclusiones
LABORATORIO Nº 2: RECIFICADORES Y FILTROS I. Objetivos. •
Estudiar
los
diferentes
tipos
de
rectificadores
y
sus
filtros
correspondientes.
II. Equipos y Materiales •
Osciloscopio digital
•
Multímetro digital
•
4 Diodos 1N4004 o su equivalente
•
01 PROTOBOARD
•
1 Transformador de 220V/24V (1A) con toma central
•
1 Puente de diodos
•
Condensadores electrolíticos de 0.1, 2x10, 100, 2200 y 3300uF a 50V
•
1 Motor de 12V DC, diodo rectificador y 01 diodo zener de 30V.
•
•
Resistencias: 240
Ω
, 1K
Ω
, 1.2K
01 Potenciómetro de 5K para 1W.
Ω
(1/2W).
•
El C.I. LM317T
III. Procedimiento 1. Armar el circuito de la figura adjunta. D TX1
1
2
+
+
2 2 0 V
1K
V s
V 0
-
-
2. Para el circuito anterior y teniendo en cuenta los pasos siguientes llenar la tabla adjunta. Parámetro
Sin C
Con100uF
Con2200uF
V 0 ( P −P ) V 0 rms V 0 DC V S rms I 0 DC
3.
Colocar el condensador de 100uF y de 2200uF en paralelo con la carga
de 1K anotando los valores de los parámetros en la tabla anterior. Usar la fila V 0 rms
como
V r ( p −p )
cuando se usen condensadores. Usar el osciloscopio
en DC para medir la componente continua sobre el eje de 0V y en AC para las componentes alternas de la salida Vo. 4. Armar el circuito de la figura. D1 1
2
+
TX1
1 k 220V
RL
V o
60Hz
1
2
D2
5. Llenar la siguiente tabla para el circuito anterior.
Parámetro
Sin C
Con100uF
Con2200uF
V 0 ( P −P ) V 0 rms V 0 DC V S rms I 0 DC
6. Colocar el condensador de 100uF y 2200uF en paralelo con RL y llenar la tabla del paso 5. 7. Armar el circuito adjunto.
2
TX1
1
D
220V 60Hz
D
1
2
1
2
D 2
+ D
1
RL
1 k
V o
-
8. Llenar la tabla adjunta siguiendo el mismo procedimiento anterior. Parámetro
Sin C
Con100uF
V 0 ( P −P ) V 0 rms V 0 DC V S rms I 0 DC
9. Armar el circuito de la figura adjunta.
Con2200uF
D2 2 2
T X1
1
1
D
D
3 220V
1
2
1
2
2 317T
+ 60Hz
D
D
1 C1
1 .2 k
2
C2
2 4 0
D 1
0 .1 u F 2
1
V o
3300uF
1
C 4
1 0 uF
1
LED P 5k
C3
1 0 u F
2
-
10. Variar el potenciómetro P y con el multímetro medir Vo: 6V, 9V, 18V. 11. Conectar el osciloscopio en la salida de la fuente de alimentación medir y graficar para Vo: 6V, 9V, 18V. 12. Conectar el motor DC como carga en la fuente de alimentación y ver que sucede.
IV. Informe Final: 1. Presentar los resultados obtenidos en el laboratorio en forma ordenada, indicando el circuito y explicar las diferencias con los valores esperados. 2. Explique el funcionamiento del circuito con el regulador integrado 317T. 3. Presentar otros tipos de filtros indicando las ventajas y desventajas con respecto a los que se vio en la experiencia. 4. Dibujar un diagrama esquemático de una fuente Bipolar Ajustable describiendo su funcionamiento.
V. Observaciones y Conclusiones
LABORATORIO Nº 3: EL TRANSISTOR BIPOLAR Y FET, POLARIZACION, GANANCIAS.
I. OBJETIVO. Estudiar en forma experimental el transistor bipolar (BJT), formas de polarización, operación en alterna, configuraciones y limitaciones.
INFORME PREVIO. 1. De los manuales obtener las especificaciones del transistor bipolar (BJT) BC548B o su reemplazo. 2. Determine los puntos de operación del transistor, del circuito de la figura 1 y su ganancia de voltaje. 3. Dibujar en una hoja completa el circuito con los valores a implementar, así como los valores de tensión y corriente hallados teóricamente. 4. Dibujar los símbolos de los transistores.
II. MATERIALES Y EQUIPO 1 Osciloscopio digital 1 Multímetro digital 1 fuente DC 1 Generador de ondas 1 Protoboard - Resistencias: 2x10K, 2.2K, 3.9K, 1K, 3.3K, 100K, 3M y 56K, todas de 0.5W. - Condensadores: 100uF, 2x4.7uF, 47uF, 0.047uF todos de 30V. 1 Transistor Bipolar 2N3904 o su equivalente; 1 transistor Mosfet 3N187 o su equivalente.
III. PROCEDIMIENTO 1. Armar el circuito de la figura con los valores sugeridos. + 1 2 V
R C R 2
3 . 9 K
1 0 K 4 .7 u F
C i 2 N 3 9 0 4
R L V i
R 1
+
V o -
2 .2 K 1 K
4 7 u F
2. Sin conectar Vi ni RL, medir las tensiones de los terminales del transistor respecto a tierra. Así se determina el punto de operación Q. 3. Llenar la tabla, para obtener las rectas de carga por variación de R 2 y RC, refiriéndose siempre al circuito original, retornando los elementos cambiados. “Q” ICQ VCEQ
Cto. Original
R2=56K
R2=3.3K
RC=0
4. En el circuito original, aplicar una señal Vi de 20mV pico a una frecuencia de 1KHz senoidal y medir V 0 para determinar la ganancia (A V). Medir Vi en R 2 y V0 en el colector y tierra. 5. Aumente el nivel de Vi hasta que se observe una distorsión apreciable en la salida (V0Max). 6. Cablear el circuito de la figura adjunta. + 1 5 V
1 0 K 0 .0 4 7 u F 3 M
D +
0 .0 4 7 u F
G1 3 N 1 8 7
G 2 V o
S 1 0 0 K V i 1 0 0 u F 1 K -
7. Para un voltaje de entrada Vi= 20mV pp a una frecuencia de 1KHz, grafique el voltaje de salida (si la entrada es muy pequeña aumente su valor de tal manera que no haya distorsión en la salida). 8. Mida en DC los valores del punto de operación. 9. Calcular la ganancia de tensión (AV). 10. ¿Cuál es desfasaje entre V 0 y Vi.
IV. INFORME FINAL 1. Presentar en una hoja las mediciones efectuadas en cada circuito con todas las indicaciones (circuito original).
2. Explicar los puntos Q obtenidos y las variaciones de las rectas de carga DC. 3. Trazar la curva de transferencia I D vs VGS indicando los puntos de operación de la tabla llenada y las rectas de polarización I D=(-1/RS)VGS. Obtenidas de VGS=IDRS. Por inducción de la curva aproximar los datos de JFET como son I DSS y VP. Explicar las observaciones que dieran lugar. 4. Trazar la curva de transferencia I D vs VGS indicando los puntos de operación obtenidos. Indicar la zona del transistor JFET y la recta de carga encada caso. 5. Explicar porque se limita V0max sin distorsión de señal.
V. Observaciones y conclusiones.
LABORATORIO N 4: Amplificador Operacional I. Objetivos
Implementar y analizar circuitos con amplificadores.
Comprobar las diversas configuraciones en las que puede ser usado el amplificador operacional.
II. Equipos y Materiales
1 Osciloscopio digital
1 Multímetro digital
1 Generador de ondas
1 PROTOBOARD
1 Fuente DC
Resistores: 1x5K , 3x100K , 1x20K , 1x200K , 4x10K , 1xPOT.10K , 2x400K, 1x50K,2x47K,1x68K,1x33K
OPAMP : 2xM741C
III. Procedimiento A. AMPLIFICADOR INVERSOR 1) Armar el circuito de la figura mostrada. R2 100k
12V
Ri 5k
+
a
Vo
R3 100k
-12V
R4 5k
2) Conectar la entrada “a” a tierra y medir con el voltímetro la tensión continua en Vo: esta deber ser cero. Si la tensión Vo no es cero, conecte un potenciómetro entre el pin 1 y el pin 5 del 741 y el terminal variable del potenciómetro conecte a la fuente negativa; accione el potenciómetro hasta lograr que Vo sea cero.
3) Seleccione en el generador de ondas una tensión senoidal de 200mV pico a pico, con una frecuencia de 100Hz y conecte dicha señal entre “ a” y tierra. 4) Utilizando el osciloscopio, observar la forma de onda en la salida Vo y compare con la señal que ingresa en “a”, grafique ambas ondas. 5) Hallar experimentalmente la ganancia del amplificador.
B. AMPLIFICADOR NO INVERSOR 1) Armar el circuito de la figura mostrada. R2 50k
12V
Ri 20k
+
Vo a
R3 400k
-12V
R4 5k
2) Repetir el paso 2 de la parte A. 3) Seleccione en el generador de ondas una tensión senoidal de 200mV pico a pico con una frecuencia de 1Khz y conectar entre “a” y tierra. 4) Repetir el paso 4 y 5 de la parte A.
C. AMPLIFICADOR SEGUIDOR EMISIVO
1) Armar el circuito del figura mostrada. R2 20k
12 V
+
Vo
a
R3 200k
-12V
R4 5k
2) Seleccione en el generador de ondas una tensión senoidal de 500mV pico a pico con una frecuencia de 2Khz y conecte entre “a” y tierra. 3) Con el osciloscopio observar la forma de onda en V o y comparar con la señal que ingresa en “a”, grafique ambas ondas. 4) ¿Qué relación hay entre la salida y la entrada?
D. SUMADOR Y RESTADOR 1) Armar el circuito de la figura mostrada. 12V
R2 100k 100k 12V
V1
V
A
R1 47 k +
33 k
V V2
68 k
Vo
R3 47 k
B R4 100k
-12V
R4 5k
2) Hallar en forma teórica V1 y V 2, así mismo hallar Vo en función de V A y V B para los siguientes casos: Si:
V A = V1
y
VB = V2
V A = V2 y
VB = V1
3) Usando el osciloscopio medir V o para los casos del paso 2, ¿hay diferencia? Mida con el multímetro V 1 y V 2 y compare con los valores hallados en el paso 2. 4) ¿En cual de los casos del paso 2, es sumador y en cual es restador?
IV. Informe Final: 1. Hacer el fundamento teórico de cada uno de los amplificadores implementados en el laboratorio. 2. Compare las características técnicas de los amplificadores operacionales LM741, LM308 y TL082. 3. Para cada uno de los amplificadores implementados, graficar las formas de onda tanto de la entrada, como de la salida, y comparar si están o no en fase; hallar también la ganancia experimental si es que lo tuvieran. 4. Para el circuito restador y sumador indique con claridad cuando es sumador y cuando es restador, compare en cada caso con los valores teóricos indicando el error respectivo. 6. ¿Qué opinión puede emitir acerca del OFFSET? ¿se puede controlar? 7. Anote sus conclusiones y observaciones (por lo menos 4).
LABORATORIO Nº5: APLICACIONES DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL
I. OBJETIVO. •
Familiarizar al alumno en el uso de los amplificadores operacionales, diseñar, implementar y analizar circuitos integrados.
II. MATERIALES Y EQUIPO 1 Osciloscopio digital 1 Multímetro digital 1 fuente DC 1 Generador de ondas 1 Protoboard - Resistencias las que se indican en los circuitos. - Condensadores electrolíticos los que se indican en los circuitos.
III. PROCEDIMIENTO A) INTEGRADOR BASICO 1. Armar el circuito de la figura y aplicar una señal Vin de onda rectangular de 250mV a una frecuencia de 10KHz C 1 = 0 .0 0 1 u F
100K
-9 V
4
1 0k 2
V in
-
-
O S 1
O U T 3
+
1
V
+
O S 2
6
V 0
5
V
1 0k
+9 V 7
2. Medir el voltage de salida y dibujar la forma de onda en los pines 2, 3 y 6. 3. Repetir el paso anterior cambiando C1 por 0.00022uF. 4. Con Vin=1V pico, llenar la tabla observando la forma de onda en la salida. f 50Hz Vo Forma de
100Hz 800Hz 1KHz 5KHz 10KHz 50KHz 100KHz 150KHz
onda
B) DIFERENCIADOR BASICO 1. Armar el circuito de la figura adjunta y aplicar una señal Vin de onda triangular de 250mV a una frecuencia de 10KHz. 10 K
100k
-9 V
4
C 1 = 0 .0 0 0 2 2 u F 2
V in
-
-
O S 1
O U T 3
1
V
+
+
O S 2
6
V 0
5
V
10 k
+9 V 7
2. Medir el voltaje de salida y dibujar la forma de onda en los pines 2, 3 y 6. 3. Repetir el paso anterior cambiando la resistencia de realimentación de 10K por 1M. 4.Con Vin=1V pico, llenar la tabla observando la forma de onda en la salida. f 50Hz Vo Forma
100Hz 800Hz 1KHz 5KHz 10KHz 50KHz 100KHz 150KHz
de onda
C) OPAMP COMO COMPARADOR 1. Armar el circuito de la figura y aplicar en Vin una señal de onda triangular de 250mV, a una frecuencia de 10KHz. -1 2 V
4
2
-
-
O S 1
O U T
V in
3
+
1
V
+
O S 2
6
V 0
5
V
+12V 7
2. Medir el voltaje y dibujar la forma de onda de la salida V0. 3. Repetir el paso anterior con Vin =1V pico, y una frecuencia de 10KHz y señal senoidal.
D) BASCULA DE SCHMITT 1. Armar el circuito comparador con Histéresis. Aplicar en Vin la señal de onda triangular de 250mV, a una frecuencia de 10KHz. -12V
4
V in
2
-
-
O S 1
O U T
100k 3
+
1
V
+
O S 2
6
V 0
5
V
+12V 7
1 0 k
2. Medir el voltaje y dibujar la forma de onda de la salida V0. 3. Medir con el multímetro el voltaje en la resistencia de 100K.
IV. INFORME FINAL 1. Comparar la ganancia teórica y experimental de los circuitos integrador y diferenciador. 2. Con los valores obtenidos del circuito comparador con Histéresis, graficar Vo comparado con Vin y determine el voltaje de Histéresis V H.
V. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES.
LABORATORIO Nº 6: GENERADOR DE PULSOS I. OBJETIVO. •
Familiarizar al alumno en el uso del integrado 555
•
Comprobar el aislamiento eléctrico de los circuitos de entrada y salida.
•
Conocer los elementos y técnicas necesarias acerca de los generadores de pulsos para poder aplicarlos en circuitos digitales a control de potencia en AC y DC.
II. MATERIALES Y EQUIPO 1 Osciloscopio digital 1 Multímetro digital 1 fuente DC 1 Generador de ondas
1 Protoboard - Resistencias las que se indican en los circuitos. - Condensadores electrolíticos los que se indican en los circuitos. 1 Motor DC o AC. 02 LED’S 1 C.I. 555 1 C.I. MOC3022 (optotriac) 1 Triac BT137 o su equivalente.
III. PROCEDIMIENTO A) GENERADOR DE ONDAS 1. Armar el circuito de la figura. +5V
18 K
4
8
7
100k
C .I. 5 5 5
3
6 1
10 uF 1 6 V
LED
2 2
1
5. Con el osciloscopio observar las formas de onda en el terminal 3 del C.I. 555, graficar y anote sus mediciones. Comprobar si es un generador de pulsos. 6. Si variamos el potenciómetro aumentando la resistencia observar que sucede con el ancho de pulso, anote.
B) APLICACIÓN DE DIGITALES A CONTROL DE POTENCIA EN AC Y DC. 4. Armar el circuito de la figura adjunta.
M O T O R A C
O
D C 2 20
3 5 5 5 1
6
O P T O 1
A 2
A C O P L A D O R
1 2 V D C
LED
O
1 2 V A C
T R IA C 2
4
2
G 560
A 1
56 0
6. Conectar el circuito del generador de pulsos y 12VDC o 12VAC dependiendo del motor si es de corriente continua o de corriente alterna respectivamente. 7. Observe si el motor está en movimiento. 8. Con el multímetro medir las tensiones en los siguientes terminales 1-2, 6-4, A1-A2. 9. Variar el potenciómetro del generador de pulsos observar la velocidad del motor si aumenta o disminuye.
IV. INFORME FINAL 3. Explique como funciona el circuito del paso 4. 4. Si no se aplica la tensión del generador de pulsos ¿sigue en movimiento el motor? Justifique su respuesta.
V. Observaciones y conclusiones.