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PRACTICA
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CIRCUITOS LIMITADORES Y FIJADORES DE NIVEL OBJETIVO:
Contribuir a desarrollar en el alumno la habilidad para analizar y diseñar circuitos limitadores y fijadores de nivel con diodos. MATERIAL Y EQUIPO REQUERIDO:
OSCILOSCOPIO MULTIMETRO DIGITAL GENERADOR DE FUNCIONES 1 RESISTOR DE 100 ; 1 RESISTOR DE 1 K ; 1 RESISTORES DE 2.2 K; 1 RESISTOR DE100 K ; 1 DIODO DE SILICIO 1 DIODO DE GERMANIO 1 PILA DE 1.5 V. 1 CAPACITOR DE 1 QF
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INTRODUCCION CIRCUITO LIMITADOR La función mas importante de un circuito limitador o recortador, es eliminar una porción de una señal alternante. El proceso lo realiza generalmente un diodo y una resistencia, pero también se pueden agregar voltajes de CD, para proporcionar desplazamientos o cortes adicionales. El análisis de circuitos limitadores con entradas de ondas cuadradas, es el mas fácil de realizar, ya que solo existen dos niveles de voltaje de entrada, y cada nivel se puede considerar como una entrada de CD durante el tiempo en que dicho nivel permanece. Para entradas senoidales y triangulares, se requiere un mayor número de valores instantáneos del voltaje de entrada, para ser consideradas como niveles de CD, y por lo tanto se incrementa el número de análisis requeridos para determinar los niveles de voltaje de salida. Una vez que existen un número suficiente de valores de voltaje de salida, se puede bosquejar la forma de onda del voltaje de salida.
CIRCUITO FIJADOR DE NIVEL Los circuitos fijadores de nivel o sujetadores, se diseñan para fijar o sujetar una señal de entrada a un nivel deseado sin alterar la forma de onda ni el valor pico a pico. Los circuitos limitadores se distinguen de los fijadores de nivel en que éstos últimos incluyen un elemento capacitivo. Un sujetador típico, está constituido por un diodo, una resistencia y un capacitor y en ocasiones un voltaje de CD de referencia. Para analizar este tipo de circuitos se necesita un procedimiento paso a paso. El primer paso es determinar en que parte de la señal de entrada el diodo se polariza directamente, una vez que esto se determinó, se puede iniciar el análisis, sustituyendo al diodo por un modelo equivalente lineal y determinando el voltaje a través del capacitor y el voltaje de salida. El resto del análisis se puede determinar fácilmente si se seleccionó una red RC lo suficientemente grande para que el capacitor retenga su carga durante el semiperiodo en que el diodo permanece en circuito abierto. El análisis de un fijador de nivel se puede verificar rápidamente, comprobando que el valor pico a pico de la señal de entrada sea el mismo que el de la señal de salida. 2
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METODOLOGIA Los alumnos divididos en equipos de trabajo, se distribuirán en las mesas de trabajo del laboratorio, solicitarán el equipo necesario en la caseta mediante un vale, y deberán seguir las indicaciones del profesor, así como la guía de este manual.
DESARROLLO DE LA PRACTICA Parte 1 Circuitos Limitadores a) Construya el circuito de la figura 6.1. Mida y registre el valor de la resistencia R y el voltaje de la pila, ajuste la salida del generador de funciones para una señal de onda cuadrada de 8Vpp con una frecuencia de 1000 Hz. R = _______ V(pila) = _______
Figura 6.1 b) Para el primer semiperíodo de la señal de entrada, calcule el voltaje de salida Vo es decir cuando el voltaje de entrada vale +4V Vo = _____ c) Repita el inciso b) para el valor de la onda de entrada de -4V 3
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Vo = ____ d) Usando los resultados de los incisos b) y c) dibuje la forma de onda del voltaje de salida Vo con el eje central como línea de cero volts, en la figura 6.2; anotando las sensibilidades seleccionadas. Time / div = ______ Volt / div = ______
Figura 6.2
e) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito de la figura 6.1, asegurándose de hacer los ajustes necesarios y de usar las mismas sensibilidades del inciso anterior, y dibuje la forma de onda observada en la pantalla en la figura 6.3.
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Figura 6.3 Compare los resultados de los incisos d) y e) y haga sus comentarios f) Invierta la polaridad de la batería en el circuito de la figura 6.1 y calcule Vo cuando la onda cuadrada aplicada vale +4V. Vo = _______ g) Repita el cálculo de Vo cuando la entrada aplicada vale -4V Vo = _______ h) Usando los resultados de los incisos f) y g) , dibuje la forma de onda esperada para Vo en la figura 6.4, utilizando las mismas sensibilidades del inciso d).
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Figura 6.4 i)
Conecte el osciloscopio a la salida del circuito de la figura 6.1, asegurándose de hacer los ajustes necesarios y de usar las mismas sensibilidades del inciso anterior, y dibuje la forma de onda observada en la pantalla en la figura 6.5.
Figura 6.5 6
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Compare los resultados de los dos últimos incisos y haga sus comentarios
LIMITADORES EN PARALELO a) Construya el circuito de la figura 6.6, mida y registre el valor de R, note que la entrada es ahora una onda cuadrada de 4 Vpp a 1000 Hz. R = _______
Figura 6.6 b) Calcule el valor de Vo, cuando el nivel de la onda cuadrada de entrada es +2V. Vo = _____ c) Repita el inciso anterior, cuando la onda de entrada vale -2V. Vo = _____ d) Usando los resultados de los incisos previos bosqueje la forma de onda que resultaría en la figura 6.7, anotando las sensibilidades escogidas. Time / div = ______ Volt / div = ______
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Figura 6.7 e) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito de la figura 6.6, usando las sensibilidades seleccionadas en el inciso anterior y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla en la figura 6.8.
Figura 6.8 8
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Compare los resultados de los incisos previos y haga sus comentarios
ENTRADA SENOIDAL a) Reconstruya el circuito de la figura 6.1 y ajuste la salida del generador para una onda senoidal de 8Vpp y 1000Hz. b) Usando el mismo procedimiento dibuje la forma de onda esperada para Vo en la figura 6.9, calculando valores de Vo para los valores de entrada indicados.
Figura 6.9
Para Vi = +4V; Vo = _____ Para Vi = -4V; Vo = _____ Para Vi = 0V ; Vo = _____ Time / div = _____ Volt / div = _____
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c) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito reconstruido y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla, en la figura 6.10.
Figura 6.10 Compare los resultados obtenidos y saque sus propias conclusiones.
CIRCUITOS FIJADORES DE NIVEL a) Construya el circuito de la figura 6.11, mida y registre el valor de R. R = ______
Figura 6.11
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b) Calcule Vc y Vo para el intervalo de Vi en que el diodo puede conducir. Vc = ______ Vo = ______ c) Usando los resultados anteriores, calcule el nivel de Vo después que Vi cambia de valor y el diodo no puede conducir. Vo = ______ f) Usando los resultados de los incisos b) y c) bosqueje la forma de onda que resultaría en la figura 6.12, anotando las sensibilidades escogidas. Time / div = ______ Volt / div = ______
Figura 6.12
g) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito de la figura 6.11, usando las sensibilidades seleccionadas en el inciso anterior y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla en la figura 6.13.
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Figura 6.13 Compare los resultados de los incisos previos y saque sus conclusiones
h) Invierta los terminales del diodo del circuito de la figura 6.11 y calcule los niveles de Vc y Vo para el intervalo de Vi en que el diodo puede conducir. Vc = ______ Vo = ______ i)
Usando los resultados anteriores, calcule el nivel de Vo después que Vi cambia de valor y el diodo no puede conducir. Vo = ______
j)
Usando los resultados de los incisos h) e i) bosqueje la forma de onda que resultaría en la figura 6.14, anotando las sensibilidades escogidas. Time / div = ______ Volt / div = ______
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Figura 6.14 k) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito de la figura 6.11, usando las sensibilidades seleccionadas en el inciso anterior y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla en la figura 6.15.
Figura 6.15
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l)
Construya el circuito de la figura 6.16 y anote los valores medidos de R y E. R = _______ E = _______
Figura 6.16
m) Calcule Vc y Vo para el intervalo de Vi en que el diodo puede conducir. Vc = ______ Vo = ______ n) Usando los resultados anteriores, calcule el nivel de Vo después que Vi cambia de valor y el diodo no puede conducir. Vo = ______
o) Usando los resultados de los incisos m) y n) bosqueje la forma de onda que resultaría en la figura 6.17, anotando las sensibilidades escogidas. Time / div = ______ Volt / div = ______
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Figura 6.17
p) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito de la figura 6.16, usando las sensibilidades seleccionadas en el inciso anterior y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla en la figura 6.18.
Figura 6.18 15
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q) Invierta los terminales del diodo del circuito de la figura 6.16 y calcule los niveles de Vc y Vo para el intervalo de Vi en que el diodo puede conducir. Vc = ______ Vo = ______ r) Usando los resultados anteriores, calcule el nivel de Vo después que Vi cambia de valor y el diodo no puede conducir. Vo = ______
s) Usando los resultados de los incisos q) y r) bosqueje la forma de onda que resultaría en la figura 6.19, anotando las sensibilidades escogidas. Time / div = ______ Volt / div = ______
Figura 6.19
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t) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito reconstruido de la figura 6.16, usando las sensibilidades seleccionadas en el inciso anterior y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla en la figura 6.20.
Figura 6.20
FIJADOR DE NIVEL CON ENTRADA SENOIDAL a) En el circuito de la figura 6.16 cambie la salida del generador de funciones a una onda senoidal de 8Vpp y una frecuencia de 1000 Hz. b) Calcule Vc y Vo para el intervalo de Vi en que el diodo puede conducir. Vc = ______ Vo = ______ c) Usando los resultados anteriores, calcule el nivel de Vo después que Vi cambia de valor y el diodo no puede conducir. Vo = ______ 17
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d) Dibuje la forma de onda esperada para Vo en la figura 6.21, calculando valores de Vo para los valores de entrada indicados.
Figura 6.21
Para Vi = +4V; Vo = _____ Para Vi = -4V; Vo = _____ Para Vi = 0V ; Vo = _____ Time / div = _____ Volt / div = _____
e) Conecte el osciloscopio a la salida del circuito reconstruido de la figura 6.16, usando las sensibilidades seleccionadas en el inciso anterior y dibuje la forma de onda mostrada en la pantalla en la figura 6.22.
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