electronica basica ii_2013

UNIVERSIDAD PRIVADA

DEL VALLE

FACULTAD DE INFORMATICA Y

ELECTRONICA

DPTO: DE ELECTRONICA Y

BIOINGENIERIA

GUIA PRACTICA DE LABORATORIO

ELECTRONICA BASICA II

Título de la Practica PRACTICA Nº 1 AMPLIFICADOR CON BJT EN FRECUENCIAS MEDIAS

PRACTICA Nº 2 ESTUDIO DE TRANSISTOR FET

PRACTICA Nº 3 AMPLIFICADORES MULTIETAPAS EN FRECUENCIAS MEDIAS

PRACTICA Nº 4 RESPUESTA EN BAJA FRECUENCIA DE AMPLIFICADORES

PRACTICA Nº 5 RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LOS AMPLIFICADORES

PRACTICA Nº 6 AMPLIFICADORES REALIMENTADOS

PRACTICA Nº 7 AMPLIFICADORES REALIMENTADOS OSCILADORES

PRACTICA Nº 8 CIRCUITOS O ETAPAS DE POTENCIA

PRACTICA Nº 9 CARACTERIZACION Y APLICACIONES BASICAS DEL AOP

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE SERVICIOS DE LABORATORIO. ASIGNATURA: ELECTRÓNICA BASICA II. PRACTICA Nº 1

AMPLIFICADOR CON BJT EN FRECUENCIAS MEDIAS 1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO

Principios de funcionamiento del transistor bipolar, BJT.

Significado de los parámetros híbridos del BJT.

Conceptos de Ganancias de voltaje y corriente e impedancias de entrada y salida del amplificador.

2. COMPETENCIAS

El estudiante:

Diseña, analiza y caracteriza circuitos amplificadores en frecuencias medias en las distintas configuraciones utilizando transistores BJT., a través de la resolución de problemas que se presentan en el campo de trabajo del profesional.

Comprende los parámetros que caracterizan a cada amplificador, como ser sus ganancias y sus impedancias, en la electrónica básica.

3. MATERIALES Y EQUIPOS

1 Generador de señal Resistencias de diseño Transistores BJT de diseño Capacitores de diseño

4. PROCEDIMIENTO

Parte 1.1 Montar el circuito amplificador en Emisor Común con transistor bipolar NPN que se muestra en la figura.

Q1

2N2222

R12.2kΩ

R2680Ω

R339kΩ

R410kΩ

V112 V

R5

560Ω

R6

3.9kΩ

R73.9kΩ

C1

220µF

C2220µF

C3

220µFV2

10mVrms

5kHz

0°

Vout

Vin

Zin

Parte 1.2 Seleccionar una onda sinusoidal de frecuencia F = 5 [KHz]. Conectar el Osciloscopio para medir las señales de entrada y salida: CH1 = Vin y CH2 = Vout. Actuar sobre la amplitud de entrada para obtener la máxima señal de voltaje de salida sin distorsión. Anotar los valores en el siguiente cuadro y calcular la Ganancia de tensión y el desfase entre las señales.

Frec [KHz] Vin Vout Av = |Vout/Vin| Desfase [º]

Parte 1.3 Medición de la impedancia de entrada Zin del Amplificador a F = 5 [KHz].

a) Medir la tensión de entrada Vin en vacío, VVACIO, es decir sin conectar a la entrada del

amplificador. b) Conectar la fuente de entrada al amplificador y medir la tensión en las terminales, VCARGA. c) Calcular la impedancia de entrada Zin según la siguiente fórmula:

Zin =

( ) ( )

Parte 1.4 Medición de la impedancia de salida Zout:

a) Medir la tensión de salida Vout en vacío (tal como se ve en la figura), VOUT – VACIO. b) Conectar una resistencia de carga RL=10KΩ y volver a medir el voltaje de salida, VOUT – CARGA. c) Calcular la impedancia de salida Zout según la siguiente fórmula:

(

)

d) Repetir los pasos 2 al 4 si se quita el capacitor C2.

NOTA: Los transistores BC547B, NTE 123AP, 2N3643 y 2N2222 que existen en laboratorio de electrónica, tienen las mismas características.

5. CUESTIONARIO

1. Mediante las hojas de datos especificar los valores de los parámetros H de los transistores a ser usados en laboratorio.

2. Calcular en forma teórica la Ganancia de voltaje del amplificador, Av = Vout/Vin, AI, ZIN y ZOUT en ambos casos.

En cada uno de los puntos mencionados arriba hacer una comparación de los resultados teóricos y prácticos y explicar las posibles hipótesis sobre las variaciones.

6. TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA Tiempo de duración de la práctica 100 minutos.


ESTUDIO DEL TRANSISTOR FET 1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO

Conceptos de polarización del transistor JFET.

Explicar el modelo en AC del transistor JFET.

2. COMPETENCIAS El estudiante:

Calcula el valor de Gm en forma experimental y entender el concepto de la transconductancia. Y su relación con el campo de trabajo del profesional.

Diseña amplificadores utilizando transistores FET., en la electrónica básica que permite la resolución de problemas.


Resistencias de diseño.

Transistor FET canal N.

Multímetro. 4. PROCEDIMIENTO

Parte 2.1

Determinar la Transconductancia gm para el FET 2N3819 o similar en fuente común. Luego dibuje el modelo incremental para pequeñas señales con los valores obtenidos de los cálculos.

Procedimientos:

Colocar, VG = VS = 0. Colocar una fuente de voltaje variable (con valor inicial VDD=0) entre Drenador y Fuente.

1. Incrementar el voltaje VDD realizando mediciones simultáneas de IDSS. Observar que para cada incremento de VDS, existe un aumento de Corriente ID, esto ocurre hasta que el voltaje VDD alcanza un valor en que la corriente permanece constante. Esta corriente es la corriente IDSS. 2. En las condiciones del paso 1, aplicar un voltaje negativo variable VGS (Con valor inicial VGS = 0) 3. Incrementar el voltaje VGS hasta que la corriente ID sea cero. El valor VGS para ID = 0 es igual al Vp (=VGSoff).

LECTURA: IDSS, Vp CALCULOS: gm =2*IDSS/Vp

NOTA: Para seleccionar el valor de RD = 2[KΩ] calcular en base al dato de IDSS del transistor, en forma aproximada.

PARA EL INFORME: Para el transistor utilizado buscar los valores de gm y rd o Ys en las hojas de datos del mismo. Explicar el resultado obtenido y la diferencia con respecto al teórico. Con el valor de gm, dibujar el modelo en AC del transistor.

Parte 2.2 Diseñar un amplificador en Compuerta Común con ganancia Av = 3. Utilizar para el mismo, transistores que se usaron para la Parte 1.1. Utilizando el método de polarización que mejor convenga. Medir la ganancia del amplificador para varios valores de frecuencia (por lo menos 15 puntos). Observar el comportamiento de la ganancia a medida que aumenta la frecuencia de entrada, desde 10 Hz hasta 20 KHz y un voltaje de entrada de Vi = 10[mV].

5. CUESTIONARIO 1. Dibujar la ganancia versus la frecuencia y ubicar el punto a partir del cual la ganancia se mantiene constante. 2. ¿Qué representa que la ganancia se mantenga constante a partir de una cierta frecuencia? 6. TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA

Tiempo de duración de la práctica 100 minutos.


AMPLIFICADORES MULTIETAPAS EN FRECUENCIAS MEDIAS 1. CONOCIMIENTO REQUERIDO.

Conceptos de polarización del transistor JFET.

Explicar el modelo en AC del transistor JFET. 2. COMPETENCIAS

El estudiante:

Diseña circuitos amplificadores de varias etapas en cualquier configuración, a través de la resolución de problemas que se presentan en el campo de trabajo del profesional.


1 Generador de señal alterna

Resistencias diseño

Condensadores de diseño

Transistores de diseño 4. PROCEDIMIENTO

Parte 3.1 Dado el circuito en cascada de la figura se pide: a) Medir las ganancias individuales de cada etapa. b) La ganancia total. c) Analizar el efecto que causa en la ganancia total al conectar la segunda etapa. Explicar las causas.

Q1

2N2222

R139kΩ

R210kΩ

R31kΩ

R4470Ω

R5470Ω

R639Ω

R710Ω

R81kΩ

Q2

2N2222

C110µF

C210F

C3

10µF

C4

10F

V110mVpk

5kHz

0°

V2

12 V

Parte 3.2 Diseñar e implementar un amplificador de tensión de dos etapas con ganancia de tensión Av = +500, Impedancia de Entrada Zin > 200 [KΩ] y Zo = 2 [KΩ].

Condiciones:

Elegir los puntos de polarización que crean convenientes, así como también la tensión de alimentación.

Elegir las configuraciones adecuadas y distribuir las ganancias en ellas adecuadamente.

Utilizar condensadores con valor de 10 [μF] para capacitancias de acople y desvío.

Se recomienda elegir los valores comerciales de las resistencias que mas se acerquen a lo calculado. Además con dichos valores recalcular los valores de las tensiones y corrientes, así como también las ganancias de voltaje del amplificador.

Procedimiento:

a) Medir las corrientes y voltajes del punto de operación y compararlas con los calculados en

forma teórica. b) Usando el generador de señales inyectar al amplificador una señal con amplitud de 5 mV con

una frecuencia media (por ejemplo 5 KHz). c) Medir y anotar las ganancias de voltaje en cada etapa y la total a una frecuencia de 5KHz.

5. CUESTIONARIO

1. Discutir las posibles variaciones que se podrían hacer (en caso de que lo hubieran), al diseño de la Parte 3.1 para lograr los mismos requisitos.

6. TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA



RESPUESTA EN BAJA FRECUENCIA DE AMPLIFICADORES

1. CONOCIMIENTO REQUERIDO

Concepto de frecuencias de corte.

Efectos que causan los capacitores de acople en bajas frecuencias en la magnitud de la ganancia de voltaje.

2. COMPETENCIAS

El estudiante:

Diseña circuitos amplificadores con transistores para diferentes frecuencias de corte inferior en la magnitud de ganancia de voltaje en la electrónica básica.

Interpreta los efectos que causan en el comportamiento del amplificador en bajas frecuencias los capacitores externos, de paso y de acople.


1 Generador de señal Resistencias diseño Condensadores de diseño Transistores de diseño 4. PROCEDIMIENTO

Parte 4.1 Realizar el montaje del circuito. 1. Calcular en forma teórica la frecuencia de corte inferior. 2. Obtener experimentalmente la respuesta en bajas frecuencias del circuito, midiendo la

frecuencia de corte inferior y comprobar los resultados con los obtenidos en el inciso 1). 3. Quitar el capacitor C3 y repetir los apartados 1) y 2). 4. Comentar los resultados obtenidos.

R1

2.4k

R2

220

R3

560k

R4

220k

R5

2k

C1

330nF

C2

390nF

V1

15Vdc

0

00

0

V210mVac

0Vdc

Salida

Entrada

Q1

Q2N2222

C3

10uF

Condiciones:

Rango de frecuencia 5 [Hz] – 100 [KHz].

Tensión de Entrada Vin = 10 [mV].

En bajas frecuencias realizar muestras en rangos cortos de frecuencia. 5. CUESTIONARIO

1. En el informe dibujar el diagrama de Bode de la respuesta en frecuencia y ubicar la frecuencia de corte inferior, para ambos casos.

6. TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA.

Tiempo de duración de la práctica 100 minutos


RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LOS AMPLIFICADORES 1. CONOCIMIENTO REQUERIDO

Concepto de ancho de banda.

Efectos provocados por los capacitores internos de los transistores en la respuesta en altas frecuencias.

2. COPETENCIAS

El estudiante:

Interpreta los efectos que causan en el comportamiento del amplificador en bajas y altas frecuencias, los capacitores internos y externos, en relación con el cancho de bandas.


1 Generador de señal alterna Resistencias diseño Condensadores de acople Transistores de diseño

4. PROCEDIMIENTO

Parte 5.1 Para el amplificador mostrado en la figura, se pide:

Q1

Q2N2222

R1

3.9k

R2

680

R3

39k

R4

10k

R5

10k

R6

100

C1

1uFC2

10uF

C3

10uF

0

0

0

V1

20Vdc

0

V20.01Vac

0Vdc

Out

In

1. Para una señal de Entrada V2 de 10mV, a una frecuencia de 5Khz, medir cuánto vale la máxima tensión de salida. En función a esto calcular la ganancia a frecuencias medias.

2. Variar la frecuencia de la señal de entrada desde 10 Hz hasta 1MHz. Durante este proceso

ubicar los puntos o frecuencias de corte inferior y superior

3. Cambiar el Capacitor C3 por uno de 100uF y medir la frecuencia de corte inferior. Comentar los resultados.

4. Colocar un capacitor entre las terminales Base – Colector de transistor de 10nF y medir

nuevamente la frecuencia de corte superior. Comentar los resultados.

5. Sacar dicho capacitor y conectarlo paralelo a la Resistencia de Carga y medir nuevamente la frecuencia de corte superior. Comentar los resultados.

5. CUESTIONARIO

1. En el informe, en base a estas mediciones sacar las conclusiones con respecto a las frecuencias de Corte, inferior y superior.




AMPLIFICADORES REALIMENTADOS 1. CONOCIMIENTO REQUERIDO

Conceptos básicos sobre amplificadores realimentados.

Ventajas y desventajas de los amplificadores realimentados.

Efectos que causan en los principales parámetros de un amplificador al introducir un circuito de realimentación.

2. COMPETENCIAS

El estudiante:

Diseña Amplificadores realimentados en base a transistores, a través de la resolución de problemas en el campo de trabajo del profesional.

Diferencia las características de un amplificador realimentado y un sin realimentar en relación con la electrónica básica.

Conoce las ventajas y desventajas de cada una de las cuatro topologías en los amplificadores realimentados.


1 Osciloscopio 1 Multímetro Transistores bipolares y JFET de diseño Resistencias de diseño Capacitores de diseño

4. PROCEDIMIENTO

Parte 6.1 Montar el bloque amplificador de la figura y medir ( sin el circuito de realimentación):

Q1NPN BCE

Q2NPN BCE

R1180k

R247k

R33.3k

R42.2k

R582K

R622K

R73.3k

R81K

R9

100K

R10100K

C1

47nF

C2

1nF

C3

100nF

C447uF

C5

1uF

+12v

V1Value = 10mV

Circuito de Realimentación

Vo

a) El punto de trabajo de cada transistor. b) La ganancia de voltaje del amplificador. c) Las frecuencias de corte inferior y superior.

Parte 6.2 Realimentar el amplificador con la red que se muestra y repetir los apartados b) y c)

5. CUESTIONARIO

1. Calcular en forma teórica la impedancia de entrada, Zi, la de salida Zo y la ganancia de voltaje Av del amplificador sin realimentar y posteriormente los parámetros del amplificador realimentado, tal como se lo hizo en clases. Comparar los resultados y comentar.




AMPLIFICADORES REALIMENTADOS OSCILADORES

1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO

Conceptos sobre realimentación positiva.

Principios básicos sobre los osciladores, RC y sintonizados. 2. COMPETENCIAS

El estudiante:

Diseña y construye amplificadores sintonizados para radio frecuencias, desde una manera teórica y práctica a través de la resolución de problemas.

3. MATERIAL Y EQUIPOS. 1 Generador de señal

Resistencias de diseño Transistores de diseño Condensadores de diseño

4. PROCEDIMIENTO

Parte 7.1 Diseñar e implementar un oscilador de desplazamiento de fase utilizando transistores BJT y FET con una frecuencia de oscilación de 5 [KHz].

5. CUESTIONARIO 1. Comparar y comentar sobre las diferencias de las frecuencias de oscilación en forma teórica y práctica.




CIRCUITOS O ETAPAS DE POTENCIA 1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO

Diferenciar entre un circuito de potencia y un circuito de pequeña señal.

Características de las diferentes clases de amplificadores de potencia. 2. COMPETENCIAS

El estudiante:

Entiende las características de funcionamiento de los circuitos de potencia a través de la resolución de problemas en el campo de trabajo.


1 Osciloscopio. 1 Multímetro. Transistores de pequeña señal y de potencia de diseño. Resistencias de diseño. Capacitores de diseño

4. PROCEDIMIENTO

Parte 8.1 Las figuras 1 y 2 muestran dos tipos de polarización de una etapa de salida push-pull o clase B formada por los transistores complementarios 2N3904 y 2N3906. La figura 1 presenta a una etapa con distorsión de cruce, y la figura 2 una etapa clase AB con dos transistores en configuración de diodo que eliminan ese problema. En ambos circuitos es preciso ajustar el Resistor Variable RB1 de forma que en ausencia de señal de entrada (nudo Vi desconectado) la salida sea nula (vo=0).

Figura 1 Figura 2

Para el circuito de la figura 1, se pide: a) Representar gráficamente la VTC del circuito. Para ello, utilizar una fuente DC a la entrada. Medir los niveles de tensión de entrada que producen distorsión de cruce. b) Aplicar una señal senoidal a la entrada de 2V de amplitud y visualizar Vo, IC1 e IC2. Representar gráficamente el resultado.

Nota: Para medir las corrientes de colector en los transistores utilizar la caída de tensión en las resistencias de 100 [Ω].

Parte 8.2 Para el circuito de la figura 2, se pide: Repetir el apartado b). y Comparar los resultados.

5. CUESTIONARIO

1. En el informe graficar el comportamiento de la tensión de salida en función de la tensión de entrada.

2. Mostrar entre que valores de la tensión de entrada se produce la distorsión de cruce por cero, para el caso de la parte 8.1

3. Comentar sobre las mejoras sé que hicieron en el circuito 2 con respecto al comportamiento de la señal de salida.




CARACTERIZACIÓN Y APLICACIONES BÁSICAS DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL

1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO

Entender los principios básicos de operación del Amplificador Operacional.

Entender los conceptos de entrada diferencial y modo común.

Conceptos de entrada inversora y no inversora de un amplificador operacional 2. COMPETENCIAS

El estudiante: Comprende algunos conceptos asociados al Amplificador operacional, utilizando tensiones de polarización ±15 V. Las resistencias R1 y R2 y limitan la ganancia del amplificador entre -40 y -50 para este circuito electrónico.

3. MATERIALES Y EQUIPOS 1 Fuente de alimentación 1 Multímetro 1 Osciloscopio 1 Amplificador operacional LM741 Resistencias de diseño 4. PROCEDIMIENTO Parte 9.1

1. Realizar el montaje del amplificador inversor basado en el AO 741 de la figura, utilizando tensiones de polarización ±15 V. Las resistencias R1 y R2 deben limitar la ganancia del amplificador entre -40 y -50. Para este circuito, se pide:

2. Realizar el montaje del amplificador inversor basado en el AO 741 de la figura, utilizando tensiones de polarización ±15 V. Las resistencias R1 y R2 deben limitar la ganancia del amplificador entre -40 y -50. Para este circuito, se pide:

3. Medir la ganancia de este amplificador a frecuencias bajas.

4. Representar gráficamente la respuesta en frecuencia del amplificador y determinar la

frecuencia de corte superior y comprobar que coincide con la teórica. Utilizar amplitudes de las señales suficientemente bajas para eliminar el efecto del “slew-rate”.

5. Aplicar una onda senoidal de 5kHz 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”.

6. Demostrar teóricamente si la frecuencia de corte superior limita la frecuencia máxima de operación del amplificador o es el “slew-rate”, en el caso de que la salida sea una onda senoidal de 5 voltios de amplitud y 10KHz de frecuencia. Comprobar estos resultados experimentalmente.

7. Colocar una resistencia de carga al amplificador de 100 [Ω]. Aumentar la amplitud de entrada

hasta que se produzca recorte en la tensión de salida. ¿Qué produce recorte y por qué? Calcular teóricamente la resistencia mínima de carga para Vo=4 V y comprobarlo experimentalmente.

5. CUESTIONARIO

1. Graficar el comportamiento de la ganancia de tensión en función de la frecuencia. 2. Comentar sobre los resultados obtenidos en forma práctica.



electronica basica ii_2013

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