Guiones de Prácticas de CIRCUITOS ELECTRÓNICOS

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1 Departamento de Ingeniería Electrónica Escuela Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla Guiones de Prácticas de CIRCUITOS ELECTRÓNICOS INGENIERO AERONÁUTICO CURSO 2004/05

2 Contenido 1. NORMAS DE PRÁCTICAS NORMAS BÁSICAS DE LAS PRÁCTICAS ORGANIZACIÓN DE LAS PRÁCTICAS EVALUACIÓN DE LAS PRÁCTICAS VALORACIÓN DE LAS PRÁCTICAS EN LA NOTA DE LA ASIGNATURA MEMORIAS DE PRÁCTICAS CALENDARIO ENTREGA DE MEMORIAS INTRODUCCIÓN AL LABORATORIO DE ELECTRÓNICA OBJETIVO DE LA PRÁCTICA IDENTIFICACIÓN DE COMPONENTES ELECTRÓNICOS Y MEDIDA DE RESISTENCIAS MONTAJE DIVISOR DE TENSIÓN EL GENERADOR DE FUNCIONES Y EL OSCILOSCOPIO CONCEPTOS IMPORTANTES PARA RECORDAR RESPUESTA DE CIRCUITOS RC OBJETIVO DE LA PRÁCTICA INTRODUCCIÓN TEÓRICA REALIZACIÓN PRÁCTICA ASPECTOS IMPORTANTES A RECORDAR CIRCUITOS CON DIODOS OBJETIVO DE LA PRÁCTICA OSCILOSCOPIO: SINCRONISMO, NIVEL Y PENDIENTE DE DISPARO OBTENCIÓN CARACTERÍSTICA I-V DE UN DIODO APLICACIÓN: CIRCUITOS RECTIFICADORES BASADOS EN DIODOS REALIZACIÓN PRÁCTICA CONCEPTOS IMPORTANTES A RECORDAR INTRODUCCIÓN AL SIMULADOR PSPICE REALIZACIÓN DEL ESQUEMA DEL CIRCUITO (SCHEMATICS)...33 SIMULACIÓN DEL CIRCUITO VISUALIZACIÓN DE LOS RESULTADOS (PROBE) REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA SIMULACIÓN DE FILTROS RC ESTUDIO DE UN SISTEMA DE TX/RX DIGITAL INSTRUCCIONES: CONCEPTOS A RECORDAR AMPLIFICADORES EN EMISOR COMÚN OBJETIVO DE LA PRÁCTICA INTRODUCCIÓN TEÓRICA AMPLIFICADOR DE AUDIO PARA SISTEMA DE COMUNICACIONES AMPLIFICADOR - BPF PARA SISTEMA DE COMUNICACIONES CONCEPTOS A RECORDAR / 58

3 1. Normas de prácticas 1.1 Normas básicas de las prácticas 1) La realización de las prácticas de la asignatura es obligatoria para todos los alumnos que cursen la asignatura por primera vez, y voluntaria para los alumnos repetidores que hayan superado en algún curso anterior las prácticas. 2) En el caso de alumnos repetidores que hayan superado las prácticas en un curso anterior no será de aplicación lo establecido en el punto 13 de estas normas. 3) Las prácticas consistirán en sesiones de laboratorio y centro de cálculo en horario de tarde y asistencia obligatoria. 4) Toda la información relativa a las prácticas de Sistemas Electrónicos se publicará en el tablón de anuncios del Dpto. de Ingeniería Electrónica, situado en la E2 esquina Sur Oeste. 1.2 Organización de las prácticas 1) Los alumnos matriculados en la asignatura son divididos en Grupos de Prácticas (Gr1, Gr2, Gr3, Gr4) cuyos horarios son compatibles con la realización de prácticas de otras asignaturas. 2) El cambio de Grupo de Prácticas no está permitido, salvo que exista incompatibilidad con horarios de otras asignaturas del mismo curso que requieran asistencia obligatoria. En ese caso el alumno deberá solicitar el cambio de grupo al profesor responsable de las prácticas durante las dos primeras semanas de clases prácticas. 3) Cada Grupo de prácticas será dividido en un número de subgrupos o Puestos de Trabajo de 3 personas como máximo. 4) La composición de los Puestos de Trabajo se realizará en la primera clase práctica de laboratorio y quedarán inalterables para el resto del cuatrimestre. 5) Se podrán recuperar hasta un máximo de una falta de asistencia justificada en el día dedicado a tal efecto de calendario. 6) Los guiones de prácticas se publicarán en la web de la asignatura. Se recomienda leer el guión de prácticas antes de comenzar la práctica. 1.3 Evaluación de las prácticas 1) Los siguientes conceptos será evaluables: aprovechamiento y asistencia a las sesiones (20% de la nota) y memorias de prácticas (80% de la nota). 2) En caso de tener más de una falta de asistencia no recuperada se suspenderán las prácticas. 3 / 58

4 1.4 Valoración de las prácticas en la nota de la asignatura 1) La nota obtenida en prácticas supondrá el 20% de la nota de la asignatura, siendo necesario obtener una calificación en el examen teórico mayor o igual a 4 puntos (sobre 10). Esta valoración será aplicable en el parcial, final de Junio, Septiembre y Febrero. 2) La nota de prácticas no se tendrá en cuenta cuando la superación del examen de la asignatura se realice fuera del curso académico en el que se hayan realizado las prácticas, siendo necesario en este caso superar el examen teórico con una calificación mayor o igual 5 puntos. 1.5 Memorias de prácticas 1) Según la práctica, será obligatorio la presentación de una memoria de prácticas por cada puesto de trabajo de laboratorio, que contendrá como mínimo: una introducción, la descripción del trabajo realizado en la práctica, los resultados obtenidos y su justificación, y las conclusiones obtenidas así como las incidencias que se estime oportuno indicar. 2) La entrega se realizará según el calendario de prácticas. Se hará entrega de las memorias de prácticas en el Dpto de Ingeniería Electrónica (E2-SO), en las estanterías existentes a la entrada en cualquier horario, o directamente al profesor en horario de tutoría, y siempre el día de la fecha de entrega según el calendario de prácticas. 3) La presentación fuera de plazo de la memoria de prácticas se valorará como No Presentada (0 puntos). 1.6 Prácticas Práctica Título L-1 Introducción al laboratorio de electrónica L-2 Circuitos con diodos S-1 Introducción al simulador Pspice y simulación de filtros RC S-2 Sistema de comunicaciones S-3 Amplificadores con BJT 1.7 Calendario Práctica Fecha Grupo Horario Lugar L-1 1-Mar Gr1 16:00-18:00 Lab L-1 1-Mar Gr2 18:00-20:00 Lab L-1 15-Mar Gr3 16:00-18:00 Lab L-1 15-Mar Gr4 18:00-20:00 Lab L-2 5-Abril Gr1 16:00-18:00 Lab L-2 5-Abril Gr2 18:00-20:00 Lab L-2 19-Abril Gr3 16:00-18:00 Lab 4 / 58

5 L-2 19-Abril Gr4 18:00-20:00 Lab S-1 8-Mar Gr1 16:00-18:00 CdC S-1 8-Mar Gr2 18:00-20:00 CdC S-1 29-Mar Gr3 16:00-18:00 CdC S-1 29-Mar Gr4 18:00-20:00 CdC S-2 26-Abril Gr1 16:00-18:00 CdC S-2 26-Abril Gr2 18:00-20:00 CdC S-2 03-Mayo Gr3 16:00-18:00 CdC S-2 03-Mayo Gr4 18:00-20:00 CdC S-3 10-Mayo Gr1 16:00-18:00 CdC S-3 10-Mayo Gr2 18:00-20:00 CdC S-3 17-Mayo Gr3 16:00-18:00 CdC S-3 17-Mayo Gr4 18:00-20:00 CdC 1.8 Entrega de Memorias Práctica Fecha de Entrega L-2 3 Mayo S-3 1 Junio 5 / 58

6 PRÁCTICAS Departamento de Ingeniería Electrónica Escuela Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla 2. Introducción al Laboratorio de Electrónica 2.1 Objetivo de la práctica El objetivo de esta práctica es que el alumno se familiarice con el material de laboratorio que utilizará durante la realización de las prácticas a lo largo del cuatrimestre Se identificarán los distintos tipos de componentes electrónicos y la instrumentación básica de cada puesto que se encuentra formado por: osciloscopio, polímetro (voltímetro, amperímetro y óhmetro) y generador de funciones. 2.2 Identificación de componentes electrónicos y medida de resistencias. IDENTIFICACIÓN DE LA PLACA DE PRUEBAS. En primer lugar el alumno deberá conocer la placa de pruebas o placa de inserción donde se montarán los distintos circuitos electrónicos para realizar las correspondientes medidas. Una placa de pruebas es simplemente una placa llena de perforaciones que están conectadas entre sí siguiendo el esquema de la Figura 2-1. El material de laboratorio es muy delicado, por lo que es necesario extremar el cuidado en su manejo. IDENTIFICACIÓN DE RESISTENCIAS, CONDENSADORES, LATIGUILLOS BANANA BANANA Y LATIGUILLOS BNC COCODRILO. Los componentes electrónicos que se utilizarán para las prácticas serán principalmente resistencias, condensadores, diodos, transistores bipolares y transistores FET, y se irán presentando a lo largo de las distintas prácticas. Además, se utilizarán componentes de conexionado para alimentar y excitar los diferentes circuitos electrónicos. Estos serán los latiguillos banana banana que se utilizan para la medida de voltajes y resistencias con el polímetro; los latiguillos BNC cocodrilo que se utilizan para excitar los circuitos con formas de onda del generador de funciones; y las sondas de los osciloscopios que se son utilizadas para introducir las señales en estos equipos y que están diseñadas específicamente para minimizar los errores de carga de las medidas. 6 / 58

7 Figura 2-1. Conexionado interno de la placa de pruebas. MEDIDA DE RESISTENCIAS MEDIANTE EL CÓDIGO DE COLORES. Puede observarse que dichas resistencias están recubiertas por una serie de barras de colores, las cuales indican el valor aproximado del valor óhmico de la misma. Para leer el valor de la resistencia se deberá utilizar el código de colores que se adjunta en la Tabla 2-1, y el procedimiento será el siguiente: 1) Identificar la banda de tolerancias, que en general será de color oro o color plata. 2) Colocar la resistencia en la forma que aparece en la Figura ) En esta posición el valor de la resistencia se obtiene mediante la expresión: R( Ω ) = [ xy ] 10 Z ± tolerancia Figura 2-2. Esquema de bandas de colores de las resistencias 7 / 58

8 COLOR x y z Tolerancia Plata -2 10% Oro -1 5% Negro 0 0 Marrón % Rojo % Naranja Amarillo Verde Azul Violeta 7 7 Gris 8 8 Blanco 9 9 Tabla 2-2. Código de colores de las resistencias Siguiendo este procedimiento de medida, calcular el valor de las cinco resistencias que se adjuntan con el material de prácticas. MEDIDA DE RESISTENCIAS CON EL POLÍMETRO (OHMETRO). A continuación pasaremos a medir con el polímetro el valor de las resistencias para comprobar que son del valor que marca su código de colores. Para ello, pulsaremos en el multímetro el botón kω, colocaremos la rueda en la escala más alta, y utilizaremos dos latiguillos banana banana para tocar en los extremos de la resistencia, una conectada al terminal negro y la otra conectada al terminal rojo. Progresivamente iremos disminuyendo la escala de resistencias (rueda) para conseguir la medida más precisa posible. 2.3 Montaje divisor de tensión Una vez que conocemos como es el conexionado de la placa de pruebas se propone montar sobre la misma un divisor de tensión, compuesto por una fuente independiente de tensión (V) y dos resistencias (R1=1KΩ y R2=1KΩ). El circuito se muestra en la Figura 2-3. INSTRUCCIONES: 4) Monte en la placa de pruebas el esquema de la Figura 2-4, y compruebe los valores de las resistencias. 5) Identifique los puntos A-B-C del circuito en la placa de pruebas. 6) Genere una tensión de 12V. Para ello utilizaremos uno de los terminales azules de la fuente junto con el rojo que esté a su lado. Con las ruedas fine y coarse nos aseguraremos de ajustar 12 V en bornas. 7) Conecte el cocodrilo NEGRO de la fuente al punto C del circuito. Ese punto será la referencia de tensión o punto de masa. 8) Conecte el cocodrilo ROJO de la fuente (conectado al conector ROJO de la fuente) al punto A del circuito. 9) Asegúrese que el valor de la fuente es de 12V antes de activarla. Active la fuente mediante el conector ON. 10) Medir la tensión entre los puntos B-C empleando el polímetro. Para ello se utilizarán las mismas bananas del polímetro pero ahora pulsando el botón V en vez del de KΩ. 11) Para obtener una medida lo más precisa posible, se comenzará poniendo la escala en la mayor posible e iremos disminuyendo progresivamente. Si el display del polímetro parpadea quiere decir que la escala seleccionada no es la adecuada. 8 / 58

9 A R 1 =1K B V R 2 =1K C Figura 2-3. Divisor de tensión. Figura 2-4. Montaje del divisor del tensión en la placa. 2.4 El Generador de Funciones y el Osciloscopio. Finalmente, vamos a identificar los otros dos instrumentos de medida que se encuentran en cada puesto de prácticas: el Generador de señal y el Osciloscopio. El Osciloscopio sirve para ver en una pantalla las formas de onda de las señales de tensión que se producen en un circuito. El Generador de Funciones es una fuente de tensión que proporciona diferentes tipos de señales periódicas en el tiempo (cuadradas, triangulares y senoidales). Tanto las sondas como los conectores BNC son muy sensibles por lo que se ruega extremar el cuidado en su manejo INSTRUCCIONES: 1) Encienda el generador de señal. Pulse el botón de señal senoidal (indicada con el periodo de un seno). 2) Ajuste la rueda de la frecuencia a 20KHz (para indicar al generador de señal que proporcione una tensión senoidal de frecuencia 20KHz). 3) Compruebe que ningún botón de atenuación está pulsado y que las ruedas de Offset y amplitud están más o menos centradas. 4) Encienda el osciloscopio. 5) Fije el nivel de tierra del osciloscopio. Para ello pulse GD en el canal en que se encuentre la sonda que estemos utilizando y ajuste xpos e ypos hasta tener la línea luminosa totalmente centrada en la pantalla. (A este proceso se le llama calibración del osciloscopio porque estamos colocando el nivel de tensión 0 a tierra, en el origen). 9 / 58

10 6) Conectar la banana de tierra del generador de señal a la banana de tierra de la sonda (NEGRO) y el cocodrilo rojo a la punta de la sonda. De esta forma estamos realizando el montaje de la Figura ) Ajuste el control T/DIV en 25µseg (para hacer que la escala de tiempos sea consistente con la frecuencia de la señal de tensión. Si la frecuencia de la señal es 20KHz, esa frecuencia representa un periodo de T=0.05mseg. Esto quiere decir que un periodo de señal ocupará dos cuadrados del grid de la pantalla. Tendremos entonces representados varios periodos de señal en la pantalla del osciloscopio. 8) Fije la rueda de V/DIV en 2V/div, de forma que cada división en el eje represente 2V. Si la onda se ve muy pequeña o se sale de la pantalla tendrá que disminuir la escala ajustado la rueda V/DIV. 9) Mida aproximadamente la amplitud de la señal en pantalla sabiendo el valor de tensión que supone cada alto de un cuadrado del grid. 10) Cambien el tipo de onda en el generador de funciones, así como la amplitud y la frecuencia. Generador de funciones OSCILOSCOPIO ROJO Sonda NEGRO Latiguillos BNC Figura 2-5. Montaje de generador de señal y osciloscopio. 2.5 Conceptos importantes para recordar. Identificación del instrumental de laboratorio: Osciloscopio, Polímetro y Generador de Funciones. Identificación de los diferentes tipos de cables y conectores. Medida del valor de resistencias mediante código de colores y de forma experimental. Funcionamiento de la placa de pruebas y montaje de un circuito básico. Medida de tensiones continuas con el polímetro. Manejo de la fuente de continua. Funcionamiento del circuito divisor de tensión. Generación y medida de una señal periódica. Medida aproximada de la amplitud y periodo. 10 / 58

11 PRÁCTICAS Departamento de Ingeniería Electrónica Escuela Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla 3. Respuesta de circuitos RC 3.1 Objetivo de la práctica El objetivo de esta práctica es conocer en detalle el funcionamiento del Generador de Funciones y del Osciloscopio. El Generador de funciones será utilizado para proporcionar señales de tensión periódicas en el tiempo, mientras que el Osciloscopio se utilizará para la visualización y medida de este tipo de señales. Se estudiará la respuesta transitoria y permanente de un circuito RC. 3.2 Introducción teórica Generación de una señal de excitación El generador de funciones permite la formación de señales de tensión periódicas como la mostrada en la Figura 3-1. Los parámetros configurables son: Forma de onda: Cuadrada, Triangular o Senoidal. La forma de onda puede ser seleccionada por los botones frontales del instrumento. Periodo (T) o Frecuencia (f). La frecuencia es regulable de forma aproximada mediante los mando en forma de rueda. El valor de la fecuencia de la señal de salida se muestra en la pantalla del instrumento. La relación entre periodo y frecuencia es: f = 1 1 (Hz) T = (Seg T f.) Figura 3-1.Parámetros característicos de las señales periódicas 11 / 58

12 Valor Pico-Pico: Máxima excursión de la señal desde el mínimo al máximo. A la mitad de esta cantidad se le denomina Amplitud. Este nivel puede ser controlado por rueda de ajuste de amplitud. Dicho valor no puede ser especificado al instrumento de forma precisa. Nivel de continua de la señal [DC]. Este nivel puede activarse o desactivarse mediante un pulsador del generador. Asimismo, el valor de dicha magnitud puede ser controlado por el botón offset Representación de la señal en el osciloscopio El Osciloscopio es el equipo de Laboratorio que se utilizará para la representación y medida de las señales de voltaje dependientes del tiempo. Una vez encendido el Osciloscopio asegúrese que la traza de la pantalla se visualiza con una intensidad y grosor suficiente. Modifique, si es necesario, utilizando los controles de Intensidad y Enfoque. El Osciloscopio se compone de dos Canales Verticales (CH I y CH II) que constan de sendos atenuadores - amplificadores de ganancia variable, de modo que el factor de deflexión de cada uno de ellos es variable a saltos con los mandos Volts/div. Este factor de deflexión indica el valor de tensión que corresponde a cada división o cuadro en vertical. Para la representación de las señales en función del tiempo el Osciloscopio dispone de una velocidad de barrido regulable a saltos, con lo que la base de tiempos es variable a saltos de la misma forma que los canales verticales. Cuando se fija una base de tiempos mediante el botón Time/div, se conoce el tiempo en segundos que corresponde a una división o cuadro en horizontal. La Figura 3-2 muestra los conceptos explicados. Figura 3-2. Concepto de Factor de Deplexión y Base de Tiempos Los valores de los factores de deflexión para cada uno de los canales verticales, así como el valor de la base de tiempos se visualizan de forma continua en la pantalla del Osciloscopio, identificándose cada uno de ellos por Y1, Y2 y T, respectivamente. Por otro lado, cada canal del osciloscopio puede funcionar con el conjunto atenuador - amplificador vertical en cualquiera de los siguientes modos de entrada (Conmutadores etiquetados con AC-DC y GD. DC (=): La señal es representada en pantalla exactamente igual a como se encuentra a la entrada. AC ( ): A la señal a la entrada se le resta su componente continua. 12 / 58

13 GD (Tierra ó Masa): La entrada del conjunto atenuador amplificador es puesta a masa al tiempo que la entrada de señal al osciloscopio queda en circuito abierto. De este modo se fija el nivel de referencia de tensión (0 V) con respecto se medirán las señales de voltaje. El procedimiento de medida constará de los siguientes pasos: a) establecer el nivel de referencia de tensiones del osciloscopio en modo GD. Para ello llévese el nivel de tierra (0 v) al sitio deseado mediante los botones Y.POS I y X.POS. b) A continuación se cambiará el modo del osciloscopio a DC y se seleccionarán el factor de deflexión y la base de tiempos adecuadas que hace que la señal ocupe el máximo de pantalla. c) Sobre esta traza de señal ya podrán medirse los parámetros de dicha señal ya que el grid de la misma está calibrado. Es importante verificar que la sonda del osciloscopio (que sirve para introducir la señal en éste) esté en x1, ya que de lo contrario estaremos introduciendo un factor de atenuación Medida de la señal de excitación También es importante conocer que el osciloscopio del puesto de laboratorio dispone de dos cursores para realizar medidas absolutas con una mayor resolución. Los cursores son pares de marcas verticales u horizontales que permiten hacer medidas de tiempo (caso vertical) o de tensión (en el caso horizontal). La magnitud medida se muestra en la esquina superior derecha del osciloscopio. Los controles de estos cursores se encuentran en la parte inferior de la pantalla del osciloscopio. Dedique tiempo para aprender su manejo conmutando entre medidas en tensión y medidas en tiempo. La diferencia entre ambos cursores se visualiza de forma continua en la pantalla del osciloscopio Respuesta transitoria del circuito RC En este apartado se verá cómo responde un circuito RC ante una variación de las magnitudes eléctricas del circuito donde se encuentra. Análisis del circuito Sistema? Figura 3-3. Respuesta transitoria En general, para conocer la respuesta transitoria de un sistema (eléctrico, automático, electromecánico, químico, etc.) se excitará dicho sistema con una entrada en escalón. La forma de la salida del sistema ante dicha excitación nos permitirá conocer de forma más precisa el contenido de dicho sistema. Concretamente, en un sistema eléctrico formado por un 13 / 58

14 circuito RC tomaremos como entrada una fuente independiente de tensión, y como salida la caída de tensión del condensador. La Figura 3-4 muestra el sistema eléctrico a estudiar. En este apartado se deducirán las ecuaciones que rigen el comportamiento transitorio del circuito RC, y se encontrará la respuesta ante la entrada en escalón. Posteriormente se procederá a caracterizar dicho sistema en el laboratorio analizando exclusivamente la entrada y la salida. Se verá que ambos resultados, los teóricos y los experimentales, son aproximadamente iguales. v e (t) + - R C i(t) + - v c (t) Desde el punto de vista analítico, las ecuaciones que rigen el comportamiento eléctrico del circuito son dos: la relación existente entre tensión e intensidad de un condensador (Ecuación [3-1]), y la ecuación resultante de aplicar la 2ª Ley de Kirckoff al circuito (Ecuación [3-2]). Teniendo en cuenta que nuestra tensión de entrada ve(t) es un escalón que comienta en t=0 +, la ecuación que gobierna el comportamiento del circuito a partir de dicho instante será la expresada por la Ecuación [3-3], donde Vg es el valor alcanzado en t=0 + por la fuente de excitación. Figura 3-4. Circuito RC i(t) dvc(t) C dt = Ecuación [3-1] ve (t) = Ri(t) + v c (t) Ecuación [3-2] v dv c(t) = RC v c(t) Ecuación [3-3] dt g + De la Ecuación [3-3] se pueden sacar algunas conclusiones interesantes: se trata de una ecuación diferencial (de coeficientes constantes) de primer orden, por lo que podemos deducir que nuestro sistema formado por un circuito RC es un sistema de primer orden. En consecuencia, la solución tendrá carácter exponencial. Para t! el valor de la tensión del condensador será la proporcionada por la fuente. Es decir, si no existen variaciones temporales en la tensión del condensador, dicha tensión será necesariamente la de la fuente. Las condiciones de contorno empleadas para la resolución de la ecuación serán las tensiones del condensador en t=0 +, denominada vo y la tensión del condensador en t!, v. La solución de la ecuación diferencial que rige el comportamiento del sistema será de la siguiente forma: t [ v v ] e RC 0 + v (t) = v c Ecuación [3-4] 14 / 58

15 Particularizando para el caso que nos interesa, tensión inicial del condensador cero (vc(t=0)=0), y sustituyendo RC=τ, obtenemos: 1 e t v = τ c(t) v Ecuación [3-5] Al producto RC se le conoce como Constante de Carga (τ) y tienen dimensiones de tiempo. La Constante de Carga es el único parámetro característico intrínseco de un circuito de primer orden, es decir, conocido τ tendremos caracterizado completamente nuestro sistema de primer orden. La Figura 3-5 muestra gráficamente la respuesta del circuito ante la entrada en escalón. V g V e (t) t V g V c (t) t T/2 T Figura 3-5. Respuesta transitoria del sistema RC Obtención de la constante de carga de forma experimental En el apartado anterior se han deducido las ecuaciones que muestran el comportamiento del circuito RC ante entrada en escalón, concluyendo que la Constante de Carga es el parámetro característico de este sistema. En este apartado se va a caracterizar el sistema de primer orden mediante la búsqueda de su Constante de Carga sin necesidad de analizar las ecuaciones propias del sistema. Se empleará únicamente la información proporcionada por la entrada y la salida del sistema. Figura 3-6. Caracterización de un sistema de primer orden En la ingeniería existen multitud de sistemas que pueden ser aproximados a sistemas de primer orden como el circuito RC. En la mayoría de ellos es muy complicado saber con exactitud cuáles son las ecuaciones internas que controlan dichos procesos, por lo que solamente se cuenta con la información de la entrada y la salida. 15 / 58

16 Para medir de forma práctica y cómoda la Constante de Carga de un circuito RC definiremos el Tiempo de Subida ts como el tiempo que tarda la respuesta del sistema en pasar del 10% de su valor máximo al 90% de este valor. El tiempo de subida, ilustrado en la Figura 3-7, está relacionado con la constante de carga por la expresión de la Ecuación [3-6]. t s = 2. 2τ Ecuación [3-6] V 100% 90% 10% t s t Figura 3-7. Medida del tiempo de subida Respuesta del circuito RC en frecuencia La respuesta de un circuito lineal ante una entrada seno será otra señal de salida seno con la misma frecuencia (f) y en general, diferente fase y amplitud. De esta forma las señales de entrada y salida de un sistema lineal se expresan en la Ecuación 3-7]. v (t) = A sen(2π f t + φ ) e e v (t) = A sen(2π f t + φ ) s s e s Ecuación 3-7] Donde: Ae y As: amplitud de la señal. f: frecuencia. φe y φs: fase. 16 / 58

17 El comportamiento del circuito lineal puede caracterizarse completamente mediante una función que recoge estos los efectos de alteración de amplitud y de fase para cada frecuencia. Esta función se denomina FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA del circuito. Es una función compleja cuya expresión viene dada en forma polar (módulo y fase) por la Ecuación [3-8]. H(f ) A jφ(f ) s j [ φs (f )-φe (f )] = H(f ) e = e Ecuación [3-8] A e (f ) (f ) H(f ) 20 db A s (f ) log A (f ) = Ecuación [3-9] e Donde: As(f)/Ae(f) es la Respuesta en Amplitud o Módulo de la Función de Transferencia. Expresa la relación entre las amplitudes de las formas seno a la entrada y a la salida del circuito para una determinada frecuencia. Es una magnitud adimensional y se expresa o bien en unidades naturales (u.n) o bien unas unidades logarítmicas denominadas Decibelios (db). Le Ecuación [3-9] muestra cómo calcular la respuesta en amplitud en decibelios. φs(f)-φe(f) es la Fase de la Función de Transferencia y mide la diferencia de fases o desfase entre la entrada y la salida de un circuito lineal. Se mide en unidades de ángulos (radianes o grados). Obtención teórica de la respuesta en frecuencia V e (jω) + - R I(jω) 1/(jωC) + - V c (jω) Para determinar el comportamiento del circuito cuando es excitado con tensiones seno, se procede a estudiar las diversas impedancias y su dependencia con la frecuencia. Así, las ecuaciones siguientes reflejan dicha dependencia: Analizando el circuito se obtiene la función de transferencia expresada en la Ecuación [3-12]. De esta ecuación se deduce la respuesta en amplitud y la respuesta en fase. Figura 3-8. Respuesta en frecuencia del circuito RC Z R (jω) = R Ecuación 3-10] 17 / 58

18 Z C (jω) = 1 jωc Ecuación [3-11] V c ( jω) = V ( jω) e 1 jωcr + 1 Ecuación [3-12] H( jω) 2 1 = 2 [ ωcr ] ang H( jω) = tan ( RC ω) Ecuación [3-13] En la Figura 3-9 se representan las curvas características de la respuesta en magnitud y fase de un circuito RC. La magnitud de la función de transferencia muestra un comportamiento decreciente frente a la frecuencia. Se dice que este circuito es un filtro paso bajo debido a que rechaza la altas frecuencias y deja pasar las bajas. Obtención experimental de la respuesta en frecuencia La medida experimental de la respuesta en frecuencia requiere determinar tanto la respuesta en magnitud como la respuesta en fase. 0 Respuesta en magnitud 0 Respuesta en fase db rd Frecuencia en Hz Frecuencia en Hz Figura 3-9. Representación de la función de transferencia de un circuito Para la medida de la respuesta en amplitud bastará con visualizar la entrada (CANAL-I) y medir el valor de amplitud o el valor de pico a pico. Posteriormente se conmutará el canal del osciloscopio para mostrar la salida (CANAL-II) y se procederá del mismo modo. El cociente de amplitudes, o alternativamente, el cociente de valores de pico a pico, será el valor de la respuesta en magnitud para la frecuencia de trabajo. 18 / 58

19 Para calcular el desfase entre dos señales se visualizarán las dos señales de forma simultanea en la pantalla. A continuación se identificarán los dos pasos por cero (con igual pendiente) de ambas formas de onda y se calculará la diferencia de tiempos t tal y como se indica en la Figura Figura Medida de desfase mediante visualización simultanea Una vez medida la diferencia de tiempos o el retraso de la señal del Canal II respecto del Canal I, se calcula el desfase entre las dos señales. Teniendo en cuenta que el tiempo correspondiente a un periodo de señal equivale a 360º, el desfase vendrá expresado en la Ecuación [3-14], donde T representa el periodo de la señal periódica. 2π t 360 t φ = φ1 - φ2 = [ rad ] = [ º ] Ecuación [3-14] T T 3.3 Realización práctica Montaje del circuito RC El circuito que se muestra en la Figura 3-11 es un circuito RC en configuración de paso bajo que se va a utilizar durante la práctica. Utilice los componentes necesarios para montar dicho circuito en la placa de pruebas. Para ello, efectúe la medida (utilizando el polímetro o el código de colores) de las diferentes resistencias, e identifique numéricamente el valor de la capacidad del condensador. Identifique los puntos A-B-C del circuito de la figura en el circuito, y localice dónde se encuentra la entrada y la salida del circuito en el montaje realizado. 19 / 58

20 A R=1KΩ B + + Entrada v e (t) C=1µF Salida v s (t) C - - Figura Circuito RC paso bajo Medida de la constante de carga. Ahora se procede a generar y excitar el circuito del apartado anterior con una señal cuadrada de características descritas en la Tabla 3-1. Parámetro Tipo de señal Frecuencia Periodo Valor de amplitud Nivel de continua Valor CUADRADA 100 Hz. 10 msec. 2,5 v 2,5 v Figura Señal de excitación. [Min, Max] [0, 5] Tabla 3-1. Señal de excitación INSTRUCCIONES: 1) Conecte un latiguillo BNC-cocodrilo al generador de funciones. El BNC irá conectado al generador de funciones y los cocodrilos irán conectados a la sonda del osciloscopio. El montaje se muestra en la Figura ) Encienda el osciloscopio. Ajuste el nivel de intensidad y enfoque que permita distinguir la información que a parece en la pantalla. 20 / 58

21 OSCILOSCOPIO Generador de funciones R + + Entrada C Salida - - Figura Excitación del circuito RC con la señal de tensión de forma cuadrada. 3) Ajuste el nivel de tierra (GD) del osciloscopio en el nivel marcado como 0% de la pantalla del osciloscopio. 4) Ajuste la señal de excitación empleando los cursores a la especificada en la Tabla 3-1. Esto implica medir: la frecuencia de 100 Hz. (10msec. de periodo) y los valores máximos y mínimos serán de 5 y 0 v. respectivamente. Tenga en cuenta que el nivel cero se encuentra en el marcador de 0%. 5) Conecte la señal de excitación al circuito. 6) Mida con el osciloscopio las señales de voltaje: ve (t) con el canal 1 (CH-I) y vs (t) con el canal 2 (CH-II) del osciloscopio. 7) El osciloscopio le permitirá visualizar cada uno de los canales por separado o los dos canales simultáneamente. Pulse para cambiar de visualización individual a simultanea el botón DUAL. 8) Refleje las medidas de ve (t) y vs (t) en la memoria de la práctica. 9) Con los cursores verticales marque el corte de la curva de carga con los puntos 10% y 90% marcados en la pantalla del osciloscopio. La distancia entre cursores verticales será el tiempo de subida. Compruebe que se cumple la expresión de la Ecuación [3-6]. 10) Aumente gradualmente la frecuencia de la entrada y observe el comportamiento del circuito. Intente justificar dicho comportamiento Medida de la función de transferencia En este apartado se procede a realizar la medida de la función de transferencia del circuito RC que se encuentra montado en la placa e pruebas. INSTRUCCIONES: 21 / 58

22 1) Conecte el generador de funciones a la entrada del circuito. Seleccione una señal senoide con una frecuencia de 1KHz sin componente de DC. 2) Visualice la señal generada conectando el Canal I del osciloscopio a la entrada del circuito. Ajuste el valor de la amplitud en el generador de funciones hasta conseguir un valor de 1 V. 3) Conecte la sonda del Canal II a la salida del circuito y seleccione del Canal II en el osciloscopio. Mida la amplitud de la señal representada empleando los cursores. 4) Active el modo DUAL para ver la entrada y la salida en la pantalla del osciloscopio. Empleando los cursores de tiempo (verticales) mida el desfase entre ambas señales como se muestra en la Figura Aplique la Ecuación [3-14] para obtener el valor del desfase. 5) Repita el procedimiento y rellene la siguiente tabla: f (Hz) Ae(v.) As(v.) (u.n) H(f) db t φs(f)-φe(f) K 1 10 K Aspectos importantes a recordar Identificación de los controles del generador de funciones y su funcionalidad. Manejo del osciloscopio como instrumento para medir señales de entrada y salida de un circuito: ajuste de escalas, cursores, representación simultánea, etc. Respuesta transitoria de un circuito RC: ecuaciones teóricas y obtención experimental de la respuesta mediante la medida del tiempo de subida. Respuesta permanente de un circuito RC ante entrada seno: ecuaciones que rigen el comportamiento del circuito, comportamiento de filtro, medida de la respuesta en amplitud y en fase en el laboratorio. 22 / 58

23 PRÁCTICAS Departamento de Ingeniería Electrónica Escuela Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla 4. Circuitos con diodos 4.1 Objetivo de la práctica El objetivo de esta practica es doble: por un lado se obtendrá de forma experimental la característica I-V (característica estática) de un diodo, para a continuación estudiar una aplicación típica de diodo: los circuitos rectificadores. Se medirán diferentes configuraciones de circuitos rectificadores con diodos, evaluando el comportamiento de las diferentes configuraciones en función de los parámetros de calidad que se definan. Antes de presentar los circuitos correspondientes a la realización práctica se procederá a estudiar con mayor detalle el funcionamiento del osciloscopio. 4.2 OSCILOSCOPIO: sincronismo, nivel y pendiente de disparo El problema que nos encontramos en un osciloscopio es el de tener que representar señales en el tiempo de duración ilimitada en una pantalla de dimensiones limitadas. La única forma que se tiene para visualizar estas señales periódicas es representando un trozo de la misma sucesivamente. Por tanto, un osciloscopio representa un trozo de señal una y otra vez, es decir, cuando termina de representar una pantalla completa comienza a representar otra y así sucesivamente. Se denomina barrido a cada una de las representaciones de una pantalla. La señal que determina el instante de tiempo en el que el osciloscopio ha de inicia la representación de un barrido se denomina señal de sincronismo. Como puede observarse en la Figura 4-1, existe un tiempo entre que el osciloscopio termina de representar una pantalla y comienza a representar la siguiente, para que el trozo de señal representado en pantalla sea siempre el mismo. Este tiempo se denomina tiempo de Hold-Off, y durante este tiempo la señal a representar no se aplica al canal vertical. Para que la porción de señal que se representa en la pantalla del osciloscopio pueda visualizarse de forma estática, el osciloscopio habrá de comenzar a representar la señal siempre en el mismo punto. Se denomina Nivel de Disparo (LEVEL) al nivel de la señal de sincronismo que una vez alcanzado supondrá el inicio del barrido. Para una señal periódica el nivel de disparo estará unívocamente determinado junto con su Pendiente de disparo ( ó ). La señal de sincronismo podrá ser la del Canal I, Canal II o Externa (enchufada al conector correspondiente del frontal del osciloscopio). 23 / 58

24 Osciloscopio Figura 4-1. Explicación gráfica de los conceptos. La señal de sincronismo podrá ser generada por el osciloscopio de forma automática (AT) o de forma normal (NM). Es recomendable utilizar el modo automático de generación de señal de sincronismo salvo que las señales a representar sean muy complejas. En ambos modos de funcionamiento tanto el Nivel de disparo (LEVEL) como la Pendiente de disparo ( y ) pueden seleccionarse mediante los correspondientes controles del instrumento. En la Figura 4-1 se muestra lo que ocurriría cuanto el osciloscopio representa una señal de tensión seno conectada al Canal I que es capturada cuando dicha señal alcanza un nivel de disparo con pendiente positiva ( ). La propia señal del Canal I funciona como señal de sincronía. Finalmente, el osciloscopio dispone de algunos modos de disparo específicos para determinados tipos de señales. Generalmente se trabajará con el modo de disparo AC, excepto cuando se representen señales de muy baja frecuencia donde se utilizará el modo de disparo DC. Los modos de disparo HF, LF, TVL y TVF son modos de sincronismo para señales complejas como por ejemplo señales de televisión. Si el nivel de disparo no es alcanzado por la señal de sincronismo, el barrido no se iniciará, y por lo tanto no se mostrará de forma estática la señal en la pantalla. Ajuste, mediante el control LEVEL del instrumento, para asegurar que la señal siempre alcanza el nivel de disparo. 24 / 58

25 4.3 Obtención característica I-V de un diodo EL CIRCUITO DE MEDIDA Para la medida de la característica estática de un diodo se deberá medir tanto la caída de tensión que se produce entre sus bornas (VD) como la corriente eléctrica que circula por él (ID). La representación de ambas magnitudes se muestra en la Figura 4-2. Para la media de la característica estática se empleará el circuito de la Figura 4-3 Dicho circuito está formado por dos ramas iguales excitadas por la misma tensión. La tensión que cae en el diodo VD podrá ser medida en los puntos A-B, mientras que la medida de la corriente que circula por el diodo no es inmediata ya que el osciloscopio solamente mide tensiones. Por esto, la intensidad que circula por el diodo se medirá a través de la caída de la resistencia (C-B) que se encuentra en serie con el diodo. Dicha tensión será proporcional a la intensidad que circula por el diodo. Para obtener una representación del tipo I-V se utilizará el modo XY del osciloscopio. Este modo, que se activa dejando pulsado el botón DUAL, representa el canal 1 (CH-I) en el eje horizontal frente al canal 2 (CH-II) en el eje vertical. Conectando el canal 1 (CH-I) a los puntos A-B (VD ) y los puntos C-B al canal 2 (CH-II), se mostrará la característica estática del diodo. Es necesario tener en cuenta que en eje vertical no se muestra la intensidad del diodo sino un valor que es proporcional a la ID. I D I D -V Ζ Vγ V D Vγ V D (a) (b) Figura 4-2. Características estáticas o característica I-V de (a) un diodo convencional y (b) un diodo Zener. 25 / 58

26 I D I D R A D C D + V D R + V R - - B Figura 4-3.Circuito utilizado para la medida de la característica I-V. POTENCIA CONSUMIDA POR EL DIODO Una vez que se conocen las caídas de tensión en el diodo y la corriente que circula a su través (calculada a partir de la caída de tensión en la resistencia) puede calcularse la potencia instantánea que se disipa en el diodo aplicando la expresión: P dis v D i D = v D vr R = [4-1] Es importante que el valor de potencia disipada máxima se encuentra por debajo de la especificación dada por el fabricante. 4.4 Aplicación: circuitos rectificadores basados en diodos Un Circuito Rectificador es un circuito que permite obtener una tensión continua a partir de una tensión alterna. Estos circuitos rectificadores se utilizan en la práctica totalidad de los dispositivos electrónicos que se conectan a la red eléctrica y convierten la tensión alterna de alimentación, generalmente 220V, en tensión continua (3,6,12,10V etc.). El comportamiento general de cualquier circuito rectificador se muestra en la Figura 4-4. A continuación se presenta un breve resumen de las configuraciones de circuito rectificador que van a utilizarse en el desarrollo de la práctica, haciendo especial hincapié en los parámetros que determinan la calidad de la señal rectificada. 26 / 58

27 V e V s + + V e Rectificador V s t - = - t Figura 4-4. El Circuito Rectificador visto como una caja negra Parámetros característicos de tensiones AC y DC VALOR EFICAZ Y VALOR MEDIO La tensión alterna a la entrada del circuito rectificador tendrá la forma de expresada en la [4-2], siendo Ae la amplitud de la tensión Ve, f la frecuencia en Hertzios (50Hz en el caso de la red eléctrica nacional), t el tiempo en segundos y φ un desfase en radianes. Una forma muy común de indicar la magnitud de la tensión alterna de entrada es mediante su Valor Eficaz definido de forma genérica en la [4-3] y particularizada para una señal seno en la [4-4]. Por el contrario, la señal de salida del circuito rectificador Vs se caracterizará por tener una cierta componente de DC. Se define Valor Medio o componente de continua (DC) como el valor resultante de aplicar la [4-5]. FACTOR DE RIZADO V = A sen(2π f t + φ) [4-2] e e 1 T 2 V e,eff = vedt [4-3] T 0 A e Ve,eff = [4-4] 2 T 1 v s = vs (t) dt [4-5] T v F = 0 pico pico r v o 100(%) [4-6] DC V pico-pico Para estimar la calidad de la tensión rectificada a la salida del circuito, que en el caso ideal sería una señal continua, se utiliza el parámetro de Factor de rizado (Fr) ( [4-6]). Figura 4-5. Tensión rectificada t El Factor de Rizado se define como la relación entre la tensión pico-pico de la señal rectificada (diferencia entre la fluctuación máxima y el mínimo alrededor del valor medio) y la componente continua de la misma. El caso de circuito rectificador ideal se correspondería con un factor de rizado igual a cero 27 / 58

28 ya que la amplitud pico-pico de la señal continua sería igual a cero. En general, puede concluirse que cuanto menor sea el factor de rizado mejor comportamiento presentará el circuito rectificador. Consideraremos como valores de medida de la calidad del circuito rectificador el Factor de Rizado y el Valor Medio de la señal rectificada Circuitos rectificadores medidos en la práctica RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA En la Figura 4-6 se presenta el esquema del circuito rectificador de media onda. Dicho circuito consta de un diodo simple 1N4007 en serie con una resistencia. El circuito se excita a su entrada con una señal seno Ve y a su salida se obtiene la señal rectificada, Vs, sobre la carga R. La tensión rectificada Vs a la salida del circuito rectificador estará determinada por la característica del diodo. El diodo conduce cuando está polarizado en directa con una tensión mayor que la tensión umbral V γ y está cortado cuando está polarizado con una tensión menor que la tensión umbral o en inversa. La tensión alterna de entrada es rectificada por el diodo eliminando a la salida los semiciclos de tensión negativa, y obteniendo a la salida del circuito rectificador una forma de onda de tensión Vs. D=1N D=1N V e R=12kΩ V s V e C=1nF R=100nF V s - - Figura 4-6. Circuito rectificador de media onda. Figura 4-7. Circuito rectificador de media onda y filtrado con condensador. La Figura 4-8 muestra las formas de onda del circuito rectificador de media onda. La señal de salida se caracteriza por tener una componente continua u offset mayor que cero y que puede calcularse mediante la expresión de la [4-5]. Como se desprende de la Figura 4-9, los semiciclos positivos de la tensión alterna Ve y la tensión rectificada Vs no coinciden exactamente debido a que el diodo necesita una pequeña polarización directa igual a V γ para comenzar a conducir. 28 / 58

29 V e V s V e V s V γ V s t D T Figura Formas de onda del circuito rectificador de media onda. Figura Formas de onda del circuito rectificador de media onda filtrada. RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA CON FILTRADO Las prestaciones del circuito rectificador de media onda pueden mejorarse considerablemente mediante el filtrado de la tensión a la salida del circuito mediante un condensador. El circuito se presenta en la Figura 4-7. El condensador permitirá disminuir el factor de rizado y aumentar la componente continua de la señal rectificada. Durante el semiciclo en el cual el diodo está cortado la tensión de salida no caerá hasta cero sino que el condensador la mantendrá hasta que llegue el siguiente semiciclo positivo. Las formas de onda de las tensiones a la entrada y a la salida del circuito rectificador en cuestión se representan en la Figura 4-9. Puede verse que la componente continua de la señal rectificada Vs ha aumentado, y el factor de rizado habrá disminuido gracias a que el rizado de la señal rectificada ha sido reducido. En definitiva, las prestaciones (Fr y DC) del circuito rectificador de media onda con filtrado son superiores al ciruito visto en el apartado anterior. Es importante destacar como consideración de diseño que el valor de la capacidad del condensador deberá de estar acorde con la frecuencia de la tensión alterna a la entrada del circuito y con la resistencia de salida del circuito rectificador según la [4-7], donde T es el periodo de la señal a rectificar. T τ = C R > [4-7] 2 CIRCUITO REGULADOR CON DIODO ZENER La calidad de la señal rectificada por el circuito rectificador puede mejorarse aún más utilizando un diodo Zener a la salida del circuito. Dicho diodo será encargado de regular la tensión rectificada de salida. Como ya es conocido, en un diodo Zener polarizado en inversa la caída de tensión entre sus bornas (Vd) se mantiene prácticamente constante cualquiera que sea de la intensidad (Id) que lo atraviesa. 29 / 58

30 Utilizando esta idea es posible regular la tensión rectificada mediante un circuito rectificador de media onda y filtrado con condensador, y mejorar sus prestaciones. La configuración de circuito regulador con diodo Zener que se utilizará en la práctica se muestra en la Figura D R + V e C Z V s - Figura Circuito regulador de tensión con diodo Zener La calidad de la tensión regulada por diodo Zener es muy buena ya que prácticamente es una señal continua, es decir, el factor de rizado es prácticamente nulo. Sin embargo, no debe de olvidarse que el precio que se ha de pagar para conseguir esta calidad de tensión continua es un menor rendimiento del circuito en cuanto a la relación entre la potencia de señal a la entrada y la potencia de señal entregada a la carga. 4.5 Realización práctica Medida de la característica estática del diodo INSTRUCCIONES: 1) Identifique la placa de circuito impreso que contiene el circuito empleado en la medida de la característica I-V del diodo (Figura 4-3). 2) Conecte la salida del generador de funciones a la sonda de canal 1 (CH-I). Ajuste la señal generada a la especificada en Tabla ) Ajuste GD en el centro de la pantalla en ambos canales. Parámetro Valor Forma de onda TRIANGULAR Frecuencia 1KHz Amplitud 7 V DC -2 V Valor mínimo -9 V Valor máximo 5 V Tabla 4-1. Señal de excitación 4) Ajuste el modo DC en cada canal. 5) Aplique la señal de excitación a la entrada del circuito. 6) Mida la caída de tensión en el diodo, VD, con el Canal I del osciloscopio y refleje en la memoria de la práctica la pantalla qué se observa en el osciloscopio, indicando la base de tiempos, factor de deflexión y posición del GD. Intente explicar la forma de onda obtenida. 30 / 58

31 7) Con el Canal II del osciloscopio mida la caída de tensión en la resistencia de la otra rama, VR, a partir de la cual puede obtener la corriente que circula a través del diodo. Refleje en la memoria de la práctica la pantalla que se visualiza en el osciloscopio e intente explicar la forma de onda obtenida. 8) A partir de las medidas de caída de tensión en el diodo y la corriente que lo atraviesa, calcule la potencia instantánea máxima que disipa el diodo. Justifique la respuesta. 9) Para obtener la forma de la característica I-V cambie el modo de operación del osciloscopio al modo XY. Refleje en la memoria de la práctica la pantalla obtenida en el osciloscopio. 10) Tome las medidas de: tensión umbral, tensión Zener, intensidad máxima alcanzada en directa e intensidad máxima en inversa Medida de los parámetros de calidad de circuitos rectificadores INSTRUCCIONES : 1) Identifique la placa de circuito impreso que contiene los tres circuitos rectificadores estudiados en la introducción teórica de la práctica. 2) Localice el circuito rectificador de media onda (Figura 4-6) en la placa suministrada. 3) Genere una tensión senoidal de 500 Hz y 6 V de amplitud (sin DC). Para ello utilice el osciloscopio para asegurarse de los valores especificados. 4) Mida el valor eficaz de la tensión generada empleando para ello el multímetro. Conecte los latiguillos adecuados para realizar la medida. Selección modo tensión (V) y alterna (AC). Anote el resultado. 5) Conecte la señal generada a la entrada del circuito. 6) Empleando la sonda del canal I (CH-I) mida la salida del rectificador. 7) Meda el valor de continua (DC) que muestra el osciloscopio. Previamente debería accionar el modo DC del osciloscopio. 8) Mida el factor de rizado. Para ello es recomendable desactivar el modo DC y pasar a AC. De esta forma la señal queda centrada en la pantalla y, cambiando la escala de forma adecuada, podrá medirse el rizado de la misma. 9) Repita las medidas para el circuito rectificador de media onda con red RC de filtrado (Figura 4-7). Para la medida del tercer rectificador, el circuito basado el diodo zener, siga las siguientes instrucciones. Esta parte de la práctica requiere la conexión a la RED ELÉCTRICA. Extreme la precaución y siga cuidadosamente las indicaciones siguientes. INSTRUCCIONES: 1) Localice el circuito regulador basado en diodo Zener de la Figura 4-10 e identifique el transformador que se suministra en la práctica. 31 / 58

32 2) Tome dos latiguillos Banana-Cocodrilo, uno ROJO y otro NEGRO. Conecte el cocodrilo NEGRO a la masa del circuito y conecte el cocodrilo ROJO al positivo de la entrada del circuito. 3) IMPORTANTE: asegúrese que el cocodrilo NEGRO y el ROJO no llegan nunca a estar en contacto. Evite que por un movimiento se provoque contacto entre ambos. 4) Enchufe el trasformador a la RED. El transformador sólo se conectará (mediante el interruptor frontal) cuando se esté realizando alguna medida. Desconéctelo cuando no sea necesario. 5) Con un par de latiguillos banana-banana podremos medir el valor eficaz entre terminales del transformador. Utilizaremos el multímetro. 6) Conecte los terminales ROJO-NEGRO del transformador a los latiguillos que se encuentran conectados al circuito. 7) Mida la característica de la señal proporcionada por el transformador conectando el canal I (CH-I). Mida la frecuencia exacta y la amplitud. 8) Mida el DC de la salida. Recuerde que el canal deberá estar en modo DC. 9) Conmute a AC y mida el rizado. Tendrá que disminuir la escala vertical. R. de media onda R. de media onda con red RC R. de media onda con red RC y Zener f=500hz f=10khz f=500 Hz f=10 KHz Red Eléctrica Entrada al rectificador Salida del rectificador Amplitud de entrada (Ve) 6 V 6 V 6 V 6 V Valor eficaz de la entrada Componente continua de salida (VS) Rizado de la salida Factor de rizado, Fr [%] Tabla 4-2. Resultados de la práctica 4.6 Conceptos importantes a recordar Barrido, señal de sincronismo, disparo. Modo X-Y del osciloscopio. Característica estática del diodo convencional y del diodo Zener: distinción de las regiones de funcionamiento, estimación del punto de consumo máximo, etc. Parámetros de medida de la calidad de circuitos rectificadores. Circuitos rectificadores presentados: funcionamiento, estimación de los parámetros de calidad, valoración cualitativa de la potencia disipada de cada componente, etc. 32 / 58

33 PRÁCTICAS Departamento de Ingeniería Electrónica Escuela Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla 5. Introducción al simulador Pspice 5.1 Realización del esquema del circuito (Schematics) Al ejecutar el programa Schematics aparece la pantalla mostrada en la Figura 5-1. La ventana se puede dividir en tres zonas: - Barra de menú: en esta zona de la pantalla pueden elegirse con el ratón los menús de comandos y submenús que posee el programa. - Barras de botones: En esta zona se encuentran los botones de acceso directo a las órdenes más importantes del programa. Cada botón tiene un icono que representa la función que realiza la orden. - Zona de dibujo: en esta zona de la pantalla pueden colocarse los diferentes componentes de un circuito y crear un esquema. Dicho esquema representa un circuito eléctrico/electrónico y se puede simular su comportamiento mediante el programa Pspice El primer paso para realizar el esquema de un circuito es acceder a los componentes disponibles en el programa. Estos componentes pueden dividirse en elementos de circuito, elementos de medida, elementos especiales (que realizan funciones especiales dentro del conjunto de programas de Pspice Student) y elementos de conexión. Barra de menú Barras de botones Zona de dibujo Figura 5-1. Ventana principal de Schematics 33 / 58