1. PRESENTANDO A LOS PROTAGONISTAS...

Contenido Parte 1. PRESENTANDO A LOS PROTAGONISTAS... 1 1. Un primer contacto con la instrumentación... 3 1.1 Introducción... 3 1.2 Conceptos de tierra y masa. Riesgos eléctricos... 4 1.2.1 La conexión a tierra... 4 1.2.2 Severidad de una electrocución... 10 1.3 Material e instrumentación... 11 1.4 Primeras medidas... 12 1.4.1 Medida de resistencias y verificación de tolerancias... 12 1.4.2 Medidas sobre una carga en continua y en alterna... 13 1.4.2.1 Impedancia de salida del generador de funciones... 18 2. Estudio de un filtro pasivo RC de primer orden... 21 2.1 Introducción... 21 2.2 Función de transferencia de tensión... 22 2.3 Diseño... 24 2.4 Respuesta en frecuencia... 24 2.4.1 Módulo de la ganancia de tensión... 24 2.4.2 Argumento de la ganancia de tensión... 26 2.5 Respuesta temporal... 27 2.6 Material e instrumentación... 28 2.7 Verificación experimental... 29 3. El diodo de unión p-n... 33 3.1 Introducción... 33 3.2 Curvas características corriente-tensión... 35 3.3 Material e instrumentación... 40

3.4 Verificación experimental... 41 3.4.1 Característica i-v de un diodo de señal... 41 3.4.2 Característica i-v de un diodo zéner... 42 3.4.2.1 Polarización directa... 42 3.4.2.2 Polarización inversa... 43 4. El transistor de unión bipolar... 45 4.1 Introducción... 45 4.2 Curvas características... 49 4.3 La configuración Darlington... 50 4.4 Material e instrumentación... 52 4.5 Verificación experimental... 52 5. El amplificador operacional... 55 5.1 Introducción... 55 5.2 El amplificador operacional ideal... 56 5.3 El amplificador operacional real... 59 5.4 Material e instrumentación... 65 5.5 Verificación experimental... 66 Parte 2. ELECTRÓNICA LINEAL... 69 AMPLIFICADORES DE TENSIÓN 6. Amplificador monoetepa en emisor común... 71 6.1 Introducción... 71 6.2 Diseño de un amplificador en emisor común... 73 6.2.1 Recta estática de carga... 73 6.2.2 Recta dinámica de carga... 75 6.2.3 Deducción del punto Q... 77 6.2.4 Umbral de distorsión... 78 6.2.5 Deducción de las expresiones de diseño... 79 6.2.5.1 Diseño de las resistencias de emisor y colector... 80 6.2.5.2 Diseño de las resistencias de la red de polarización de la base... 81 6.2.5.3 Diseño de las capacidades de acoplo... 82 6.2.6 Aplicación práctica... 85 6.2.6.1 Diseño de las resistencias de emisor y colector... 85 6.2.6.2 Cálculo del punto Q... 86 6.2.6.3 Diseño del divisor resistivo de polarización de la base... 86 6.2.6.4 Diseño de las capacidades de acoplo... 86 6.3 Análisis del diseño propuesto... 87 6.3.1 Punto Q... 87 6.3.2 Ganancia... 89 6.3.3 Umbral de distorsión... 90

6.3.4 Resistencia de entrada... 92 6.3.5 Resistencia de salida... 94 6.3.6 Frecuencia inferior de corte... 95 6.3.7 Criterio para la determinación del ancho de banda... 95 6.4 Material e instrumentación... 98 6.5 Verificación experimental... 98 6.5.1 Punto Q... 98 6.5.2 Umbral de distorsión... 99 6.5.3 Respuesta en frecuencia... 101 6.5.3.1 Módulo de la ganancia de tensión... 101 6.5.3.2 Fase de la ganancia de tensión... 102 6.5.4 Resistencia de entrada... 103 6.5.5 Resistencia de salida... 104 7. Amplificador bietepa en emisor común... 107 7.1 Introducción... 107 7.2 Diseño y análisis preliminar... 109 7.2.1 Circuito propuesto... 109 7.2.2 Especificaciones de diseño... 111 7.2.3 Segunda etapa: diseño y análisis posterior... 111 7.2.4 Primera etapa: diseño y análisis posterior... 115 7.2.5 Diseño de las capacidades... 119 7.3 Análisis adicional mediante simulación... 122 7.3.1 Punto Q... 122 7.3.2 Ganancia de tensión... 123 7.3.3 Umbral de distorsión... 127 7.3.4 Impedancias de entrada y salida... 127 7.4 Material e instrumentación... 128 7.5 Verificación experimental... 129 7.5.1 Punto Q... 130 7.5.2 Umbral de distorsión... 130 7.5.3 Respuesta en frecuencia: módulo de A v... 131 7.5.4 Respuesta en frecuencia: fase de A v... 132 7.5.5 Resistencias de entrada y salida... 133 8. Circuitos amplificadores con el µa741... 135 8.1 Introducción... 135 8.2 Desviaciones en continua... 136 8.3 Velocidad de respuesta... 138 8.4 El amplificador inversor... 139 8.4.1 Cancelación de las desviaciones de continua... 140 8.4.2 El amplificador inversor acoplado en alterna... 140 8.5 El amplificador no inversor... 141 8.5.1 El amplificador no inversor acoplado en alterna... 142

8.6 Ancho de banda... 143 8.7 Amplificadores en cascada... 144 8.8 Diseño y análisis... 144 8.8.1 Amplificador inversor... 145 8.8.2 Amplificador no inversor... 148 8.8.3 Amplificadores en cascada... 151 8.9 Material e instrumentación... 153 8.10 Verificación experimental... 154 8.10.1 Amplificador inversor... 154 8.10.1.1 Medidas en continua... 154 8.10.1.2 Salida a frecuencias medias... 155 8.10.1.3 Respuesta en frecuencia del módulo de A v... 156 8.10.1.4 Efectos no lineales: el slew rate... 157 8.10.2 Amplificador no inversor... 157 8.10.3 Amplificadores en cascada... 158 OSCILADORES SENOIDALES 9. El oscilador en puente de Wien... 161 9.1 Introducción... 161 9.2 Ganancia mínima y frecuencia de oscilación... 162 9.3 Estabilización de la amplitud... 164 9.4 Diseño y análisis... 166 9.4.1 Especificaciones de diseño... 166 9.4.2 Diseño de un oscilador sin amplitud estabilizada... 166 9.4.3 Análisis del diseño obtenido... 167 9.4.4 Diseño de un oscilador con amplitud estabilizada... 169 9.4.5 Análisis del diseño obtenido... 170 9.4.6 Efecto de la posición de los polos en la distorsión... 173 9.5 Material e instrumentación... 175 9.6 Verificación experimental... 175 9.6.1 Montaje de un oscilador sin amplitud estabilizada... 175 9.6.2 Montaje de un oscilador con amplitud estabilizada... 177 10. El oscilador de desplazamiento de fase... 179 10.1 Introducción... 179 10.2 Ganancia mínima y frecuencia de oscilación... 181 10.3 Diseño y análisis... 184 10.3.1 Especificaciones de diseño... 184 10.3.2 Diseño con red de realimentación estándar... 184 10.3.3 Análisis del diseño obtenido... 185 10.3.3.1 Respuesta en frecuencia de la red de realimentación... 188 10.3.4 Diseño y análisis con cuatro etapas RC... 190 10.3.4.1 Respuesta en frecuencia de la red de realimentación... 192

10.4 Material e instrumentación... 194 10.5 Verificación experimental... 194 10.5.1 Montaje de un oscilador con tres etapas RC... 195 10.5.2 Montaje de un oscilador con cuatro etapas RC... 196 OTROS CIRCUITOS Y SISTEMAS LINEALES 11. El circuito integrador con el µa741... 199 11.1 Introducción... 199 11.2 El integrador básico... 200 11.2.1 Desviación en ausencia de señal... 200 11.2.2 Respuesta en frecuencia del integrador básico... 203 11.2.3 Respuesta temporal del integrador básico... 204 11.3 Un integrador práctico sin compensación... 206 11.4 Un integrador práctico parcialmente compensado... 209 11.5 Un integrador práctico totalmente compensado... 211 11.6 Respuestas ante diferentes entradas periódicas... 212 11.6.1 Entrada sinusoidal... 213 11.6.2 Entrada cuadrada... 214 11.6.3 Entrada triangular... 215 11.7 Aplicaciones del circuito integrador... 216 11.8 Material e instrumentación... 217 11.9 Verificación experimental... 218 11.9.1 Problemas prácticos del integrador básico... 218 11.9.2 Un integrador práctico sin compensación... 219 11.9.3 Un integrador práctico con compensación parcial... 220 11.9.4 Un integrador práctico con compensación total... 221 12. Estudio comparativo de filtros pasivos y activos... 223 12.1 Introducción... 223 12.2 Función de transferencia y orden de un filtro... 225 12.2.1 Filtros paso bajo y paso alto... 225 12.2.2 Filtros pasa banda y elimina banda... 226 12.3 Realizaciones físicas de filtros seleccionados... 229 12.3.1 Filtro RC paso bajo de primer orden... 229 12.3.2 Filtro RC paso alto de primer orden... 231 12.3.3 Filtro RC paso bajo de segundo orden... 232 12.3.4 Filtro RLC pasa banda de segundo orden... 233 12.3.5 Filtro activo pasa banda de segundo orden... 235 12.4 Circuito generador de señal periódica cuadrada... 238 12.4.1 Diseño del multivibrador astable... 239 12.5 Cinco casos de estudio... 240 12.5.1 Filtro pasivo RC paso bajo de primer orden... 240 12.5.2 Filtro pasivo RC paso bajo de segundo orden... 243

12.5.3 Filtro pasivo RC paso alto de primer orden... 244 12.5.4 Filtro pasivo RLC pasa banda de segundo orden... 246 12.5.5 Filtro activo pasa banda de segundo orden... 250 12.6 Material e instrumentación... 252 12.7 Verificación experimental... 252 12.7.1 Montaje del circuito astable... 253 12.7.2 Filtro RC paso bajo de primer orden... 254 12.7.3 Filtro RC paso bajo de segundo orden... 255 12.7.4 Filtro RC paso alto de primer orden... 255 12.7.5 Filtro RLC pasa banda de segundo orden... 256 12.7.6 Filtro activo pasa banda de segundo orden... 257 13. El sumador ponderado: conversión D/A... 259 13.1 Introducción... 259 13.2 El convertidor de resistencias ponderadas... 261 13.3 Diseño y análisis de un convertidor de tres bits... 262 13.3.1 Diseño... 262 13.3.2 Análisis... 264 13.3.2.1 Respuesta ante una secuencia de palabras digitales... 264 13.3.2.2 Desviaciones por la tolerancia de las resistencias... 267 13.4 Material e instrumentación... 269 13.5 Verificación experimental... 269 13.5.1 Medidas con V ref = V CC... 269 13.5.2 Medidas con V ref < V CC... 271 Parte 3. ELECTRÓNICA NO LINEAL... 273 CONFORMADORES DE SEÑALES PULSADAS 14. Un generador de onda cuadrada y triangular... 275 14.1 Introducción... 275 14.2 Diseño... 276 14.2.1 Especificaciones de funcionamiento... 276 14.2.2 Circuito escogido para la implementación... 276 14.2.3 Diseño del disparador de Schmitt... 278 14.2.4 Diseño del integrador inversor... 282 14.3 Análisis... 284 14.3.1 Estimación de las desviaciones... 284 14.3.2 Efectos perniciosos de la frecuencia... 285 14.3.3 Reflexiones sobre el integrador no compensado... 287 14.4 Material e instrumentación... 289 14.5 Verificación experimental... 290

15. Un generador de pulsos de parámetros ajustables... 293 15.1 Introducción... 293 15.2 Astable basado en el CI 555... 295 15.3 Monoestable basado en el CI 555... 297 15.4 Diseño... 298 15.4.1 Topología propuesta... 298 15.4.2 Especificaciones de funcionamiento... 300 15.4.3 Circuito escogido para la implementación... 300 15.4.4 Diseño del astable... 301 15.4.5 Diseño del monoestable... 302 15.5 Análisis... 303 15.5.1 Estimación de las desviaciones... 303 15.5.2 Cargabilidad del 555... 304 15.6 Material e instrumentación... 305 15.7 Verificación experimental... 305 15.7.1 Montaje del astable. Análisis... 306 15.7.2 Montaje del monoestable y conexión al astable... 307 15.7.3 Cargabilidad del 555... 309 16. Conformador de señal PWM con el 555... 311 16.1 Introducción... 311 16.2 Generador PWM básico... 312 16.2.1 Diseño... 312 16.2.2 Análisis... 314 16.3 Generador PWM con moduladora externa... 315 16.3.1 Principio de funcionamiento... 315 16.3.2 Diseño del circuito astable... 316 16.3.3 Diseño del circuito monoestable... 317 16.3.3.1 Diseño de la capacidad C g... 318 16.3.4 Análisis asistido mediante simulación... 320 16.4 Material e instrumentación... 322 16.5 Verificación experimental... 323 16.5.1 Generador de señal PWM básico... 323 16.5.2 Generador PWM con moduladora externa... 324 17. Un oscilador controlado por voltaje con el 555... 327 17.1 Introducción... 327 17.2 Generadores de funciones integrados... 328 17.2.1 El generador de funciones NE/SE-566... 328 17.2.2 El generador de funciones XR-2206... 330 17.3 Un VCO basado en el temporizador 555... 330 17.3.1 Diseño... 330 17.3.2 Análisis asistido mediante simulación... 334 17.4 Material e instrumentación... 336 17.5 Verificación experimental... 336

CIRCUITOS CON DIODOS 18. El rectificador de media onda... 339 18.1 Introducción... 339 18.2 Rectificación... 340 18.3 Distorsión inducida por la frecuencia... 341 18.4 Rectificador de pico de media onda... 344 18.4.1 Efecto del filtrado sobre la señal rectificada... 344 18.4.2 Implicaciones prácticas del generador de señal... 347 18.5 Material e instrumentación... 349 18.6 Verificación experimental... 349 18.6.1 Rectificación de media onda... 349 18.6.2 Filtrado de la señal rectificada... 351 19. Modulación y demodulación AM... 353 19.1 Introducción... 353 19.2 AM: definición... 355 19.3 Generación de señal AM... 357 19.3.1 Generación con circuitos integrados analógicos... 357 19.3.2 Generación con dispositivos discretos... 359 19.3.2.1 Realización física con diodo... 362 19.3.2.2 Realización física con transistor... 363 19.4 Demodulación de señal AM... 364 19.5 Diseño basado en diodos y análisis de la respuesta... 366 19.5.1 Especificaciones de diseño... 366 19.5.2 Circuito propuesto... 366 19.5.3 Etapa de generación de señal modulada... 367 19.5.4 Filtro paso alto... 371 19.5.5 Filtro paso bajo... 373 19.5.6 Detector de envolvente... 376 19.6 Material e instrumentación... 377 19.7 Verificación experimental... 378 19.7.1 Etapa generadora de señal modulada (etapa 1)... 378 19.7.2 Filtro paso alto (etapa 2)... 379 19.7.3 Sintonización de la portadora... 379 19.7.4 Filtro paso bajo (etapa 3)... 380 19.7.5 Detector de envolvente (etapa 4)... 380 20. El detector de pico de precisión... 381 20.1 Introducción... 381 20.2 Detector de pico de precisión básico... 382 20.3 Detector de pico de precisión mejorado... 387 20.3.1 Respuesta ante entradas de amplitud variable... 389 20.3.2 Respuesta con etapa de retención... 393

20.4 Material e instrumentación... 395 20.5 Verificación experimental... 396 20.5.1 Detector de pico de precisión básico... 396 20.5.2 Detector de pico de precisión mejorado... 397 20.5.3 Variante con etapa de retención... 398 Apéndices... 401 A. Material e instrumentos... 403 A.1 Introducción... 403 A.2 La placa de prototipos... 403 A.3 La fuente de alimentación... 406 A.3.1 Prestaciones y manejo... 406 A.3.2 Cableado de la fuente con una carga genérica... 407 A.3.3 Alimentación sobre la placa de prototipos... 408 A.3.4 Desacoplo de la fuente de alimentación... 411 A.4 El polímetro... 414 A.5 El generador de funciones... 414 A.6 El osciloscopio... 417 A.6.1 El osciloscopio PROMAX... 417 A.6.2 El osciloscopio HAMEG... 420 A.6.3 Sondas de medida para osciloscopio... 424 B. Código de colores y valores estándar de resistencias... 427 B.1 Código de colores... 427 B.2 Valores estándar... 428 C. Valores estándar de condensadores... 429 C.1 Valores estándar de condensadores... 429 D. Componentes. Identificación de pines y terminales... 431 D.1 Resistencias y potenciómetros... 431 D.2 Condensadores... 433 D.3 Bobinas... 433 D.4 Diodos... 434 D.5 Transistores... 435 D.6 Circuitos integrados analógicos... 436 E. Bibliografía... 439 E.1 Libros y manuales... 439 E.2 Artículos de investigación... 442 E.3 Hojas de características técnicas... 442 E.4 Enlaces web de interés... 444