Electrónica

Industriales. Circuito. Condensadores

  • Enviado por: Jesuli
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  • País: España España
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Vamos a diseñar la constante de tiempo del circuito de la figura para que presente un polo a una frecuencia de 6 KHz.

Conocemos la capacidad del condensador que es de 2.2 nF.

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Sustituyendo y despejando

Este es el valor necesario de la resistencia para que haya una ganancia de 3dB a 6KHz de frecuencia. La constante de tiempo del circuito es .

Ahora, a través del osciloscopio y el generador de funciones tomamos los datos de la tabla que aparece a continuación y los representamos en un diagrama de Bode.

f(KHz)

1.06

2.04

4.01

6.02

8.2

11.43

20.42

30.9

39.1

51.6

61.9

71.3

81.1

Vo(V)

1

0.95

0.85

0.72

0.55

0.48

0.31

0.21

0.16

0.12

0.11

0.09

0.08

Av(dB)

0.0

-0.4

-1.4

-2.9

-5.2

-6.4

-10.2

-13.6

-15.9

-18.4

-19.2

-20.9

-21.9

Desfase temporal

0

22

21

20

16

12

10

7

6

5

4

3.5

3

Desfase angular grd.

0

16

30

43

47

49

74

78

84

88

89

90

88

Los datos experimentales nos muestran que la caída de 2.9 dB ( 3 dB) se da para una frecuencia de 6.02 KHz. Para otras experiencias, con valores distintos de resistencia y condensador, puede diferir los valores de la frecuencia de corte calculada experimentalmente a la teórica. Esto se debe a las capacidades parásitas que aparecen en los aparatos empleados, su tolerancia…

Por último vamos a observar la respuesta del circuito ante una entrada cuadrada con diferentes frecuencias: mayor que la frecuencia del polo, próxima a la frecuencia del polo, y menor que ésta:

  • f<fp (T>Tp): La señal de salida sigue casi fielmente a la señal de entrada.

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  • f fp (T Tp): Ahora la salida no sigue tan fielmente a la entrada. Esto es debido a que el condensador tarda un tiempo en cargarse y en descargarse.

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  • f > fp (T<Tp): En este caso el circuito se comporta como un integrador, la señal de salida es incapaz de seguir a la de entrada.

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Primero montamos el circuito de la figura 1, con el osciloscopio medimos los valores de Vcc y VD, para calcular después los valores de VR e ID.

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Hacemos las mediciones y formamos la tabla siguiente:

VCC (v)

VD (v)

VR (v)

ID (A)

0,1

0,08

0,02

0,000

0,2

0,18

0,02

0,000

0,3

0,28

0,02

0,000

0,4

0,38

0,02

0,000

0,5

0,48

0,02

0,000

0,7

0,55

0,15

0,002

0,9

0,6

0,3

0,003

1,2

0,66

0,54

0,005

1,4

0,7

0,7

0,007

1,8

0,71

1,09

0,011

2,2

0,73

1,47

0,015

2,5

0,74

1,76

0,018

3,1

0,75

2,35

0,024

3,8

0,76

3,04

0,030

4,8

0,78

4,02

0,040

5,4

0,8

4,6

0,046

6,1

0,805

5,295

0,053

6,8

0,81

5,99

0,060

7,8

0,815

6,985

0,070

9,2

0,82

8,38

0,084

10,4

0,83

9,57

0,096

Si representamos la gráfica ID - VD, directamente con los datos obtenidos en la práctica:

Si los representamos a escala logarítmica, vemos que la gráfica del modelo batería + resistencia (explicada en clases teóricas) es muy parecida a la que nos sale en la práctica. Esto indica que es el mejor modelo.

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Podemos ajustar los datos obtenidos a la ecuación del diodo , primero hay que obtener la corriente inversa de saturación (IS) y el producto nVT.

Cogemos dos puntos de la gráfica obtenida experimentalmente

VD

ID

0.66

0.005

0.8

0.046

Por la ecuación Sacamos el valor de n=2.52. Teóricamente en el prelaboratorio nos había salido 2.72, podemos despejar también la IS=1.9 x 10-4 mA. En la teoría nos salía 3.06 x 10-4 mA.

Hacemos la representación de

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Ahora calculamos el valor de VCC para que el punto de polarización sea exactamente VD= 0.74 v e ID=15 mA.

Si contrastamos los datos teóricos a los experimentales, en la tabla de datos obtenidos vemos que para una valor de ID=15 mA y un valor de VD=0.73 v, el valor de VCC=2.2 que es aproximadamente igual al valor teórico.

Tenemos que calcular el valor de la resistencia dinámica del diodo.

Para ello tenemos en cuenta:

Teóricamente nos había salido un valor de rd=6.

Si ahora se conecta en serie con VCC una señal de alterna con una amplitud

A< 0.1 VCC, partiendo del punto de polarización vemos cuando el diodo deja de ser lineal y el modelo de pequeña señal no puede emplearse; entonces VD se distorsiona con respecto a la señal alterna de entrada.

Vamos aumentando la amplitud hasta que observamos que VD se distorsiona con respecto a la señal de entrada. La señal se distorsiona para amplitudes mayores a

También podemos observar que para puntos de polarización con VD superiores, la señal VD se mantiene sin distorsionar en un rango mayor de amplitudes, esto es debido a la forma exponencial de la curva de transferencia.

Procedemos a calcular la tensión que soporta el diodo en ese momento:

Teóricamente en el prelaboratorio nos había salido una

Para el diodo del circuito de la figura vamos a medir el voltaje umbral VT, a partir de una entrada senoidal.

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Tenemos Vi = A.sen(t), para valores menores que el voltaje umbral del diodo, éste se comportará como circuito abierto y no conducirá. Fijándonos en el gráfico que viene a continuación nos damos cuenta que podemos medir fácilmente el voltaje umbral del diodo en el osciloscopio:

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Medimos en el osciloscopio el voltaje umbral del diodo que es de 0.66v.

En la gráfica de arriba eje Y

El esquema de un regulador de voltaje es el de la figura nº2. Para caracterizarlo utilizamos los parámetros de regulación de línea y regulación de carga, los cuales vamos a determinar experimentalmente y teóricamente.

Regulación de línea: Mide como afecta la adición de un pequeño voltaje de rizado a la alimentación VCC, a la señal de salida Vo.

Una vez fijado el punto de operación, aplicando la aproximación de pequeña señal tenemos

Para hallar el valor de la regulación de línea experimentalmente, medimos en el osciloscopio los valores de Vout y Vin de pico a pico:

Regulación de carga: Mide las variaciones de tensión que provoca la adición de una resistencia RL respecto a la intensidad que circula por la misma IL.

Con el mismo punto de aplicación de antes, utilizamos la aproximación de pequeña señal. Tenemos:

; medimos con el osciloscopio Vo (con carga)=1.4V

Vo (sin carga)=1.37V

Por tanto la V=0.03

Para medir la regulación de carga experimentalmente tenemos que utilizar dos resistencias y medir las intensidades que circulan por ellas para poder aplicar:

En ésta práctica vamos a intentar encontrar las curvas características del transistor bipolar 2N2222A (BJT).

El circuito de la figura permite obtener dichas curvas:

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Para obtener dichas curvas, fijamos un valor de Vbb para que circule una corriente en la base de aproximadamente 10 A. Una vez fijado este valor, variamos el valor de la fuente Vcc, para que el voltaje colector-emisor varíe a su vez desde 0 a 10V, y medimos en cada caso la corriente que circula por el colector.

Esto lo repetimos para valores de la corriente de base de 20,30,40,50 A.

Para que circule una corriente de 10 A por la base del transistor, tiene que haber una caída de potencial en la resistencia Rb de 1.5v. El valor de Vbb es de 2.2 v

Procedemos con el osciloscopio a realizar las medidas para hallar la curva característica del transistor.

Representamos los datos en la siguiente tabla:

Vcc (voltios)

Vc (voltios)

Ic (amperios)

0,02

0,01

3,4E-05

0,05

0,03

9,1E-05

0,1

0,05

2,3E-04

0,15

0,06

4,1E-04

0,2

0,07

5,9E-04

0,3

0,10

9,1E-04

0,4

0,14

1,2E-03

0,6

0,30

1,4E-03

0,8

0,45

1,6E-03

1

0,60

1,8E-03

1,5

1,00

2,3E-03

2

1,45

2,5E-03

3

2,40

2,7E-03

4

3,38

2,8E-03

5

4,36

2,9E-03

6

5,34

3,0E-03

7

6,32

3,1E-03

8

7,30

3,2E-03

9

8,28

3,3E-03

10

9,28

3,3E-03

Ahora los cálculos los hacemos para que circule una corriente de 20 A por la base. Se tiene que dar una caída de potencial en Rb de 3V. El valor de Vbb es 3.7v

Representamos los datos en la siguiente tabla:

Vcc (voltios)

Vc (voltios)

Ic (amperios)

0,02

0,01

4,5E-05

0,05

0,02

1,4E-04

0,1

0,035

3,0E-04

0,15

0,05

4,5E-04

0,2

0,06

6,4E-04

0,3

0,075

1,0E-03

0,4

0,09

1,4E-03

0,6

0,125

2,2E-03

0,8

0,22

2,6E-03

1

0,38

2,8E-03

1,5

0,75

3,4E-03

2

1,2

3,6E-03

3

2,18

3,7E-03

4

3,16

3,8E-03

5

4,14

3,9E-03

6

5,12

4,0E-03

7

6,1

4,1E-03

8

7,08

4,2E-03

9

8,06

4,3E-03

10

9,06

4,3E-03

Ahora los cálculos los hacemos para que circule una corriente de 30 A por la base. Se tiene que dar una caída de potencial en Rb de 4.5V. El valor de Vbb es 5.2v

Representamos los datos en la siguiente tabla:

Vcc (voltios)

Vc (voltios)

Ic (amperios)

0,02

0,001

8,5E-05

0,05

0,02

1,4E-04

0,1

0,03

3,2E-04

0,15

0,04

5,0E-04

0,2

0,05

6,8E-04

0,3

0,06

1,1E-03

0,4

0,07

1,5E-03

0,6

0,09

2,3E-03

0,8

0,11

3,1E-03

1

0,14

3,9E-03

1,5

0,48

4,6E-03

2

0,9

5,0E-03

3

1,88

5,1E-03

4

2,86

5,2E-03

5

3,84

5,3E-03

6

4,82

5,4E-03

7

5,8

5,5E-03

8

6,78

5,5E-03

9

7,76

5,6E-03

10

8,76

5,6E-03

Ahora los cálculos los hacemos para que circule una corriente de 40 A por la base. Se tiene que dar una caída de potencial en Rb de 6V. El valor de Vbb es 6.7v

Representamos los datos en la siguiente tabla:

Vcc (voltios)

Vc (voltios)

Ic (amperios)

0,02

0,01

4,5E-05

0,05

0,02

1,4E-04

0,1

0,03

3,2E-04

0,15

0,035

5,2E-04

0,2

0,04

7,3E-04

0,3

0,05

1,1E-03

0,4

0,065

1,5E-03

0,6

0,09

2,3E-03

0,8

0,1

3,2E-03

1

0,125

4,0E-03

1,5

0,32

5,4E-03

2

0,7

5,9E-03

3

1,68

6,0E-03

4

2,66

6,1E-03

5

3,64

6,2E-03

6

4,62

6,3E-03

7

5,6

6,4E-03

8

6,55

6,6E-03

9

7,5

6,8E-03

10

8,5

6,8E-03

Por último, los cálculos los hacemos para que circule una corriente de 50 A por la base. Se tiene que dar una caída de potencial en Rb de 7.5V. El valor de Vbb es 8.2v

Representamos los datos en la siguiente tabla:

Vcc (voltios)

Vc (voltios)

Ic (amperios)

0,02

0,01

4,55E-05

0,05

0,015

1,59E-04

0,1

0,0225

3,52E-04

0,15

0,03

5,45E-04

0,2

0,0375

7,39E-04

0,3

0,05

1,14E-03

0,4

0,06

1,55E-03

0,6

0,07

2,41E-03

0,8

0,095

3,20E-03

1

0,1

4,09E-03

1,5

0,15

6,14E-03

2

0,48

6,91E-03

3

1,4

7,27E-03

4

2,38

7,36E-03

5

3,36

7,45E-03

6

4,34

7,55E-03

7

5,32

7,64E-03

8

6,3

7,73E-03

9

7,28

7,82E-03

10

8,28

7,82E-03

Una vez hechos todos los cálculos vamos a hacer la representación de las curvas características del transistor.

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Ahora vamos a calcular el valor del voltaje Early.Daremos un rango de valores, (que esperemos que sea una buena estimación).

Electrónica

Para el circuito de la figura, tenemos que hallar de forma experimental los valores de continua de los voltajes de los nudos S,B,C, y E, así como las corrientes que circulan por los terminales de Base, Colector y Emisor.

Electrónica

Una vez fijadas las dos fuentes de polarización, mido los voltajes con el osciloscopio, obteniendo:

VS=0 v ; VB=-0.06 v; VE=-0.68 v; VC=5.6 v

A partir de estos voltajes, puedo calcular las corrientes del emisor, base y colector.

Ahora procedemos a realizar una tabla comparando los datos teóricos a los experimentales:

Datos Teóricos

Datos experimentales

VS(v)

-6.01x10-4

0

VB(v)

-0.0617

-0.06

VE(v)

-0.772

-0.68

VC(v)

5.832

5.6

IB(mA)

5.098x10-3

5x10-3

IE(mA)

0.769

0.766

IC(mA)

0.764

0.7833

Ahora ya podemos calcular  y  :

Por último calculo los parámetros de pequeña señal que caracterizan al transistor BJT.

Electrónica

Formamos una tabla para comparar los resultados prácticos a los teóricos.

Datos Teóricos

Datos Experimentales



149.86

156.66



0.99339

0.9936

gm (mA/V)

30.5

30.2

r (K)

4.908

5.18

Ahora tenemos que conectar un rizado senoidal de aproximadamente 1 Vpp en el nudo I, superpuesto a las fuentes DC del circuito, para calcular el valor de la ganancia en voltaje.

Medimos en el osciloscopio el valor de Vo=1.1v, por tanto la ganancia en voltaje será:

Datos teóricos

Datos experimentales

v

1.04

1.1

La segunda parte de la práctica nos indica que tenemos que volver a realizar todos los cálculos, pero sustituyendo la resistencia de 120 por una de 330.

Realizamos una tabla para ver los resultados:

Datos teóricos

Datos experimentales

VS (mV)

-1.648

-2

VB (V)

-0.06323

-0.06

VC (V)

5.762

5.68

VE (V)

-0.7010

-0.68

IB (mA)

5.132x10-3

4.83x10-3

IE (mA)

0.7749

0.776

IC (mA)

0.769

0.77



0.9934

0.9937



149.84

159.0

gm (mA/V)

29.7

29.73

r (K)

5.04

5.34

v

2.557

2.6

En el circuito de la figura tenemos que hallar experimentalmente el valor de la transconductancia gm del transistor MOS.

En el montaje del circuito nuestro transistor será el circuito integrado 4007, de forma que los terminales 6,7 y 8 serán gate, bulk, drain respectivamente.

Electrónica

Tenemos que emplear dos fuentes de DC, una para V1 y otra para V2. Primero fijo V2 en 6 voltios, entonces empiezo a subir el valor de V1 para polarizar el transistor.

Cuando VDS = 5 V, en RD habrá caído 1 voltio, estaremos entonces en la zona de saturación.

Ahora con el osciloscopio medimos el valor de VB=1.7 voltios. (Éste valor no es estrictamente el valor de VB, sino el de la fuente V1. Tomamos como válido éste voltaje, ya que si medimos directamente en el nudo B, podemos introducir un error mayor por la impedancia de la sonda del osciloscopio).

Para hallar gm empleamos la aproximación de pequeña señal del circuito

La condición de polarización del circuito es , una vez polarizado el circuito meto una señal de alterna de valor de pico a pico de un voltio, de forma que: .

Ahora con el osciloscopio medimos los valores de la señal en los nudos A y Vo obteniendo: (valores de pico a pico)

VA (v)

VO (v)

0.096

0.34

Después de obtener estos resultados, vamos a calcular los valores de:

  • Transconductancia del transistor

  • 2) Voltaje umbral del transistor empleado

    Relacionando estas dos expresiones llegamos a la ecuación

    Ahora bien, tenemos que calcular el valor de I, el cual es fácil sabiendo la caída de potencial que hay entre los extremos de la resistencia RD, siendo ésta de 1v

    Finalmente con gm y VGS podemos calcular el valor de Vt:

    3) Electrónica

    Cuando el transistor se encuentra en la zona de saturación se cumple:

    Electrónica