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Universidad de Oviedo
UNIVERSIDAD DE OVIEDO
ÁREA DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
PRÁCTICAS DE LABORATORIO
ASIGNATURA: DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
1ER CURSO DE INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIÓN
PRÁCTICA 1
Guión:
• Manejo del osciloscopio
• Manejo del generador de funciones
• Montaje con diodos
• Efecto de la tensión de codo
• Comportamiento en frecuencia
Equipos usados en las prácticas de dispositivos
Osciloscopio
Generador de funciones
Fuente de alimentación
Manejo del osciloscopio
Botones
de Menú
Mandos
relacionados
con la
sincronización
Mandos
relacionados
con la escala
vertical
Mandos relacionados
con la escala horizontal
El osciloscopio es un equipo que sirve para visualizar formas de onda de
TENSIÓN de un circuito. Las formas de onda las representan en dos
ejes: el eje de abscisas representa tiempo y el eje de ordenadas
representa tensión. Las escalas de ambos ejes son modificables por el
usuario. La pantalla está dividida en cuadrículas y lo que el usuario elige
es el valor de cada una de esas cuadrículas.
Voltios
Cuadrícula
V/Div
Tiempo
Time/Div
Escala Vertical
En el osciloscopio, el usuario puede elegir el
punto donde quiere que se represente el
valor de cero voltios. Para ello, debe usarse
el cursor de posición.
Este mando activa el menú de matemáticas.
Las opciones que presenta permiten hacer
operaciones aritméticas con las formas de
onda.
Este mando muestra en pantalla el menú
correspondiente al canal 2. Además, activa o
desactiva el canal pulsándolo sucesivas veces.
Con este mando elegimos el valor de la escala
vertical de cada cuadrícula. Este valor puede
estar comprendido entre 2mV y 5V cuando la
sonda es de tipo 1:1. Si la sonda es 1:X,
estos valores se multiplican por X.
!
Es necesario informar al equipo del tipo de sonda en uso
Escala Horizontal
Con este mando puede desplazarse horizontalmente la
traza que se está representando en el osciloscopio.
Con este mando se activa el menú correspondiente a
la escala horizontal del osciloscopio.
Con este mando se selecciona el valor horizontal de cada
cuadrícula. Este valor está comprendido entre 5ns y 5s.
Sincronización de formas de onda
El osciloscopio está pensado para representar formas
de onda periódicas. Para que la imagen aparezca
representada de forma estable, el osciloscopio debe
poder tomar “instantáneas” de la forma de onda
siempre en el mismo punto. Esto se consigue con los
mandos de sincronización (TRIGGER).
Este mando fija el nivel de disparo
Este mando activa el menú del TRIGGER.
En este menú debemos seleccionar el canal que
estamos intentando sincronizar. También podemos
elegir la pendiente en la que se realizará el disparo:
positiva o negativa.
Nivel de disparo
Dos opciones:
Modo DC y Modo AC
En el menú de selección de cada canal aparece una de las opciones de
más interés del osciloscopio: el modo DC y el modo AC.
Como se ha comentado, el osciloscopio es un equipo que sirve para
representar formas de onda de un circuito. El modo DC representa las
formas de onda tal cual son, es decir, vemos la forma de onda real.
Sin embargo, el modo AC filtra la señal con lo que lo que vemos en el
osciloscopio no se corresponde totalmente con la realidad. El modo AC
elimina la componente de continua de una forma de onda.
Forma de onda real: modo DC
Forma de onda en modo AC
11
10
1
9
0
Componente de continua
-1
0
Se elimina la componente de continua
Sondas
Este osciloscopio tiene dos canales:
CH1 y CH2.
!
MUY IMPORTANTE: las masas de
ambos canales están unidas, es
decir, comparten la misma masa.
MASA
Terminal Activo
MASA
Terminal Activo
Los dos cocodrilos
deben conectarse
en el mismo punto
del circuito
DECÁLOGO BÁSICO PARA EL USO DEL OSCILOSCOPIO
1. Tener en mente la forma de onda que pretendemos visualizar
(amplitud y frecuencia)
2. Adecuar la escala horizontal y la escala vertical para poder
visualizar tres o cuatro periodos de dicha forma de onda.
3. Seleccionar el canal correspondiente a la sonda que estamos usando
4. Comprobar que el tipo de sonda es el adecuado ( 1:1, 1:10, etc)
5. En general, comprobar que la masa de la sonda está pinchada en la
masa del circuito
6. Comprobar que el canal en uso está en modo DC
7. Comprobar que el menú MATH no está activado
8. Fijar el punto de cero voltios en el lugar deseado
9. Comprobar que el TRIGGER está intentando sincronizar el canal
que estamos usando
10. Fijar el nivel de disparo en cualquier punto dentro de la forma de
onda
Manejo del generador de funciones
Valor de
continua
(OFFSET)
Selección de
la amplitud
Voltios
Amplitud
Valor de
continua
(OFFSET)
0 Voltios
Salida
Selección de
la frecuencia
Selección de la
forma de onda
tiempo
Montaje 1 a realizar:
VD
Generador de
funciones:
VR
Senoide
10V, 1kHz
Objetivo: observar las características reales de diferentes
tipos de diodos. En concreto, su tensión de codo y su
tiempo de recuperación inversa.
Diodos a utilizar:
Diodo estándar alta tensión: 1N4007
Diodo estándar de señal: 1N4148
Diodo Schottky: 11DQ10
Diodo de Germanio: AA119
Pines de un diodo:
Ánodo
Cátodo
Ánodo
Cátodo
Patillaje de un diodo LED
Ánodo
Ánodo
Cátodo
Cátodo
Valor de una resistencia:
0
1
2
3
a b c
4
5
6
7
8
9
Valor:
T
ab10 c
En el ejemplo:
T: Tolerancia
10 10 2  1000  1k
Oro ±5%
Plata ±10%
Tensión de codo real:
Generador de
funciones:
VD
VG
Senoide
10V, 1kHz
VR
Como se puede observar, se cumple: VR= VG-VD. Si el diodo fuese ideal
y la tensión de codo fuese nula, la tensión de la resistencia sería igual a
la del generador de funciones. En la realidad esto no es así y por tanto,
la tensión en la resistencia será siempre menor que la del generador.
Esto se puede observar en este montaje si vemos en el osciloscopio la
tensión VG y la tensión VR simultáneamente:
VG
VD
VR
Realizar este montaje con todos los diodos y averiguar sus tensiones de codo
Repetir las pruebas pero esta vez utilizando una senoide de 2V
Tiempo de recuperación real:
Generador de
funciones:
Onda Cuadrada
10V, 1kHz
VD
ID
VG
VR = R·ID
VG
VR
Ideal
trr
Esta forma de onda
es proporcional a la
forma de onda de la
corriente que circula
por el diodo
Realizar este montaje con todos los diodos y averiguar sus tiempos de recuperación.
En cada caso, realizar las pruebas a diversas frecuencias (entre 1kHz y 1MHz)
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS DIODOS
En la siguiente tabla se muestran las características básicas de algunos
diodos obtenidas de los catálogos suministrados por los fabricantes.
Compárense los datos obtenidos experimentalmente con los datos
teóricos.
VRRM
IF
1N4007
1000
1N4148
75
200 mA
11DQ10
100
1 A
45
35 mA
AA119
1 A
VF
tRR (ns)
0,95 V
1000
1 V
4
0,85 V
<1
PRÁCTICA 2
Guión:
• Montaje con diodos zener
• Obtención de curvas características de diodos
• Trabajo en modo XY del osciloscopio
• Curvas de diodos: standard, schottky,
germanio, zener y LED
Montaje 1 a realizar: Limitador
1k
Generador de
funciones:
Senoide
10V, 1kHz
VG
4,3 V
5,1 V
VZ
Objetivo: comprobar el funcionamiento de un diodo zener. Para ello, se
propone el montaje de la figura con dos diodos zener en antiserie.
Como se podrá comprobar con este montaje, los diodos zener van a
limitar la tensión en bornes de los mismos (VZ) al valor de su tensión
zener (más tensión de codo del otro diodo). Por tanto, a pesar de que
la fuente de tensión proporciona 10V, los diodos van a impedir que la
tensión VZ supere los 4,3 V en el semiperiodo positivo y los 5,1 V en el
negativo (aprox.).
Obténganse simultáneamente en el osciloscopio las tensiones VG y VZ
Semiperiodo
positivo
+
RDZ1
Zona
Zener
DZ1: 4,3 V
4,3 V
Polarizado
directamente
DZ2: 5,1 V
-
RD2
Real
Ideal
VZ
VD2 : 0,6 V
VZ
Montaje 2 a realizar: Limitador
1k
Generador de
funciones:
Onda Cuadrada
10V, 1kHz
VG
5,1 V
VZ
Este circuito es similar al anterior aunque en este caso, la
tensión utilizada tiene una forma de onda cuadrada.
Obténganse simultáneamente en el osciloscopio las tensiones VG y VZ
Obtención de la curva característica de un diodo
El osciloscopio muestra normalmente una forma de onda en la que
el eje X representa tiempo y el eje Y representa voltios. Sin
embargo, también puede funcionar en un modo “especial”
denominado XY. En este caso, ambos ejes representan voltios con
lo que la forma de onda no tiene una componente temporal. Este
modo de funcionamiento es muy útil para obtener las curvas
características de los semiconductores. En este montaje vamos a
obtener las curvas de varios diodos para poder compararlas.
Voltios
y
Canal 2
X-Y
x
Voltios
Canal 1
Las curvas características de los semiconductores se representan en
ejes corriente-tensión.
Corriente
VD
ID
Tensión
Como ya sabemos, el osciloscopio únicamente representa tensión por lo
que debemos implementar algún sistema para medir la corriente. El
método más sencillo es mediante una resistencia ya que como también
es sabido, la tensión en bornes de una resistencia es proporcional a la
corriente que pasa a través de ella.
Por tanto, si colocamos una resistencia en serie con el diodo y medimos
la tensión en sus bornes obtendremos una forma de onda proporcional a
la forma de onda de la corriente. Evidentemente, la constante de
proporcionalidad es el valor de la resistencia.
IR
VR
VR= R·IR
Montaje 3 a realizar: Curva característica del diodo
Generador de
funciones:
Senoide
10V, 1kHz
ID
VG
VD : Canal 1
Masa común !!
VR : Canal 2
Canal 2
X-Y
k·ID
VD
Canal 1
VR = -k·ID
!
Hay que
invertir el
canal 2
PRÁCTICA 3
Guión:
• Funcionamiento de la fuente de alimentación
• Corriente inversa de los diodos
• Efecto de la temperatura
• Uso de un LED como fotodiodo
• Uso de un LED como célula solar
Fuente de alimentación
Este equipo tiene tres fuentes de alimentación: 1 de alterna y dos
de continua. La de alterna no se utilizará en estas prácticas
Voltímetro
Fuente de
alterna
Selectores de
visualización
Cursor
Fuente 0 V-10 V
Fuente ±15 V
Fuente de alimentación
Las fuentes de tensión están activas PERMANENTEMENTE. Los
selectores de visualización simplemente conectan el voltímetro a una
fuente o a otra para poder ver su valor de tensión. Cada una de las
fuentes tiene un cursor para poder ajustar la tensión al valor deseado.
Una de las fuentes puede tomar valores comprendidos entre 0 V y 10
V. La otra es una fuente simétrica y puede tomar valores entre 0 V y
±15 V.
Conector de seguridad conectado a la carcasa !!
0
-
+
0-10 V
+
0-15 V 0-15 V
Montaje 1: Corriente inversa de un diodo
El objetivo del montaje es observar la corriente inversa en un
diodo real. Para ello vamos a realizar el siguiente montaje:
Fuente de
tensión
AA119. R= 1M
IS
1N4007. R= 10M
11DQ10. R= 10M
10 V
100 nF
R
VR = R·IS
Como se puede observar, el diodo está polarizado inversamente
y por tanto, la corriente que circulará a través de él será
únicamente la corriente de polarización inversa (IS).
Como es sabido, esta corriente es muy pequeña y por tanto, la
resistencia a utilizar para poder observar un valor de tensión
razonable debe tener un valor bastante grande (M).
El condensador de 100 nF en paralelo se utiliza para filtrar
ruidos captados por el montaje y que no se atenúan debidos al
elevado valor de la resistencia.
Montaje 2: Efecto de la temperatura sobre la corriente inversa
Objetivo: Con este montaje se pretende ver cómo influyen los cambios
de temperatura en la corriente de polarización inversa de varios diodos.
Para ello utilizaremos el montaje anterior y calentaremos el diodo
acercándole una fuente de calor. En este caso, utilizaremos una
resistencia de potencia conectada directamente a una fuente de
tensión. La potencia eléctrica disipada en la resistencia se convierte en
calor.
Fuente de
tensión 1
IS
10 V
100 nF
10
R
VR = R·IS
AA119. R= 1M
Diodos
1N4007. R= 10M
11DQ10. R= 10M
Fuente de
tensión 2
5 V
Montaje 3: Funcionamiento de un LED como fotodiodo
Objetivo: Con este montaje se pretende observar una característica
peculiar de los diodos LED. Estos son diodos emisores de luz; sin
embargo, al haber un camino directo entre el exterior (iluminado) y
el material semiconductor, se produce un efecto curioso que es el
funcionamiento del LED como fotodiodo.
Fuente de
tensión 1
10 V
Fuente de
tensión 2
LED
3 V
100 nF
R
Bombilla
Al realizar el montaje de la figura observaremos que al acercar la
bombilla al LED la tensión en la resistencia aumenta. Esto es debido a
que el LED se muestra sensible a la luz y su corriente inversa aumenta.
Montaje 4: Funcionamiento de un LED como célula solar
Objetivo: Con este montaje se pretende observar el comportamiento
“simétrico al anterior”, es decir, el funcionamiento como célula solar.
En este caso, observaremos cómo al iluminar el LED éste se convierte
en un GENERADOR de energía.
Al iluminarlo con la bombilla podremos observar una cierta tensión en
bornes de la resistencia. Nótese que en la parte izquierda del circuito
de la figura no hay absolutamente ninguna fuente de energía y sin
embargo, aparece una tensión en bornes de la resistencia.
VR
Fuente de
tensión
LED
3 V
Bombilla
PRÁCTICA 4
Guión:
• Montajes con transistores bipolares
• Uso como amplificador del transistor
Montaje 1: Conexión directa de una bombilla al generador de funciones
50
Forma de onda:
Cuadrada, 10 V, 2Hz
Generador de
funciones
10 V
7
1 V
Al realizar el montaje anterior observaremos como a pesar de que el
generador en vacío da la forma de onda adecuada, al conectarle la
bombilla, ésta no se enciende. ¿Por qué?
La clave está en la impedancia de salida del generador. Cualquier
fuente real tiene una impedancia de salida. Idealmente esta impedancia
debería ser nula, lo cual en la práctica es imposible. En este caso, la
impedancia del generador es de 50 . La bombilla tiene un equivalente
resistivo de unos 7  (en caliente). Si hacemos el cálculo veremos que
la tensión en bornes de la bombilla es del orden de 1 V, lo cual no es
suficiente para conseguir que luzca.
Montaje 2: Amplificación de la señal obtenida del generador
Objetivo: Conseguir encender y apagar una bombilla al ritmo que marca
el generador de funciones.
Como hemos visto, no podemos conseguir este efecto conectando
directamente la bombilla al generador. Por tanto, debemos amplificar la
señal que sale del mismo. Para ello utilizaremos el montaje que se
muestra en la figura. En este circuito, la señal del generador, que
entra por la base del transistor es amplificada por éste.
Fuente de
tensión
3.6 V
100
Forma de
onda:
Cuadrada, 10
V, 2Hz
BD 139
Montaje 3: Transmisión de información por medios ópticos
Objetivo: Conseguir mandar información digital entre dos circuitos
utilizando la luz.
Actualmente se está utilizando de forma muy extendida la fibra óptica
para transmitir información digital mediante la luz. Con este montaje se
pretende enviar información utilizando la luz mediante un circuito de
transmisión muy rudimentario. Aprovecharemos el efecto visto en la
práctica anterior y utilizaremos un LED como fotodiodo.
Fuente de
tensión 2
Fuente de
tensión 1
BD 138
3.6 V
10 V
100
BD 139
Forma de onda:
Cuadrada, 10 V, 2Hz
10 k
100 k
PRÁCTICA 5
Guión:
• Montajes con transistores bipolares
• Operación en zona activa
Montaje 1: Transistor bipolar en zona activa
Objetivo: Situar el punto de polarización de un transistor en zona
activa.
Para ello vamos a montar el circuito de la figura. Como se puede
observar, el transistor tiene en colector una carga fija con lo que
simplemente cambiando la corriente de base debe ser posible hacer que
opere en zona activa. Esto se logra actuando sobre el potenciómetro
del circuito de base.
1k
470 k
Fuente de
tensión
10 V
IB
VCE
10 k
Transistor bipolar en zona activa
RPOT:
IC
IB
1k
10V
IC
10 k
10V
IB 
Saturación
10V/1k
IB1
Recta de carga
IB2
(es fija en este
caso)
IB3
10V
Zona Activa
470 k
VCE
10
R POT  10 k
Cambiando el
valor de la
corriente de
base podemos
pasar de
saturación a
zona activa
Montaje 2: Paso de saturación a zona activa
Objetivo: Conseguir que un transistor bipolar pase alternativamente de
saturación a zona activa.
Como se puede observar, el transistor T1 tiene una corriente de base
fija (10V/100k). Sin embargo, tiene en el colector un condensador que
irá cambiando de tensión. T2 tiene ese mismo condensador en colector
y su corriente de base la controlaremos mediante el generador de
funciones.
T1: BD138
10V
100k
10k
100nF
V1
T2:
BD139
VG
Forma de onda cuadrada.
1kHz, Tensión variable
Mostrar simultáneamente en el osciloscopio las tensiones V1 y VG
PRÁCTICA 6
Guión:
• Montajes con transistores bipolares
• Circuitos para mejorar la conmutación
• Construcción de una célula de memoria
Montaje 1: Conmutación de un transistor bipolar
Objetivo: Comprobar cómo el manejo de la corriente de base es crítico
en la conmutación del transistor. Se realizarán 4 montajes para
comprobar como diferentes circuitos de base obtienen diferentes
comportamientos.
El circuito menos eficiente es el que se muestra en la siguiente figura.
En este caso, el diodo impide que haya corriente saliente por la base
del transistor, lo que equivale a dejarla al aire.
Observar simultáneamente las tensiones V1 y VCE para ver el retraso
entre la orden de corte dada por el generador y el corte efectivo de la
corriente de colector.
1k
1N4148
5V, 20 kHz
5V
10k
VCE
V1
Formas de onda del circuito
V1
5 V
VCE
Corte
5 V
Saturación
Saturación
Retraso
Idealmente el
transistor dejaría de
conducir en este punto
Instante en el
que el bipolar
entra en corte
Sin embargo, el
transistor no
reacciona hasta
este instante
Montaje 2: Conmutación de un transistor bipolar
Con este circuito se permite la circulación de corriente negativa por la
base del transistor. Esto facilita la extracción de portadores
minoritarios de la base y por tanto agiliza la conmutación de conducción
a corte.
1k
10k
5V, 20 kHz
V1
5V
VCE
Montaje 3: Mejora de la conmutación de un transistor bipolar
En este circuito se ha añadido un condensador en el circuito de base
con el fin de imponer una tensión negativa en la unión base-emisor en el
momento del corte. De esta forma se facilita la polarización inversa de
la unión y por tanto el corte se produce más rápidamente. Este circuito
es interesante cuando no se dispone de una tensión negativa para el
manejo del transistor.
4.7nF
5V
0-5V, 20 kHz
V1
1k
4.7k
4.7k
VCE
Montaje 3: Mejora de la conmutación de un transistor bipolar.
Antisaturación
El circuito que se muestra en la figura es un circuito de antisaturación. El diodo de germanio colocado en paralelo con la unión
colector-base hace que el transistor no pueda en ningún caso trabajar
en una zona de fuerte saturación, ya que lo impide el bajo valor de la
tensión de codo del diodo de germanio (menor que la tensión de codo de
las uniones de silicio). De esta forma, al no estar el transistor
totalmente saturado, la salida de conducción es mucho más rápida.
AA119
1k
5V
5V, 20 kHz
V1
10k
VCE
Montaje 4: Célula de memoria construida a base de transistores.
Objetivo: Construir una célula de memoria utilizando transistores
bipolares.
Dado que el transistor bipolar puede operar en distintas zonas, es
posible construir una célula de memoria que mantenga un bit de
información o, lo que es lo mismo, que pueda permanecer en saturación
o corte de forma indefinida. Cada uno de estos dos estados simbolizará
un “1” lógico o un “0” lógico.
1k
“0” lógico
10k
10k
1k
10 V
“1” lógico
Actuadores para grabar un “1” o un “0”: Cortocircuitando
el contacto grabamos la información. Aunque soltemos el
actuador, la información se mantiene: MEMORIA.
PRÁCTICA 7
Guión:
• Montajes con MOSFET
• Manejo de la puerta de un MOSFET
• Driver para MOSFETs
• Inversor digital con tecnología MOSFET
Montaje 1: Manejo de la puerta de un MOSFET
Objetivo: Ver como el manejo de la tensión puerta-fuente de un
MOSFET afecta significativamente a su funcionamiento.
Para ello, enviaremos pulsos a la puerta del MOSFET desde el
generador de funciones, interponiendo entre ambos un potenciómetro.
Al observar simultáneamente los pulsos del generador y la tensión
drenador-fuente veremos como al aumentar la resistencia se deteriora
la conmutación del MOSFET. Si a continuación colocamos un
condensador en paralelo con la puerta, veremos como la conmutación
empeora aún más.
10 V,
5kHz
1k
15 V
1k
VG
VDS
1k
10 V,
5kHz
15 V
1k
VDS
VG
10nF
Montaje 2: Driver para un MOSFET
Objetivo: Montar un circuito que consiga manejar eficientemente la
puerta del MOSFET (driver).
Para ello se monta un circuito con transistores bipolares como el de la
figura (etapa complementaria). Este driver amplifica la corriente de la
señal del generador consiguiendo cargar y descargar la capacidad de
puerta del MOSFET adecuadamente.
15 V
1k
BD139
1k
10 V,
5kHz
15 V
VDS
VD
VG
BD138
10nF
Montaje 3: Inversor digital con tecnología MOSFET
Objetivo: Construir un circuito inversor con transistores MOSFET.
Obsérvese como la tensión de salida VS está invertida respecto a VG.
Además, podemos variar la tensión de la fuente y observar el efecto
sobre VS
Canal P
0-10 V, 2 kHz
VS
VG
Canal N
8 V –12 V