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CENTRO DE ENSENANZA TECNICA INDUSTRIAL
División de Electrónica.
GuíadePracticas
ElectrónicaIII
ELECTRONICA III
Guía de Practicas
Desarrollado por:
FAVIO MURILLO GARCIA
IVAN ALEJANDRO SALAS DURAZO
i
Tabla de contenido
PRACTICA
1:
AMPLIFICADOR
EC-EC.
PRACTICA
2:
A M P L I F I C A D O R
PRACTICA
3:
OPAMP
PRACTICA
4:
OSCILADOR
CAMBIO
DE
FASE.
PRACTICA
5:
OSCILADOR
PUENTE
DE
WIEN.
PRACTICA
6:
OSCILADOR
COLPITTS.
PRACTICA
7:
OSCILADOR
HARTLEY.
PRACTICA
8:
OSCILADOR
DE
PRACTICA
9:
LIMITADORES
PRACTICA
10:
CIRCUITOS
PRACTICA
11:
MV.
BIESTABLE
Y
PRACTICA
12:
MV.
ASTABLE
SCHMITT
E C - E C
R E T R O A L I M E N T A D O .
RETROALIMENTADO.
CRISTAL.
Y
RECORTADORES.
FIJADORES.
Y
MONOESTABLE.
TRIGGER.
Practica
1
Amplificador EC- EC.
Objetivos.
Medir y comprobar la ganancia de voltaje y corriente en un
circuito en cascada EC-EC. Así como las impedancias de
entrada y salida.
Investigación teórica (Resumen).
Investigar en la bibliografía proporcionada los siguientes temas:
1.- Amplificadores en cascada.
2.- Configuración EC-EC.
3.- Tipos de acoplamiento.
Desarrollo Teórico.
Obtener:
1. Circuito equivalente a C.A.
2. Circuito equivalente híbrido.
3. Analizar el equivalente híbrido y determinar la ecuación de la
ganancia de voltaje, corriente y la impedancia de entrada y
salida.
2
4. Diseñar cada etapa para que el punto de operación se localice
máxima variación simétrica para ambas etapas.
5. Realizar el cálculo de Av, Ai, Zi, Zo.
6. Realizar la simulación electrónica del amplificador para obtener
las formas de onda esperadas (Vo vs Vi).
Desarrollo practico.
Redactar los pasos necesarios para llevar a cabo las siguientes
actividades:
1. Medir el punto Q en ambas etapas.
2. Medir Vi, Vo, Ii, Io.
3. Obtener los valores de Av, Ai, Zi, Zo.
4. Realizar una tabla comparativa entre los valores calculados
teóricamente y los medidos, verificar que sean aproximados.
5. Graficar Vo vs Vi.
Conclusiones.
Se debe dar respuesta a las siguientes cuestiones:
1.- ¿Como es la amplitud de la señal de salida con respecto a
la señal de entrada? ¿Puede ser mayor la amplitud de la señal
de salida que la de entrada? ¿Por qué?
2.- ¿La fase de la señal de salida es diferente con respecto a la
fase de la señal de entrada? ¿Siempre hay defasamiento?
¿Que elementos provocan este fenómeno?
3.- ¿La frecuencia de la señal de salida difiere de la frecuencia
de la señal de entrada? ¿Por qué?
3
4.- ¿Qué tan diferentes son los valores calculados de los
medidos? ¿Existe saturación de la señal de salida? ¿Por qué?
Equipo.
1. Osciloscopio.
2. Generador de funciones.
3. Multimetro.
4. Fuente de voltaje.
Material.
1.- Componentes calculados en el desarrollo teórico.
4
Practica
2
Amplificador EC- EC
retroalimentado.
Objetivos.
Medir y comprobar la ganancia de voltaje y corriente en un
circuito en cascada EC-EC retroalimentado. Así como las
impedancias de entrada y salida.
Investigación teórica (Resumen).
Investigar en la bibliografía proporcionada los siguientes temas:
1.- Defina que es retroalimentación.
2.- Tipos de retroalimentación.
3.- Características de la retroalimentación positiva y negativa.
Desarrollo Teórico.
Obtener:
1. Circuito equivalente a C.A.
2. Circuito equivalente híbrido.
5
3. Analizar el equivalente híbrido y determinar la ecuación de la
ganancia de voltaje, corriente y la impedancia de entrada y
salida.
4. Diseñar cada etapa para que el punto de operación se localice
máxima variación simétrica para ambas etapas.
5. Realizar el cálculo de Av, Ai, Zi, Zo.
6. Realizar la simulación electrónica del amplificador para obtener
las formas de onda esperadas (Vo vs Vi).
Se propone experimentar el siguiente circuito:
Análisis del circuito sin retro
R11 = R21 = 3.3 KΩ
R12 = R22 = 15 KΩ
Re1 = Re2 = 130Ω
Rc1 = Rc2 = 680Ω
Rl = 1KΩ
Icq 1 = Icq 2 = 10 mA
Vceq 1 = Vceq 2 = 4 V
hfe 1 = hfe 2 = 200
La ganancia de voltaje total
Av t = Av1 * Av2
La ganancia de voltaje de la segunda etapa Av1
RB1 = R11 / R12 = RB 2 = R21 // R22
Zi 2 = RB 2 // hie 2
6
Vo 1 = ( -hfe 1 * Ib 1 ) ( Rc 1 // Zi 2 )
Av 1 = Vo 1
Vi
Vi = ( Ib 1 * hie 1 )
Av 1 = ( - hfe * Ib 1 ) ( Rc 1 // Zi 2 ) = -hfe 1 ( Rc 1 // Zi 2 )
( Ib 1 * hie 1 )
hie 1
RB = 3.3K // 15 K = 2.7 KΩ
hie 1 = hie 2 = hfe * 25 mV = 500 Ω
Zi 2 = ( 27 K // 500 ) = 421 Ω
Avi = ( -200 ) ( 680 // 421 ) = -104
500
La ganancia de voltaje de la 2° etapa Av 2
Vo 2 = (-hfe Ib 2 ) ( Rc 2 // Rl )
Av 2 = Vo 2
Vo 1
Vo 1 = ( Ib 2 * hie 2 )
Av 2 = (-hfe Ib 2 ) ( Rc 2 // Rl ) = -hfe ( Rc 2 // Rl )
( Ib 2 * hie 2 )
hie 2
Av 2 = -200 ( 680 // 1000 ) = -162
500
Avt = Av 1 * Av 2 = ( -104 ) ( -162 ) = 16848
Zi = ( Rb 1 // hie 1 ) = ( 2.7 K // 500 ) = 421 Ω
Zo = Rc 2 = 680 Ω
7
Análisis del circuito con retro S-P
Suponiendo:
R1 = 100 Ω
R2 = 4.7 KΩ
β = ___R1___ = 0.0208
R1 + R2
La ganancia de la 1° etapa Av 1
hie 1 = Vt hfe
Icq
RB 1 = R11 // R12
R´= ( R1 // R2 ) ( 1+ hfe )
R´= ( 100 // 4.7 K ) ( 1 + 200 ) = 19.68 KΩ
Av 1 = Vo 1 = ( -hfe Ib ) ( Rc 1 // Zi 1 ) = -hfe ( Rc 1 // Zi 2 ) = -2.57
Vi
Ib ( hie + R´)
( hie 1 + R´)
8
La ganancia de la 2° etapa
Av 2 = ( -hfe Ib 2 ) ( Rc 2 // ( R1 + R2 ) // Rl )
Ib 2 hie 2
Av 2 = -hfe ( Rc 2 // ( R1 + R2 ) // Rl )
hie 2
Av 2 = -149
Avt = ( Av 1 * Av 2 ) = ( -2.57 ) ( -149 ) = 382.93
Avf = __Avt___ = 43
1 + β Avf
Diferencia de 5
Avf ≈ _1_ = ___1___ = 48
β
0.0208
Av´ =_ Av Req_ = 16848 ( 827 ) = 9245.7
Req + Zo
(827 + 680 )
Como Av = 16848 y Req = ( R1 + R2 ) // Rl
Req = 827 Ω
Avf = ___Av´___ = __ 9245__ = 47.8
1 + β Av´
1 + 192.3
⇒ Semejante a los otros
dos procedimientos
Zif = Zi ( 1 + β Av´t )
Zif = 421 ( 1 + 0.208 ( 375 ) ) = 3704 Ω
Zof = ____Zo____
1 + β Av´t
Zof = _______680_______ = 77.27 Ω
1 + ( 0.0208 * 375 )
9
Desarrollo practico.
Redactar los pasos necesarios para llevar a cabo las siguientes
actividades:
1. Medir el punto Q en ambas etapas.
2. Medir Vi, Vo, Ii, Io.
3. Obtener los valores de Av, Ai, Zi, Zo.
4. Realizar una tabla comparativa entre los valores calculados
teóricamente y los medidos, verificar que sean aproximados.
5. Realizar una tabla comparativa entre el amplificador EC-EC
a lazo abierto y el retroalimentado.
6. Graficar Vo vs Vi.
Conclusiones.
Se debe dar respuesta a las siguientes cuestiones:
1.- ¿Como es la amplitud de la señal de salida con respecto a
la señal de entrada? ¿Puede ser mayor la amplitud de la señal
de salida que la de entrada? ¿Por qué?
2.- ¿La fase de la señal de salida es diferente con respecto a la
fase de la señal de entrada? ¿Siempre hay defasamiento?
¿Que elementos provocan este fenómeno?
3.- ¿La frecuencia de la señal de salida difiere de la frecuencia
de la señal de entrada? ¿Por qué?
4.- ¿Qué tan diferentes son los valores calculados de los
medidos? ¿Existe saturación de la señal de salida? ¿Por qué?
5.- ¿Cuáles son las ventajas de la retroalimentación?
10
Equipo.
5. Osciloscopio.
6. Generador de funciones.
7. Multimetro.
8. Fuente de voltaje.
Material.
1.- Componentes calculados en el desarrollo teórico.
11
Practica
3
Amplificador Operacional
retroalimentado.
Objetivos.
Medir y comprobar la ganancia de voltaje de un amplificador
operacional retroalimentado.
Investigación teórica (Resumen).
Investigar en la bibliografía proporcionada los siguientes temas:
1.- Defina que es un OPAMP.
2.- Tipos de retroalimentación empleada con OPAMP.
3.- Conexión S-S, S-P, P-P, P-S.
Desarrollo Teórico.
Obtener:
1. Diseñar un amplificador con retroalimentación: S-S, S-P, P-P,
P-S empleando un OPAMP.
2. Realizar el cálculo de Av.
3. Realizar la simulación electrónica del amplificador para obtener
las formas de onda esperadas (Vo vs Vi).
12
Se propone considerar el siguiente análisis:
RETRO S-P ( RETRO DE VOLTAJE NO INVERSOR )
R1 y R2 ⇒ elementos de retro
* Con la retro S-P el amplificador operacional se comporta como un
amplificador de voltaje con Zi⇒∞ y Zo⇒0
* La retro se hace a través del divisor de voltaje que forman R1 y R2,
tomando una muestra de voltaje que es proporcional a la señal de
salida.
* La diferencia entre el voltaje de entrada y el voltaje de retro se
denomina voltaje de error. Expresado como:
Verror = V1 - V2
Este voltaje se amplifica y se obtiene el voltaje de salida
Vo = A ( Verror )
ECUACIONES DEL CIRCUITO
El factor de retro β
βVo = UR2 ⇒ βVo = __Vo R2__ ⇒ βVo = ___R2___
R1 + R2
Vo R1 + R2
β = ____R2____
R1 + R2
13
La ganancia de lazo cerrado ALC
-El voltaje de retro
URl = V2 = βVo
-El voltaje de error
Verror = U2 - U1
⇒ Verror = Vi - βVo
-El voltaje de salida
Vo = ALA ( Verror )
Sustituyendo Verror
Vo = ALA ( Vi - βVo )
Vo = ALA Vi - ALA βVo
Vo + ALA βVo = ALA Vi
Vo ( 1 + ALA βVo ) = ALA VI
Vo =____ALA______ = ALC
Vi
1 + β ALA
Si en la ecuación anterior ALA β >> 1
ALC = __ALA = 1
ALA β
β
La ganancia en función de los elementos de retro
Como ALC = 1 y β = __R2___
β
R1 + R2
ALC = R1 + R2 = R1 + 1
R2
R2
La impedancia de entrada
Zif = Zi ( 1 + β ALA )
La impedancia de salida
Zof = _____Zo____
1+ β ALA
14
RETRO S-S ( RETRO DE CORRIENTE NO INVERSORA )
* La retro se hace a través de Rf tomando un voltaje y
retroalimentándolo a la entrada inversora
* Con este tipo de retro el circuito se comporta como un convertidor
perfecto de voltaje a corriente con Zi ⇒∞ y Zo ⇒∞
ECUACIONES DEL CIRCUITO
El factor de retro
β Vo = V2
⇒ βVo =__Vo Rf__
Rf + Rl
∴ β = ___Rf____
Rf + Rl
La relación Io / Vi
La corriente de salida
Io =___Vo____
Rl + Rf
El voltaje de salida
Vo = ALC Vi
Sustituyendo Vo en la ecuación de Io
Io = ALC Vi
Rl + Rf
⇒
como ALC = 1
β
y
Io = ___ALC____
Vi
Rl + Rf
β = Rf + Rl
Rf
15
Io = _1_ = gm
Vi Rf
gm = _1_ , Siemens
Ω
RETRO P-P ( RETRO INVERSORA DE VOLTAJE )
* Con este tipo de retro el circuito se comporta como un convertidor
perfecto de corriente a voltaje con Zi ⇒ 0 y Zo ⇒ 0
* La señal de retro se hace a través de Rf a la entrada inversora
ECUACIONES DEL CIRCUITO
β Io = Vo como Vo = Io Rl
Rf
βIo = Io Rl
Rf
⇒ β Io = _Rl
Io
Rf
∴
De la ganancia de lazo cerrado
ALC = 1 = ___1___ = Rf
β
_Rl
Rl
Rf
ALC = Rf
Rl
16
β = Rl
Rf
La relación de conversión Vo / Io
El voltaje de salida
Vo = ALA ( Verror )
∴
Verror = __Vo__
ALA
El voltaje de salida también se puede expresar como
Vo = Ii Rf - Verror
Vo - Ii Rf + Verror = 0
como Verror = Vo
ALA
Vo - Ii Rf + Vo
ALA
factorizando Vo
Vo ( 1 + ( 1/ ALA ) ) - Ii Rf = 0
( Vo ) ALA + 1 - Ii Rf = 0
ALA
( Vo ) ALA + 1 = Ii Rf
ALA
Como ALA >> 1
Vo ALA = Ii Rf
ALA
Vo = Rf
Ii
RETRO P-S ( RETRO INVERSORA DE CORRIENTE )
17
* Con esta retro el circuito se comporta como un amplificador perfecto
de corriente con Zi ⇒ 0 y Zo ⇒ ∞
* La retro se hace a través del divisor de corriente que forman R1 y R2
donde la corriente en R1 se retroalimenta a la entrada inversora.
ECUACIONES DEL CIRCUITO
El factor de retro β
β Io = Ir1
β Io = __Io R2__
R1 + R2
⇒ β Io = ____R2____
Io
R1 + R2
β = ___R2___
R1 + R2
La ganancia de lazo cerrado
ALC = 1 =_____1_____ = R1 + R2 = R1 + R2
β
__R2___
R2
R2 R2
R1 + R2
ALC = Io = R1 + 1
Ii
R2
COMPARACIÓN DE CARACTERÍSTICAS DE LA RETRO NEGATIVA EN AMPLIFICADORES
OPERACIONALES
Retro
Otro
nombre
Aplicación
Parámetro
de salida
S-P
Retro no inversora de
voltaje
Amplificador de voltaje
Voltaje de salida
S-S
Retro no inversora de
corriente
Retro inversora de voltaje
Convertidor de voltaje a
corriente
Convertidor de corriente a
voltaje
Amplificador de corriente
Corriente de salida
P-P
P-S
Retro inversora de
corriente
18
Voltaje de salida
Corriente de salida
Desarrollo practico.
Redactar los pasos necesarios para llevar a cabo las siguientes
actividades:
1. Medir Vi, Vo.
2. Obtener los valores de Av.
3. Realizar una tabla comparativa entre los valores calculados
teóricamente y los medidos, verificar que sean aproximados.
4. Graficar Vo vs Vi.
Conclusiones.
Se debe dar respuesta a las siguientes cuestiones:
1.- ¿Como es la amplitud de la señal de salida con respecto a
la señal de entrada? ¿Puede ser mayor la amplitud de la señal
de salida que la de entrada? ¿Por qué?
2.- ¿La fase de la señal de salida es diferente con respecto a la
fase de la señal de entrada? ¿Siempre hay defasamiento?
¿Que elementos provocan este fenómeno?
3.- ¿La frecuencia de la señal de salida difiere de la frecuencia
de la señal de entrada? ¿Por qué?
4.- ¿Qué tan diferentes son los valores calculados de los
medidos? ¿Existe saturación de la señal de salida? ¿Por qué?
19
Equipo.
1. Osciloscopio.
2. Generador de funciones.
3. Multimetro.
4. Fuente de voltaje.
Material.
1.- Componentes calculados en el desarrollo teórico.
20
Practica
4
Oscilador Cambio de Fase.
Objetivos.
Comprobar el funcionamiento de un oscilador cambio de
fase observando la señal de salida.
Investigación teórica (Resumen).
Investigar en la bibliografía proporcionada los siguientes temas:
1.- Características y circuito básico de un oscilador cambio
de fase.
2.- Diseño y funcionamiento de un oscilador cambio de fase.
3.- Aplicaciones de un oscilador cambio de fase.
Desarrollo Teórico.
Obtener:
1. Diseñar un oscilador cambio de fase.
2. Realizar el cálculo de Fo.
3. Realizar la simulación electrónica del oscilador para obtener las
formas de onda esperadas (Vo).
21
Análisis para determinar la ecuación para fo y la ganancia
mínima que deberá tener el amplificador
Definimos
Z1 = _1_
jWc
; Z2 = R
I1, I2, I3 Corrientes de malla
Para encontrar el voltaje de retro Eg se determina I3, ya que Z3I3 = Eg
-----Ecuaciones de cada malla----Para la malla 1
Av Eg = I1Z1 + I1Z2 - I2Z0 + 0
Av Eg = Y1 ( Z1 + Z2 ) - I2Z2 + 0
⇒ ecuación 1
Para la malla 2
0 = I2Z1 + I2Z2 + I2Z2 - I1Z2 - I3Z2
0 = -I1Z2 + Y2 ( Z1 + 2Z2 ) - I3Z2
⇒ ecuación 2
Para la malla 3
0 = I3Z1 + I3Z2 + I3Z2 - I2Z2 + 0
⇒ ecuación 3
0 = -I2Z2 + Y3 ( Z1 + 2Z2 )
22
-----Sistema de ecuaciones----Av Eg = Y1 ( Z1 + Z2 ) - I2Z2 + 0
0 = -I1Z2 + Y2 ( Z1 + 2Z2 ) - I3Z2
0 = -I2Z2 + Y3 ( Z1 + 2Z2 )
ecuación 1
ecuación 2
ecuación 3
Para determinar I3 = ∆ I = _determinante de I3_
∆ S determinante general
∆I 3 =
Z1 + Z2
-Z2
Av Eg
-Z2
Z1 + 2Z 2
0
0
-Z2
0
Z1 + Z2
-Z2
Av Eg
-Z2
Z1 + 2Z 2
0
Z1 + Z2
-Z2
0
-Z2
Z1 + 2Z2
-Z2
0
-Z2
Z1 + 2Z2
Z1 + Z2
-Z2
0
-Z2
Z1 + 2Z2
-Z2
∆I3 = ( Z2 )2 Av Eg
∆I3 = Z2 2 Av Eg
∆S =
∆S = [ (Z1 + Z2) ( Z1 + 2z2 )2
] - [ ( Z2 )2 ( Z1 + 2Z2 ) + ( Z1 + Z2 ) ( Z2 )2 ]
∆S = [ ( Z1 + Z2 ) ( Z12 + 4Z1 Z2 + 4Z22 ) ] ∆S =
( Z1 Z22 + Z1Z22 + Z23 )
Z13 + 4Z12 Z2 + 4Z1 Z22 + Z12 Z2 + 4Z1 Z22 + 4Z3 - Z1 Z22 - 2Z23 - Z1 Z22 -Z23
23
∆S
= Z13 5Z12 Z2 + 6Z1Z22 + 2Z23
I3 = ________Z22 Av Eg___________
Z13 5Z12 Z2 + 6Z1Z22 + 2Z23
Eg = ______ Z2 Z22 Av Eg________ = _______ Av Eg Z23__________
Z13 5Z12 Z2 + 6Z1Z22 + 2Z23
Z13 5Z12 Z2 + 6Z1Z22 + 2Z23
Dividiendo entre Z23
Av = 1 + 6 Z1 + 5 Z12 + Z13
Z2
Z22
Z23
si Z1 __1__
jWc
y Z2 = R
y α = Z1
Z2
Av = 1 + 6α + 5α 2 + α3
Av = 5α 2 + 1
parte real
+ α3 + 6 α
parte imaginaria
Para determinar fo consideramos la parte imaginaria y la
igualamos a cero ya que a la frecuencia de oscilación no deberá
existir defasamiento
α3 + 6α = ; como = Z1 = 1/ jWc = __ 1__
Z2
R
jWc R
__1__ 3 + 6 ___1__ = 0
jWc R
 jWc R
24
-1  __ 1_  3 + __ 6__ = 0
 j   Wc R
jWc R
__1__ 3 = __6__
Wc R
Wc R
⇒
6 = Wc R  __1__ 3
 Wc R
6 = __1__ 2
Wc R
( 6 ) ½ = __1__ ⇒
Wc R
W = _____ 1____
(6)½ RC
Como Wo = 2π
π fo
fo = ______1______
2π ( 6 ) ½ R C
ecuación general para la malla
con resistencias a tierra
ecuación general para la malla
con condensadores a tierra
fo = __( 6 ) ½ __
2π R C
Para determinar la ganancia
consideramos la parte real
Av = 5 2 + 1
Av = 5 __1__  2 + 1
 jWCR 
como j2 = -1 y
__1__ 2 = 6
W RC
25
mínima
del
amplificador
Av = -5 ( 6 ) +1
Av = -30 + 1
Av = -29
Malla con resistencias a tierra con elementos discretos
Malla con condensadores a tierra con elementos discretos
26
Malla con condensadores a tierra con elementos activos
Malla con resistencias a tierra con elementos activos
Desarrollo practico.
Redactar los pasos necesarios para llevar a cabo las siguientes
actividades:
1. Medir Vo.
2. Medir Fo.
3. Realizar una tabla comparativa entre los valores calculados
teóricamente y los medidos, verificar que sean aproximados.
4. Graficar Vo.
27
Conclusiones.
Se debe dar respuesta a las siguientes cuestiones:
1.- ¿La señal de salida es completamente senoidal? ¿Por qué?
2.- ¿La señal de salida oscila a la frecuencia calculada?
3.- ¿Qué tan diferentes son los valores calculados de los
medidos? ¿Por qué?
Equipo.
1. Osciloscopio.
2. Multimetro.
3. Fuente de voltaje.
Material.
1.- Componentes calculados en el desarrollo teórico.
28
Practica
5
Oscilador Puente de Wien.
Objetivos.
Comprobar el funcionamiento de un oscilador puente de
Wien observando la señal de salida.
Investigación teórica (Resumen).
Investigar en la bibliografía proporcionada los siguientes temas:
1.- Características y circuito básico de un oscilador puente de
Wien.
2.- Diseño y funcionamiento de un oscilador puente de
Wien.
3.- Aplicaciones de un oscilador puente de Wien.
Desarrollo Teórico.
Obtener:
1. Diseñar un oscilador puente de Wien.
2. Realizar el cálculo de Fo.
3. Realizar la simulación electrónica del oscilador para obtener las
formas de onda esperadas (Vo).
29
Análisis para determinar la ecuación para la frecuencia de
oscilación ( fo ) y el valor de la ganancia mínima que debe tener
el amplificador.
La malla de retro
definiendo el factor de retro
β = _V2_
V1
Por divisores de voltaje
V2 = _V1 Zp_
V2 Zp
Las impedancias Zs y Zp
Zs = R1 + Xc1 = R1 - jXc1
Zp = R2 // Xc2 = _ -jXc2 R2_
-jXc2 + R2
Sustituyendo Zp y Zs en la ecuacion de β
β= __zp___
Zs + Zp
=
__ -jXc2 R2___
______ R2 - jXc2_________
( R1 - jXc1 ) - jXc2 R2__
R2 - jXc2
Resolviendo el denominador
R1 - jXc1 - _jXc2 R2_ = ( R1 - jXc1 ) ( R2 - jXc2 ) - jXc2 R2
1
R2 - jXc2
R2 - jXc2
30
= R1 R2 - jXc2 R1 - jXc1 R2 - Xc1 Xc2 - jXc2 R2
R2 - jXc2
- jXc2 R2
β = ____________jXc2- R2_________________________
R1 R2 - jXc2 R1 - jXc1 R2 - Xc1 Xc2 - jXc2 R2
R2 - jXc2
β = _______________- jXc2 R2_______________________
R1 R2 - Xc1 Xc2
- jXc2 R1 - jXc1 R2 - jXc2 R2
Parte real
Parte imaginaria
Para determinar la ecuación para la frecuencia de oscilación ( fo )
tomamos la parte real y la igualamos a cero ya que el criterio de
fase establece que a la fo existirá un defasamiento de 0º de la
señal.
∴ R1 R2 - Xc1 Xc2 = 0
R1 R2 = Xc1 Xc2
R1 R2 = _ 1___ * __1__
Wo C1 Wo C2
Wo = 2 π fo
R1 R2 =____1____
Wo 2 C1 C2
fo 2 =_________1_________
( 2 π ) 2 C1 C2 R1 R2
fo =________ 1___________
( 2 π ) ( C1 C2 R1 R2 ) ½
Fórmula general
31
Si C1 = C2 = C
y
R1 = R2 = R
∴ fo = _____1________
2π ( C 2 R 2 ) ½
fo = ___1___
2π
π R C
CIRCUITO OSCILADOR PUENTE DE WIEN CON ELEMENTOS
DISCRETOS Y CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL
En el circuito R2 no se pone físicamente sino que se considera la impedancia de entrada
( Zi = Rb1 // hie1 )
Ra y Rb ⇒ retro negativa
R1 C1 y R2 C2 ⇒ retro positiva
32
R3 y R4 ⇒ retro negativa
R1 C1 y R2 C2 ⇒ retro positiva
Para determinar la ganancia mínima tomamos parte imaginaria y
tomando el criterio de fase y el de magnitud β A =1 ∴ A = 1 / β
como
β = _________Xc2 R2_________
jXc2 R1 - jXc1 R2 - jXc2 R2
A = jXc2 R1 - jXc1 R2 - jXc2 R2
Xc2 R2
A = jXc2 R1 - jXc1 R2 - jXc2 R2 = R1 + Xc1 + 1
Xc2 R2 Xc2 R2 Xc2 R2
R2 + Xc2
Si
R1 = R2
y
Xc1 = Xc2
Amin = 1+1+1 = 3
Amin = 3
33
Desarrollo practico.
Redactar los pasos necesarios para llevar a cabo las siguientes
actividades:
1. Medir Vo.
2. Medir Fo.
3. Realizar una tabla comparativa entre los valores calculados
teóricamente y los medidos, verificar que sean aproximados.
4. Graficar Vo.
Conclusiones.
Se debe dar respuesta a las siguientes cuestiones:
1.- ¿La señal de salida es completamente senoidal? ¿Por qué?
2.- ¿La señal de salida oscila a la frecuencia calculada?
3.- ¿Qué tan diferentes son los valores calculados de los
medidos? ¿Por qué? ¿Cuál es el rango de frecuencias en el
que operan los osciladores RC?
Equipo.
1. Osciloscopio.
2. Multimetro.
3. Fuente de voltaje.
Material.
1.- Componentes calculados en el desarrollo teórico.
34
Practica
6
Oscilador Colpitts.
Objetivos.
Comprobar el funcionamiento de un oscilador Colpitts
observando la señal de salida.
Investigación teórica (Resumen).
Investigar en la bibliografía proporcionada los siguientes temas:
1.- Características y circuito básico de un oscilador Colpitts.
2.- Diseño y funcionamiento de un oscilador Colpitts.
3.- Aplicaciones de un oscilador Colpitts.
Desarrollo Teórico.
Obtener:
1. Diseñar un oscilador Colpitts.
2. Realizar el cálculo de Fo.
3. Realizar la simulación electrónica del oscilador para obtener las
formas de onda esperadas (Vo).
35
ANALISIS GENERAL DE LOS OSCILADORES LC
Representación a bloques
Circuito equivalente
Del circuito equivalente
La ganancia sin retro
A = Vo
Vi
Vo = ( - Av Vi ) ( ZL )
ZL + Zo
Vo = _-Av ZL_ = A
Vi
ZL + Zo
ZL = ( Z1 + Z3 ) // Z2 = ( Z1 + Z3 ) Z2
Z1 + Z2 + Z3
El factor de retro: el voltaje de retro es UZ1
βVo = UZ1
36
β Vo =_Z1 Vo_
Z1+ Z3
β = ___Z1___
Z1 + Z3
⇒
Haciendo el producto βA
Como __-Av ZL__
ZL + Zo
=
A
Sustituyendo ZL
Z1 Z2 + Z2 Z3
A = - Av Z1 + Z2 + Z3 
Z1 Z2 + Z2 Z3
Z1 + Z2 + Z3  + Zo
Y β = ___Z1___
Z1 + Z3
Aβ =
Z1 Z2 + Z2 Z3
- Av Z1 + Z2 + Z3 
Z1 Z2 + Z2 Z3
Z1 + Z2 + Z3  + Zo
___ Z1__
Z1 + Z3
Resolviendo
Z1 Z2 + Z2 Z3 + Zo = Z1 Z2 + Z2 Z3 + (Z1 + Z2 + Z3 )( Zo )
Z1 + Z2 + Z3
Z1 + Z2 + Z3
_____Z2 ( Z1 + Z3 )___
Aβ = ____-Av ( Z1 + Z2 + Z3 )____________
Z1 Z2 + Z2 Z3 + (Z1 + Z2 + Z3 )( Zo )
Z1 + Z2 + Z3
Aβ = __________-Av Z1 Z2_____________
Z2 ( Z1 + Z3 ) + Zo ( Z1 + Z2 + Z3 )
Como Z1, Z2 y Z3 serán reactancias
37
___Z1___
Z1 + Z3
Zi = jX1
Z2 = jX2
Z3 = jX3
A β = __________- Av jX1 jX2_________________
jX2 ( jX1 + jX3 ) + Zo ( jX1 + jX2 + jX3 )
Aβ = ____________Av X1 X2_____________
jZo ( X1 + X2 + X3 ) - X2 ( X1 + X3 )
parte real
parte imaginaria
Para cumplir con el criterio de fase se toma la parte imaginaria y
se iguala a cero, ya que a la frecuencia de oscilación no debe
existir defasamiento.
X1 + X2 + X3 = 0 ∴
X3 = -X1 - X2
Para cumplir con el criterio de magnitud la parte real y el
producto Aβ
β=1
Aβ = ___Av X1 X2____
-X2 ( X1 + X3 )
Como X3 = -X1 - X2 y Aβ = 1
1= ______Av X1 X2_____
-X2 ( X1 + (-X1 - X2))
1 = Av X1
X2
∴
⇒ 1 = Av X1 X2
X2 X2
Av = X2
X1
De la ecuación X3 = -X1 - X2 si X2 y X1 son reactancias
capacitivas X3 deberá ser reactancia inductiva y el circuito
oscilador con esta malla se denomina oscilador Colpitts
38
De la ecuacion X1 + X2 + X3 = 0
X1 = X2
⇒ reactancias capacitivas
X3
⇒ reactancia inductiva
Sustituyendo en la ecuación anterior
_- 1__ - __1__ + Wo L = 0
Wo C1
Wo C2
Multiplicando por Wo
_Wo__ - __Wo__ + Wo 2 L = 0
Wo C2
Wo C1
Wo 2 L = _1_ + _1_
C1
C2
como Wo = 2π fo
( 2π fo ) 2 L = _1_ + _1_
C1
C2
fo 2 = _1_ + _1_
___C1___C2__
( 2π ) 2 L
= C2 + C1 =
__C2 C1__
( 2π ) 2 L
39
C2 + C1
( 2π ) 2 L
Fo = _1_ _Ci + C2__
2π L ( C1 C2 )
= _1_
2π
__1___
L ceq
Si C1 = C2
Ceq = _C1 C2_
C1 + C2
De la ecuación
Av = X2
X1
como X1 = X2 = reactancia inductiva
_- 1___
Av =_Wo C2__ = Wo C1
__- 1__
Wo C2
Wo C1
Si C1 = C2
Av min = 1
Circuito oscilador Colpitts con BJT
40
Circuito oscilador Colpitts con JFET
Circuito oscilador Colpitts con amplificador operacional
Desarrollo practico.
Redactar los pasos necesarios para llevar a cabo las siguientes
actividades:
1. Medir Vo.
2. Medir Fo.
3. Realizar una tabla comparativa entre los valores calculados
teóricamente y los medidos, verificar que sean aproximados.
4. Graficar Vo.
41
Conclusiones.
Se debe dar respuesta a las siguientes cuestiones:
1.- ¿La señal de salida es completamente senoidal? ¿Por qué?
2.- ¿La señal de salida oscila a la frecuencia calculada?
3.- ¿Qué tan diferentes son los valores calculados de los
medidos? ¿Por qué?
Equipo.
1. Osciloscopio.
2. Multimetro.
3. Fuente de voltaje.
Material.
1.- Componentes calculados en el desarrollo teórico.
42
Practica
7
Oscilador Hartley.
Objetivos.
Comprobar el funcionamiento de un oscilador Hartley
observando la señal de salida.
Investigación teórica (Resumen).
Investigar en la bibliografía proporcionada los siguientes temas:
1.- Características y circuito básico de un oscilador Hartley.
2.- Diseño y funcionamiento de un oscilador Hartley.
3.- Aplicaciones de un oscilador Hartley.
Desarrollo Teórico.
Obtener:
1. Diseñar un oscilador Hartley.
2. Realizar el cálculo de Fo.
3. Realizar la simulación electrónica del oscilador para obtener las
formas de onda esperadas (Vo).
43
Recordando que para cumplir con el criterio de fase se toma la
parte imaginaria y se iguala a cero, ya que a la frecuencia de
oscilación no debe existir defasamiento.
X1 + X2 + X3 = 0 ∴
X3 = -X1 - X2
Para cumplir con el criterio de magnitud la parte real y el
producto Aβ
β=1
Aβ = ___Av X1 X2____
-X2 ( X1 + X3 )
Como X3 = -X1 - X2 y Aβ = 1
1= ______Av X1 X2_____
-X2 ( X1 + (-X1 - X2))
1 = Av X1
X2
∴
⇒ 1 = Av X1 X2
X2 X2
Av = X2
X1
De la ecuación X3 = -X1 - X2 si X1 y X2 son reactancias
inductivas y X3 es una reactancia capacitiva el circuito se
denomina oscilador Hartley.
44
Circuito oscilador Hartley con BJT
Circuito oscilador Hartley con amplificador operacional
Desarrollo practico.
Redactar los pasos necesarios para llevar a cabo las siguientes
actividades:
1. Medir Vo.
2. Medir Fo.
3. Realizar una tabla comparativa entre los valores calculados
teóricamente y los medidos, verificar que sean aproximados.
4. Graficar Vo.
45
Conclusiones.
Se debe dar respuesta a las siguientes cuestiones:
1.- ¿La señal de salida es completamente senoidal? ¿Por qué?
2.- ¿La señal de salida oscila a la frecuencia calculada?
3.- ¿Qué tan diferentes son los valores calculados de los
medidos? ¿Por qué? ¿Cuál es el rango de frecuencias en el
que operan los osciladores LC?
Equipo.
1. Osciloscopio.
2. Multimetro.
3. Fuente de voltaje.
Material.
1.- Componentes calculados en el desarrollo teórico.
46
Practica
8
Oscilador de Cristal.
Objetivos.
Comprobar el funcionamiento de un oscilador de cristal
observando la señal de salida.
Investigación teórica (Resumen).
Investigar en la bibliografía proporcionada los siguientes temas:
1.- Características y circuito básico de un oscilador de cristal.
2.- Diseño y funcionamiento de un oscilador de cristal.
3.- Aplicaciones de un oscilador de cristal.
Desarrollo Teórico.
Obtener:
1. Diseñar un oscilador de cristal.
2. Realizar el cálculo de Fo.
3. Realizar la simulación electrónica del oscilador para obtener las
formas de onda esperadas (Vo).
47
Si se sabe que el cristal puede reemplazar al circuito LC en el oscilador
y que la frecuencia de un oscilador controlado por cristal es muy
estable.
Se sugiere comprobar el funcionamiento del siguiente circuito. En
el se muestra un oscilador controlado por cristal, cuyo circuito básico
es el de un oscilador Colpitts.
A continuación se muestran algunos circuitos osciladores con
cristal.
48
Desarrollo practico.
Redactar los pasos necesarios para llevar a cabo las siguientes
actividades:
1. Medir Vo.
2. Medir Fo.
3. Realizar una tabla comparativa entre los valores calculados
teóricamente y los medidos, verificar que sean aproximados.
4. Graficar Vo.
Conclusiones.
Se debe dar respuesta a las siguientes cuestiones:
1.- ¿La señal de salida es completamente senoidal? ¿Por qué?
2.- ¿La señal de salida oscila a la frecuencia calculada?
3.- ¿Qué tan diferentes son los valores calculados de los
medidos? ¿Por qué?
Equipo.
1. Osciloscopio.
2. Multimetro.
3. Fuente de voltaje.
Material.
1.- Componentes calculados en el desarrollo teórico.
49
Practica
9
Limitadores y recortadores.
Objetivos.
Experimentar y comprobar el funcionamiento de los
circuitos
limitadores
y
recortadores
empleando
componentes discretos.
Investigación teórica (Resumen).
Investigar en la bibliografía proporcionada los siguientes temas:
1.- Características y circuitos básicos de los circuitos
limitadores y recortadores.
2.- Diseño y funcionamiento de los limitadores y
recortadores.
3.- Aplicaciones de los limitadores y recortadores.
Desarrollo Teórico.
Obtener:
1. Diseñar cada uno de los diversos circuitos limitadores y
recortadores mencionados en la bibliografía.
2. Realizar la simulación electrónica de los circuitos para obtener
las formas de onda esperadas (Vo vs Vi).
50
RECORTADORES SERIE
51
RECORTADORES PARALELO
RECORTADO DOBLE POLARIZADO
52
Desarrollo practico.
Redactar los pasos necesarios para llevar a cabo las siguientes
actividades:
1. Medir Vo.
2. Medir Vi.
3. Graficar Vo vs Vi.
Conclusiones.
Se debe dar respuesta a las siguientes cuestiones:
1.- ¿Cuál es el comportamiento de los circuitos limitadores?
2.- ¿Cuál es el comportamiento de los circuitos recortadores?
3.- ¿Cuáles son las principales ventajas de los circuitos
experimentados?
Equipo.
1. Osciloscopio.
2. Generador de funciones
3. Multimetro.
4. Fuente de voltaje.
Material.
1.- Componentes calculados en el desarrollo teórico.
53
Practica
10
Circuitos Fijadores.
Objetivos.
Experimentar y comprobar el funcionamiento de los
circuitos fijadores empleando componentes discretos.
Investigación teórica (Resumen).
Investigar en la bibliografía proporcionada los siguientes temas:
1.- Características y circuitos básicos de los circuitos
fijadores.
2.- Diseño y funcionamiento de los circuitos fijadores.
3.- Aplicaciones de los circuitos fijadores.
Desarrollo Teórico.
Obtener:
1. Diseñar cada uno de los diversos circuitos fijadores
mencionados en la bibliografía.
2. Realizar la simulación electrónica de los circuitos para obtener
las formas de onda esperadas (Vo vs Vi).
54
CIRCUITO FIJADOR DE NIVEL POSITIVO
--Funcionamiento--1.- Si en el primer semiciclo de Vi es el positivo, D está bloqueado ( no
conduce ) y C permanece prácticamente descargado debido a la alta
constante de tiempo RC, mucho mayor que la duración del semiciclo.
2.- Cuando aparece el semiciclo negativo, D se polariza directamente
con lo cual presenta muy baja resistencia y C se carga al valor pico
negativo de Vi con la polaridad indicada.
3.- Al llegar nuevamente el semiciclo positivo D se bloquea y C
permanece prácticamente a la totalidad de su carga debido a la alta
constante de tiempo RC. En este momento la tensión de salida Vo vale
entonces la suma de Vi y Uc ya que las dos tensiones quedan en serie
con respecto a la salida, por lo tanto, Vo ≈ 2Vp
4.- De esta forma se consigue cargar el condensador durante el primer
semiciclo negativo al valor Vp y hacerlo permanecer así
indefinidamente pudiéndolo sustituir por una fuente de la misma
tensión Vp y la misma polaridad como se muestra en la siguiente
figura.
55
CIRCUITO FIJADOR NEGATIVO
---Funcionamiento---
La diferencia con el fijador positivo radica , exclusivamente en la
inversión del diodo que provoca el cambio de polaridad en la carga de
C y por lo tanto, el signo con la suma de Vi, por lo cual el eje de
referencia es Vp en sentido negativo quedando todos los valores de
Vo por debajo de cero.
CIRCUITO FIJADOR POSITIVO POLARIZADO POSITIVAMENTE
---Funcionamiento---
La fuente de tensión Vr proporciona un voltaje adicional que carga
al condensador a una tensión prácticamente constante, equivalente a la
suma de la tensión Vp y de Vr, consiguiendo de esta forma un
desplazamiento adicional del eje de referencia al que se producía en el
fijador positivo sin polarizar.
Hay que observar que cuando C se carga la polaridad de Vi y de Vr
están en serie y por ello se suman, como se ve en el diagrama de
tensiones de Vo.
56
CIRCUITO FIJADOR POSITIVO POLARIZADO NEGATIVO
---Funcionamiento---
Estudiando las polaridades de Vi durante el semiciclo de carga de
C, que es el negativo y de Vr se aprecia que éstas se restan por estar en
oposición de polaridad, por lo tanto el desplazamiento conseguido en
este caso es menor, quedando parte del semiciclo negativo con valores
inferiores a cero, como se muestra en el diagrama de tensiones.
CIRCUITO FIJADOR NEGATIVO POLARIZADO NEGATIVAMENTE
---Funcionamiento---
Su respuesta es similar a la del fijador positivo polarizado
positivamente solamente que el Vr es negativo y a partir de ese punto
se tiene la variación de la señal de Vo.
57
FIJADOR NEGATIVO POLARIZADO POSITIVAMENTE
---Funcionamiento---
La acción de este circuito es similar al fijador positivo polarizado
negativamente, solamente que la acción de Vr es positiva, por lo tanto,
se desplaza este valor positivamente.
CALCULO DE CIRCUITOS FIJADORES
λ = RT C
Tp = __T
2
λ = ( R // Rr ) C
λ ≈ RC
T = _1_
f
En el circuito se debe cumplir que:
λ >> Tp
λ = 100Tp
Como
λ= RC
100 Tp = RC
∴ C = 100 Tp
R
Y que: R = ( Rr * Rf )½
58
⇒
Tiempo
de pulso
Desarrollo practico.
Redactar los pasos necesarios para llevar a cabo las siguientes
actividades:
1. Medir Vo.
2. Medir Vi.
3. Graficar Vo vs Vi.
Conclusiones.
Se debe dar respuesta a las siguientes cuestiones:
1.- ¿Cuál es el comportamiento de los circuitos fijadores?
2.- ¿Cuáles son las principales ventajas de los circuitos
fijadores?
Equipo.
1. Osciloscopio.
2. Generador de funciones
3. Multimetro.
4. Fuente de voltaje.
Material.
1.- Componentes calculados en el desarrollo teórico.
59
Practica
11
Multivibrador Biestable y
Monoestable.
Objetivos.
Experimentar y comprobar el funcionamiento de los
multivibradores biestable y monoestable empleando
componentes discretos.
Investigación teórica (Resumen).
Investigar en la bibliografía proporcionada los siguientes temas:
1.- Características y circuitos básicos de los multivibradores
biestable y monoestable.
2.- Diseño y funcionamiento de los multivibradores
biestable y monoestable.
3.- Métodos de disparo y aplicaciones de los multivibradores
biestable y monoestable.
Desarrollo Teórico.
Obtener:
1. Diseñar cada uno de los diversos multivibradores biestable y
monoestable mencionados en la bibliografía.
60
2. Realizar la simulación electrónica de los circuitos para obtener
las formas de onda esperadas.
En el multivibrador biestable para producir el cambio de estado se
tendrá que aplicar impulsos de polaridad adecuada a las bases de los
transistores.
FUNCIONAMIENTO AL APLICAR UN PULSO EXTERNO DE DISPARO
1.- Los diodos D1 y D2 hacen que el circuito responda a impulsos de
única polaridad ( positivos o negativos )
2.- Suponiendo T2 en saturación y T1 en corte R1 y R2 quedarían a
potenciales próximos a Vcc y tierra respectivamente.
3.- Si en Vd ( voltaje de disparo ) aplicamos una onda cuadrada de
amplitud suficiente el circuito cambiara de estado cada vez que se
produzca un flanco de bajada ( invirtiendo D1 y D2 en un flanco de
subida ), debido al efecto diferenciador producido por C1 R1 y C2 R2.
Cuando cada uno de ellos se conmute a tierra a través de T1 o de T2
respectivamente. De esta forma el circuito se comporta como un
divisor de frecuencia, ya que la frecuencia de Vo1 y Vo2 es la mitad que
la de Vd, ya que como en cualquier onda cuadrada se presenta un
flanco de bajada por ciclo y como un ciclo d Vo1 o Vo2 representa un
61
estado de corte y otro de saturación de los transistores, son precisos
dos flancos de bajada y por lo tanto dos ciclos de Vd para obtener uno
de Vo1 o Vo2; por ello la frecuencia de salida es la mitad de la de Vd
según se muestra en el sincrograma siguiente.
SINCROGRAMA MULTIVIBRADOR BIESTABLE
DISEÑO DE MULTIVIBRADOR BIESTABLE
1.- Calculo de dos circuitos interruptores simétricos
-Asignar Ic sat, calcular Rc y Rb, suponiendo T1 = T2
Por lo tanto:
Rb1 = Rb2
Rc1 = Rc2
2.- λ = R1 C1 = R2 C2
T=1/f
λ<T
62
El multivibrador monoestable pertenece a los de
funcionamiento excitado, ya que permanecen en un estado
determinado, mientras no se les aplique una señal exterior que les haga
cambiar al estado contrario, para posteriormente, regresar nuevamente
al de reposo y permanecer en él hasta la presencia de un nuevo impulso
de excitación. Por lo tanto, este multivibrador posee un estado
permanente y otro transitorio. El multivibrador monoestable no es
estrictamente un oscilador pero en determinadas circunstancias se
puede comportar como tal, aunque siempre controlado por una señal
exterior.
CIRCUITO MULTIVIBRADOR MONOESTABLE
Suponemos inicialmente T2 en saturación, debido a la ausencia de
tensión en la base de T1, este permanecerá en corte ya que Vo 2 = 0.
En estas circunstancias C1 se carga a través de R1 y de la unión
base-emisor de T2 y el circuito permanece en esta situación
indefinidamente.
Circuito de carga de C1
*Si aplicamos un impulso de amplitud suficiente en Vo 1, T1 pasara a
saturación, por lo que Vo 1 se hará prácticamente cero y en la base de
63
T2 se reflejara una tensión negativa de valor aproximado a -Vcc que
hará que T2 pase al corte; por lo tanto Vo 2 tomará un valor
aproximado a Vcc y la base de T1 quedara polarizada positivamente a
través de R3 y R4, que garantizan que T1 permanezca en saturación.
Desde el instante en que T1 pasa a saturación, C1 comienza a
descargarse a través de R2 y T1, y lo hará en un tiempo t = 0.69 R2 C1.
Circuito de descarga de c1
* Una vez descargado empezara a cargarse en sentido contrario, esto
es, la placa conectada a la base de T2 se hará positiva y una vez que
alcanza tensión suficiente en este punto T2 pasara a saturación, por lo
que Vo 2, se hace cero y de nuevo T1 pasa al corte hasta la aparición de
un nuevo impulso de disparo.
* D1 no tiene mas misión que aplicar solamente los impulsos negativos
de Vo a la base de T2.
SINCROGRAMA
64
Un multivibrador monoestable puede emplearse como generador
de onda cuadrada simétrica a partir de una señal de impulsos de corta
duración si se diseña el circuito para que el tiempo que dure el estado
transitorio sea la mitad del periodo de la señal de disparo.
Se puede emplear como circuito de retardo o circuito de
repolarización, ya que un impulso de corta duración puede hacer
permanecer al circuito en un estado determinado durante un tiempo
previamente fijado, es decir, a partir de un impulso de corta duración se
puede conseguir otro de duración mayor.
DISEÑO DE MULTIVIBRADORES MONOESTABLES
Circuito inversor
-Dar Ic sat, Vcc
Calcular Rc1 = Rc2 = Vcc
Ic sat
Calcular R3 = Rb1 = Vcc - Ube
Ibsat
Ib sat = Ic sat
10
Para los valores de C1 R2
-La constante de tiempo
t = 0.69 R2 C1
El periodo de la señal de disparo
T=2t
f=1
T
65
Para el circuito diferenciador
T<λ
λ = RC
Desarrollo practico.
Redactar los pasos necesarios para llevar a cabo las siguientes
actividades:
1. Medir la señal de salida.
2. Graficar la señal de salida.
Conclusiones.
Se debe dar respuesta a las siguientes cuestiones:
1.- ¿Cuál es el comportamiento de los multivibradores
biestables?
2.- ¿Cuál es el comportamiento de los multivibradores
monoestables?
Equipo.
1. Osciloscopio.
2. Multimetro.
3. Fuente de voltaje.
Material.
1.- Componentes calculados en el desarrollo teórico.
66
Practica
12
Multivibrador Astable y Schmitt
Trigger
Objetivos.
Experimentar y comprobar el funcionamiento de los
multivibradores astable y schmitt trigger empleando
componentes discretos.
Investigación teórica (Resumen).
Investigar en la bibliografía proporcionada los siguientes temas:
1.- Características y circuitos básicos de los multivibradores
astable y schmitt trigger.
2.- Diseño y funcionamiento de los multivibradores astable y
schmitt trigger.
3.- Sincronización del multivibrador astable.
4.- Curva de histéresis del multivibrador schmitt trigger.
5.- Aplicaciones de los multivibradores astable y schmitt
trigger.
67
Desarrollo Teórico.
Obtener:
1. Diseñar cada uno de los diversos multivibradores astable y
schmitt trigger mencionados en la bibliografía.
2. Realizar la simulación electrónica de los circuitos para obtener
las formas de onda esperadas.
Un multivibrador astable es un oscilador, cuya frecuencia depende de
la carga y descarga de condensadores. Estas cargas y descargas son
provocadas por la conmutación de los transistores. A continuación se
muestra la configuración básica de un multivibrador astable:
* Si en el circuito suponemos T1 = T2, R1 = R4, R2 = R3 y C1 = C2
la forma de cualquiera de las salidas será simétrica, es decir, la duración
de ambos niveles de tensión de cada ciclo será idéntica y la frecuencia
de salida viene determinada por los valores de C1, C2, R2 y R3, si se
rompe la igualdad de los componentes anteriores, la forma de onda de
salida será asimétrica.
* Las formas de onda de salida Vo1 y Vo2 , están desfasadas 180° ;
mientras una esta en su nivel superior la otra esta en el inferior. Esto es
debido a la situación de T1 en corte y T2 en saturación y viceversa.
* Una vez alcanzada la situación de T2 y T1 en corte, C1 se empezara a
cargar a través de T2 ( cortocircuito ) y R1, y, como el punto de unión
68
de C1 y R2 esta conectado a la base de T2 es insuficiente para que T2
permanezca saturado, con lo que al conducir menos tensión Vo2
aumentara iniciando el proceso descrito anteriormente, pero en sentido
contrario, es decir, llevando a T1 a saturación y a T2 al corte. Mientras
C1 adquiría carga para provocar tal cambio, C2 se va descargando.
Lo expuesto hasta aquí se puede considerar el proceso de arranque
de la oscilación. Recordando que:
* C1 estaba prácticamente descargado
* C2 estaba totalmente cargado
* T1 estaba en corte
* T2 estaba en saturación
En estas circunstancias, C2 encuentra un camino de descarga a
través de R3 y T2 ( cortocircuito ) y C1 se carga a través de la unión
base-emisor de T2 y de R1
Momentáneamente, la base de T1 se encuentra sometida a un
potencial de -Vcc aproximadamente. A partir del instante en que T2
pasa a saturación ,C2 se empieza a descarga, tardara un tiempo
T2 = 0.69 C2 R3
En un tiempo de menor duración se habrá cargado C1, ya que
C1 = C2 y R1 << R3
Un vez que C2 se ha descargado totalmente empezara a cargarse
en sentido contrario, esto es, el punto de unión de C2 y R3 será
ligeramente positivo, por lo que también se aplicara polarización
directa a la base de T1, que provocara el cambio en el circuito y que
69
sitúa T1 en saturación y a T2 en corte, comenzando T2 a cargarse a
través de su circuito de carga y C1 a descargarse a través de R2 y T1 (
saturación ).
De forma análoga el proceso anterior, la base de T2 se encuentra
en el instante de la conmutación sometida a un potencial negativo
próximo a -Vcc que va disminuyendo según se carga C1; lo hará en un
tiempo
T1 = 0.69 R2 C1
Una vez extinguida la carga de C1, este adquiere una pequeña
carga en sentido contrario, que hará de nuevo conmutar al circuito,
pasando T2 a saturación y a T1 a corte, con lo que se inicia un nuevo
ciclo, por lo tanto se deduce que un ciclo tendrá un periodo
T = t2 + t1
como C1 = C2 y R2 = R3 tendremos que: T 2(0.69 R2 C1 )
T = 1.38 R2 C1
Esta expresión es válida para un circuito simétrico, en caso contrario la
duración del ciclo será:
T = t1 + t2 = 0.69 R2 C1 + 0.69 C2 R3 , por lo que, en cualquiera de
los dos casos, la frecuencia de oscilación es conocida con facilidad.
SINCROGRAMA
70
CIRCUITO ASTABLE MEJORADO
En el circuito Schmitt Trigger dos valores finitos de voltaje de
entrada son la causa de que en el circuito ocurra el cambio de estado en
los transistores. Debido a que el circuito cambiara de estada solo en
estos niveles de voltaje de entrada, este circuito es utilizado para
discriminar una señal entre ciertos niveles de voltaje o como generador
de onda cuadrada.
CIRCUITO BÁSICO
SINCROGRAMA
71
FUNCIONAMIENTO BÁSICO
* cuando no se tiene voltaje de entrada ( Vi ), T1 se encontrara en corte
y T2 en saturación
* La caída de tensión en Re es definida como Ve y a un tiempo t1 el
voltaje de salida es Ve 2 + Vce sat
* La amplitud del voltaje de entrada aplicada para que T1 conduzca es
llamada potencial superior de disparo ( UTP ) o nivel superior de
disparo. UTP = Ve 2 + Ube 2
Ve 2 →
saturación.
Caída de tensión en Re cuando T2 conduce a
Ube 2 → Valor necesario de polarización mínima para llevar al
transistor a la región activa.
* La amplitud de voltaje requerida para que T2 regrese a su estado de
saturación se le conoce como nivel inferior de disparo ( LTP ).
* El circuito no podrá regresar a su estado inicial hasta que el voltaje en
R2 sea equivalente a la caída de tensión en Re cuando T1 conduce.
* La amplitud del voltaje de entrada para el cual esta acción de
conmutación ocurre, es menor que UTP debido a que el voltaje es una
fracción del voltaje de entrada amplificada que se tiene de Vc 1 a tierra.
* La frecuencia de salida de este dispositivo no va a depender de la
señal de entrada, sino del numero de veces que ésta alcance un valor
superior al de referencia fijado. Si la señal de entrada alcanza intervalos
constantes de tiempo valores superiores al de referencia, la señal de
salida será de igual frecuencia a la de entrada. En este caso, el
disparador se convierte en un dispositivo sencillo y útil par, a partir de
una señal, por ejemplo senoidal, otra rectangular de igual frecuencia.
* El voltaje de nominado de histeresis es: Vh = UTP - LTP. Este voltaje
se consigue con la resistencia de emisor, común a ambos transistores, que
hace retroalimentación de un transistor a otro.
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Desarrollo practico.
Redactar los pasos necesarios para llevar a cabo las siguientes
actividades:
1. Medir la señal de salida.
2. Graficar la señal de salida.
Conclusiones.
Se debe dar respuesta a las siguientes cuestiones:
1.- ¿Cuál es el comportamiento de los multivibradores
astables?
2.- ¿Cuál es el comportamiento de los multivibradores
schmitt trigger?
Equipo.
1. Osciloscopio.
2. Multimetro.
3. Fuente de voltaje.
Material.
1.- Componentes calculados en el desarrollo teórico.
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