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Preparación de reportes de Informe de Tareas individuales y laboratorios

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TAREA 4-FISICA ELECTRONICA Cristian Fabian Alfonso Diaz Código: @unadvirtual.edu.co



RESUMEN: En el desarrollo de la presente

guía de trabajo sobre la tarea 4-fisica electrónica, en la cual se desarrolla el componente practico del curso, se logró establecer conceptos básicos sobre la física electrónica, en donde a partir de manera teórica y practica se desarrollo diferentes conocimientos sobre leyes importantes en la física electrónica, en donde se logro demostrar a partir de los circuitos que es viable el desarrollo y la aplicación de estas leyes, en donde se desarrollaron competencias y habilidad que permiten la manipulación de los diferentes equipos, logran de manera practica evidenciar lo aprendido durante el curso. En lo que resalta los conocimientos sobre la ley de Kirchhoff, semiconductores y compuertas lógicas.



Comprender el funcionamiento de los circuitos lógicos y circuitos integrados para aplicarlo en la solución de la actividad práctica. Aplicar los conocimientos adquiridos en las sesiones previas para la solución de la actividad práctica.

3.1-

PRACTICA No.1unidad 1 Fundamentos de electrónica básica

El estudiante debe realizar el montaje en el simulador de cada uno de los esquemáticos mostrados en las figuras 1 y 2 respectivamente. En cada montaje debe tener en cuenta la disposición de valores mostrada en la tabla

CLAVE: ley de Kirchhoff, semiconductores y compuertas lógicas.

Tabla No.1.

PALABRAS

1. Objetivos 1.1. Objetivos de la practica I  Comprender el uso del multímetro para medir magnitudes eléctricas como resistencia, corriente, voltaje.  Comprender el correcto uso de la protoboard y la comprobación de las leyes de Kirchhoff apoyándose en un simulador. 1.2. Objetivos de la practica II  Comprender el funcionamiento del generador de señales y el osciloscopio.  Aprender a medir voltaje y frecuencia en el osciloscopio.  Entender el principio de operación de un circuito rectificador de onda completa.  Comprender las configuraciones del transistor bjt 1.3. Objetivos de la practica III



Nombre elemento R1

Valores base 500 Ω

R2

670 Ω

R3

330 Ω

Valor practico 500 Ω + 44Ω= 544 Ω 670 Ω +44 Ω = 714 Ω 330 Ω + 44 Ω = 374 Ω

Circuito en serie a. Para el circuito mostrado en la figura 1,

el estudiante debe aplicar las leyes de Kirchhoff y encontrar las ecuaciones de nodos y mayas de este. El estudiante debe resolver dichas ecuaciones para conocer la corriente de malla principal y los voltajes en las resistencias junto con la resistencia equivalente (Valores teóricos). El paso a paso de este procedimiento debe estar consignado en el informe de 1

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laboratorio y los valores solicitados deben estar plasmados en la tabla 2. b. Utilizando el multímetro del simulador debe medir el voltaje en cada resistencia, la corriente de malla y la resistencia equivalente del circuito (Valores medidos). Dichos resultados deben ser consignados en la tabla 2.

I=

9V =0,0055 A 1632 Ω

V =RI

V R 1=( 544 Ω) ( 0,0055 A) =3 V V R 2=( 714 Ω) ( 0,0055 A) =3 , 9 V V R 3=( 374 Ω) ( 0,0055 A) =2,05 V Vf =( 3+3,9 + 2,05 ) V =8,95V El circuito no tiene nodos ya que solo tiene una malla. Para que un circuito tenga nodos debe estar unido entre dos o más mallas. Tabla 2 Valores teóricos y practico de los voltajes Valor experimenta l (V) Valor Teórico (V)

VR1 3

VR2 3,9

VR3 2,05

3

3,93

2,06

Tabla 3 Valores teóricos y prácticos de la corriente total IR1 Valor (A)

experimental

Valor Teórico (A)

0,0055 0,0056

Calcular: Primera ley: Conservación de la corriente Tabla 4

I = IR1+IR2+IR3 Segunda

ley:

Conservación

de

Valores teóricos y prácticos de la resistencia

las

total

tensiones

RT

Vf = VR1+VR2+VR3

Valor (Ω )

V1= 9 V

experimental

Valor Teórico (Ω)

R1= 544 Ω R2= 714 Ω R3= 374 Ω



Req= R1+R2+R3 Req= 544 Ω+714 Ω+374 Ω Req=1632 Ω

2

Circuito en serie

1.632 1.634

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paso de este procedimiento debe estar consignado en el informe de laboratorio y los valores solicitados deben estar plasmados en la tabla 3. b. Utilizando el multímetro del simulador debe medir el voltaje y la corriente en cada resistencia junto con la resistencia equivalente (Valores medidos) c. Preguntas de profundización circuito serie  ¿Qué pasa si aumento el valor de la resistencia R2? Al aumentar la resistencia R2 de 714 Ω a 750 Ω, hace que el voltaje de esta resistencia disminuya y el de la resistencia 1, a comparación del voltaje de la resistencia 3, el cual aumenta. Esto es debido a que la corriente total que pasa por el circuito disminuye, por lo que se puede establecer que la corriente es inversamente proporcionar a la resistencia.  ¿Cree usted que en un circuito físico real los valores serian diferentes? ¿De ser así, cual es la razón para que esto suceda? Si, los valores van a versen afectados directamente, al tener un circuito físico no se puede calcular la resistencia exacta, entre otros factores relacionados con los componentes del circuito que se construyó.  Después de medir el voltaje en las 3 resistencias calcular la potencia en la resistencia R2 (Teórico y práctico).

En el software de simulación, se monta el circuito correspondiente a un circuito en paralelo como se muestra en la 2

Figura No.2. Circuito en paralelo Calcular Voltajes-Corrientes en el circuito  Ley de Kirchhoff Voltajes V-VR1= 0 V-VR2= 0

P practica= ( 0,0055 A ) (2,05 v )=0,011275 W Pteorica=( 0,0056 A )( 2,06 )=0,011536 W

V-VR3= 0 Corriente IT= I R1+ I 2 I2= I R2+ IR3 IT= I R1+ I R2+ IR3  Se aplica la ley de Ohm para calcular la corriente del circuito en parralero

CIRCUITO EN PARALELO a. Para el circuito mostrado en la figura 2, el estudiante debe aplicar las leyes de Kirchhoff y encontrar las ecuaciones de nodos y mayas de este. Dichas ecuaciones deben ser resueltas para conocer el voltaje y las corrientes en las resistencias junto con la resistencia equivalente (Valores teóricos). El paso a

I R 1=

3

9V =0,016 A 544 Ω

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Va a tener la tendencia a mantenerse constante, ya que si se aplica la ley de Kirchhoff para los voltajes, la diferencia según el potencial de cada resistencia va depender de la fuente de voltaje.  ¿Varía el voltaje si desconecto alguna de

9V =0,01 2 A 714 Ω 9V =0,0 24 A I R 3= 374 Ω I R 2=

IT= (0,016) A+(0,012) A+ (0,024) A = 0,040 A

las tres resistencias?

Resistencia

RT =

No, el voltaje no va a tener una variación ya que el voltaje no tiene ninguna dependencia a la resistencia, el voltaje tiene una dependencia directa a al fuente de alimentación.

9V =225Ω 0,040 A

Tabla 5 Valores teóricos y prácticos de las corrientes Valor experimenta l( A ) Valor Teórico (A

IR1 0,016

IR2 0,012

IR3 0,016

0,016

0,013

0,017

3.2PRACTICA No.2  Se establece relación de manera experimental y teórica de los semiconductores. - Desarrollo de la practica Montajes 6-7 3.1. Rectificador de onda completa El estudiante debe realizar el Montaje del circuito de la figura 6 Usando el simulador Tinkercad (frecuencia 60Hz y voltaje de entrada 10 Vpp).

¿

Tabla 6 Valores teóricos y prácticos de los voltajes V Valor experimental (V) Valor Teórico (V)

9 9

Tabla 7 Valores teóricos y prácticos de la resistencia total R Valor experimental ( Ω ) Valor Teórico ( Ω )

225 225,5

a. Conecte el osciloscopio entre pin 1 y el pin 4, y Dibuje la señal obtenida.

Preguntas de profundización circuito paralelo

b. Conecte el osciloscopio entre el pin 2 y el pin 4, y dibuje la señal obtenida.



¿Qué sucede si R1 es mucho menor (al menos 10 veces) que R2 Y R3? Al tener un circuito en paralelo la resistencia total del circuito va tender acercarse al valor de la resistencia 1 del circuito por lo cual se despreciara el valor de las resistencias 2 y 3.  Sí desconecto la R1 ¿qué sucede con la corriente en la resistencia R3? 4

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Figura 5- Señal del osciloscopio En la figura 5- la señal se mide entre la tierra y la salida de la señal del sinusoidal Preguntas problematizadoras Rectificador onda completa  Si cambio el valor del condensador por uno de valor más grande ¿Qué pasa con la señal de salida?

La señal de salida tendrá un aumento notable de la señal de manera continua, igualando la capacidad que tiene de descarga el condensador siendo constante de alguna manera la señal de salida.  ¿Qué papel cumple el condensador en el

Figura 3. Circuito rectificador de onda completa Nota: El nodo que se encuentra conectado con los cables de color negro es considerado como punto de referencia del circuito y el osciloscopio ya que permite la entrada de las señales sinusoidal.

circuito? El condensador tiene la función de filtrar toda señal sinusoidal que se obtenga de salida a partir del puente rectificador teniendo una tendencia a la señal del voltaje de manera directa.  ¿Qué diferencias existe entre Vpp, Vp y Vrms? La diferencia que existe esta relacionada con el pico del voltaje, la diferencia va desde la señal mínima y máxima de voltaje de la señal, el voltaje RMS, es un voltaje que se considera eficaz, es considerado como el área bajo la curva de una señal de corriente de tipo alterna.

Figura 4- Señal del osciloscopio En la figura 4 la señal se mide entre la tierra y la entrada de la señal del sinusoidal.



Calcule estos voltajes para 2 señales diferentes, y explique paso a paso como se obtienen a partir de la señal de salida del osciloscopio

Los voltaje que se van a calcular corresponden a las figuras cuatro y cinco del presente informe. Ecuación para calcular el voltaje: Valor del voltaje V= Numero de cuadrados 20 V = =2 V 10 Vpp=( V maxcad ) ( N . cuadros)− ( V m ∈cad ) ( N . cuadros ) 5

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Vpp=( 2 ) (2,7) − ( 2 )(0,25 )

Vpp=6 V

Vp=( V maxcad ) ( N .cuadros ) Vp=( 2 ) (2,7) =5,4 V

Lo que se busca es poder aproximar la señal a partir de ciclos que sean (+), por lo cual se va hallar el VRMS, aplicando la ecuación establecida para este voltaje Ecuación para calcular el voltaje RMS para la señal #1: V pp V RMS= 2 √2 6 VRMS= VRMS=2,1 V √2

a. El estudiante debe variar la fotoresistencia de forma gradual y registrar el comportamiento de la carga(motor) evidenciando paso a paso el comportamiento del motor a diferentes valores de la resistencia (debe tener conectado un multímetro en el motor y la resistencia en todo momento para comparar los valores de voltaje y resistencia). b. Debe realizar el mismo proceso que el inciso anterior para diferentes valores del potenciómetro teniendo conectado en todo momento multímetros en el motor(voltaje) y en la base del transistor (corriente).

Calculo para la señal #2: Vpp=( 2 ) (2, 2 )− (2 ) ( 0 )

Vpp=4,4 V

Vp=( V maxcad ) ( N .cuadros ) Vp=( 2 ) (2,2) =4, 4 V

Voltaje RMS #2 Vpp 2√ 2 4,4 VRMS= √2 VRMS=

Aplicación de transistores en el simulador

VRMS=3,1 V

3.3-

Aplicación de transistor BJT. El estudiante debe desarrollar el montaje del circuito de la figura 7 en el simulador Tinkercad. Figura 7 Transitor BJT Lo primero que se realiza es identificar los componentes presentes en el circuito en los cuales encontramos Una batería de 9V, una fotoresistencia, una resistencia de 330 Ohms, un potenciómetro de 50 k, un transitor BJT, hay un iodo y el motor.

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80 100

También se encuentran presentes unos multímetros, el primero que se logra observar se ubico con el fin de medir la variación de las resistencias del potenciómetro, también se observa un multímetro que se coloco en un posición en serie para medir la corriente que entra a la base, al igual que un multímetro para medir los valores de entrada y la carga del motor presente en el circuito.

del motor a diferentes y de posición del 50 8,61 0,0124 0 0 0 0

0 0

0 0

Preguntas de profundización Aplicación transistor  ¿Qué papel cumple el transistor? El transitor cumple la función de ser un amplificador, es el que se encarga de amplificar toda la corriente que entra o que se genera en el circuito ya sea por una falla o caída de la fotorresistencia, al igual que se encarga de activar o encender el motor.  ¿Qué papel cumple el diodo conectado al colector del transistor? El diodo que esta conectado al colector del transitor, cumple la función de proteger el circuito de la fuerza electromotriz que se genera por el motor presente en el circuito el cual genera una carga inductiva, generando la fuerza electromotriz que genera una descarga a partir de diodo, lo cual permite evitar picos de voltaje que generen daños en el sistema eléctrico.  ¿Qué papel cumple el potenciómetro? El potenciómetro es un componente que permite ajusta el transitor desde el punto de operación y así mismo generar un control sobre la corriente que se gana.  ¿Qué configuración de transistor utiliza? La configuración que se usa en el ejercicio es de emisor tipo común, en donde se aplica un determinado voltaje en lo que se refiere desde la basa y el emisor generando que se obtenga una corriente sobre el colector y el emisor.  Explique ¿qué es el estado de corte y saturación de un transitor BJT?.

Resultados Cuando se activa la simulación se observa que la resistencia del potenciómetro va estar en 0 Ohms, la fotoresistencia no presenta cambios de luz, también se observa que en los otros multímetros se presenta un voltaje pero no hay un cambio o energía presente en el motor que se encuentra en el circuito, cuando se aumenta la resistencia en el potenciómetro se genera una alteración en el voltaje, teniendo claro que el circuito tiene sus resistencias en paralelo por lo que voltaje va ser igual en todos sus nodos. Tabla 8 Valores del voltaje porcentaje de luz potenciómetro % 0 Voltaje 0 8,61 20 0,425 40 0,209 60 0,139 80 0,108 100 0,065

0,178 0,156

100 8,61 0,00594 0 0 0 0

Un transitor BJT, presenta tres regiones las cuales se establecen desde la región de corte, activa y de saturación. El estado de corte de un transitor se establece según las zonas que presente y las cuales son mencionadas anteriormente. La región de corte es la que la corriente genera una aplicación sobre el transitor de

Tabla 9 Valores de la corriente del transitor desde la base a diferentes porcentajes % 0 50 100 Voltaje 0 23,9 23,1 22,5 20 1,09 0,052 0,0149 40 0,398 0 0 60 0,235 0 0

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una forma casi mínima, por lo que no se genera paso de corriente entre el colectoremisor, esta región el circuito opera de tipo abierto. La región de saturación es la región en la cual la corriente pasa sobre el colectoremisor, es mayor casi 10 veces más del valor de la corriente que pasa sobre la base-emisor, este punto esta relacionado con el paso del punto de transformación que va hasta la caída del potencial en el colector-emisor la cual es relativamente baja [0,2-0,8] voltios, eso depende ya es del transitor presente en el circuito, el transitor en esta región es considerado como un “corto”.

Comprobación de las compuertas: Figura 10 Compuerta lógica, entrada [0-0]

Practica No. 3 – unidad 3 Fundamentos de Electrónica Digital Desarrollo de la practica a. Verificación de compuertas lógicas. El estudiante Debe verificar en la hoja de especificaciones de cada una de ..las compuertas y elementos del montaje de la figura 9 y hacer un listado de ..características solicitado:  Voltaje de operación  Configuración de pines  Funcionalidad  Limitaciones térmicas  Temperatura de trabajo b. Comprobación compuertas BCD A 7 SEGMENTOS En este apartado el estudiante debe realizar el montaje del display BCD 7 segmentos Cátodo común usando como entrada un switch de 4 pines y un codificador CD4511 como se muestra en la figura:

A

B

0 0 1 1

0 1 0 1

Figura 11 Compuerta

lógica,

entrada

Figura 12 Compuerta lógica, entrada [0-1]

Figura 13 Compuerta lógica, entrada [1-1]

Estado Led de Salida 0 0 0 1 8

[1-0]

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4. CONCLUSIONES 





Se logro comprender el uso del multímetro para medir magnitudes eléctricas como resistencia, corriente, voltaje, además del correcto uso de la protoboard y la comprobación de las leyes de Kirchhoff apoyándose en un simulador. A partir del desarrollo de la práctica se logró comprender el funcionamiento del generador de señales y el osciloscopio y aprender a medir voltaje y frecuencia en el osciloscopio. Para finalizar se puede concluir que se logró comprender el funcionamiento de los circuitos lógicos y circuitos integrados para aplicarlo en la solución de la actividad práctica, además de aplicar los conocimientos adquiridos en las sesiones previas para la solución de la actividad práctica.

5. REFERENCIAS [1] D. I. Toapanta Herrera y Á. R. Jaramillo Lascano, «Construcción de una fuente digital variable regulada entre 2V y 20VDC,» Quito, 2009. [2] P. Córdoba, «Electrónica de Potencia,» Ambato, 2014.

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