Folleto Lab Elec Analog 1Final PDF

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El folleto usado en el laboratorio de electrónica analógica 1...

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MANUAL DE PRÁCTICAS DE ELECTRÓNICA ANALÓGICA PROGRAMAS EDUCATIVOS: INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y COMUNICACIONES, INGENIERÍA MECATRÓNICA, INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN. EDICIÓN: FERNANDO TREVIÑO MARTÍNEZ BRENDA JANETT ALONSO GUTIÉRREZ HUMBERTO FIGUEROA MARTÍNEZ

REGLAMENTO Reglamento General para Laboratorios de la Coordinación de Ingeniería Electrónica El presente reglamento tiene como objetivo el regular y establecer las normas de trabajo y orden dentro de los laboratorios de la coordinación de ingeniería electrónica. En ningún caso se busca contradecir el Reglamento Interno de Alumnos de la FIME y de la UANL. En caso de contradecirse los reglamentos, el Reglamento Interno de Alumnos de la FIME será el que predomine sobre este documento. Sobre los horarios. El horario normal de uso de laboratorio será de lunes a viernes de 7:00 a 21:30 horas. y sábados de 7:00 a 19:00 horas. (Podría extenderse, en función de la demanda) En caso de que el alumno o el personal docente requieran utilizar el laboratorio fuera del horario normal establecido deberá apegarse al procedimiento de autorización para utilización de los laboratorios y equipo fuera del horario normal. (Tramitando el permiso ante la Subdirección Administrativa) Sobre los usuarios de laboratorio. Todos los alumnos con credencial vigente de la FIME-UANL tendrán derecho a utilizar las instalaciones del laboratorio en horario normal cuando: a. Hayan tomado el curso sobre seguridad en laboratorios. b. Se encuentren en una sesión de clase programada en el laboratorio. c. Se encuentren realizando prácticas o experimentos de laboratorio bajo supervisión de un profesor o personal asignado. (Becario, Prestador de Servicio Social, Auxiliar administrativo o Practicante profesional) El uso del laboratorio quedará restringido durante las horas en que exista una clase (brigada) programada. Es decir, no podrán tener acceso alumnos al laboratorio si no pertenecen a la brigada programada, a menos que el profesor en turno autorice que el alumno utilice el laboratorio, el cual podrá continuar trabajando dentro del laboratorio en silencio y sin interrumpir la clase. El profesor tendrá la libertad de pedirle al alumno que se retire del laboratorio si considera que está interrumpiendo la clase. Sobre el Orden y la Limpieza. Queda estrictamente PROHIBIDO: Ingresar alimentos, bebidas, y líquidos a las áreas de trabajo del laboratorio. Sacar cualquier tipo de equipo o material del laboratorio sin realizar el procedimiento de préstamo de equipo y sin el consentimiento del responsable del laboratorio. Jugar con el equipo, darle un uso inapropiado o cualquier tipo de juego entre los usuarios dentro del laboratorio. Obstruir las áreas de trabajo y pasillos con mochilas, bolsas u otros objetos ajenos a las prácticas (Experimentos). Mover las computadoras de lugar Desconectar los equipos de las tomas de corriente o de la red de datos.

REGLAMENTO Sobre el orden y limpieza Revisar antes y después el orden y limpieza del área de trabajo, es decir que no exista basura ni polvo en el lugar utilizado o material de desecho derivados de la ejecución de la práctica o experimento Revisar, que las sillas se encuentren acomodadas en su lugar, que las computadoras se encuentren completas, en su lugar (1 teclado, 1 monitor, 1 CPU, 1 ratón), y que no estén desconectadas, ni con los cinchos cortados. Si el usuario detecta alguna anomalía, deberá comunicarlo al encargado del laboratorio inmediatamente de manera verbal, y elaborar un reporte por correo electrónico. Sobre la Seguridad. Para hacer uso del equipo se requiere autorización previa de los profesores o instructores. Respetar las áreas de trabajo. Leer las instrucciones del experimento a realizar antes de ingresar a las instalaciones. Mantener sobre las mesas de trabajo solo el material de la práctica, es decir, útiles escolares, equipos de cómputo, mochilas, bolsas, accesorios e indumentaria extra deberán resguardarse en el lugar predestinado para ello (Debajo de las mesas de trabajo, el alumno es responsable de cuidar sus pertenencias). Cuidar y no causar daño a el mobiliario y equipo. (Título Cuarto, Capítulo I, Artículo 147, Sección XI y Título Noveno, Capítulo I, Artículo 243 del reglamento de la FIME) Portar lentes de seguridad. Sobre el préstamo de Material (Equipos de medición). El material requerido deberá ser solicitado por el alumno al personal encargado (Becario, Servicio Social, Practicante Profesional, Profesor). El alumno deberá contar con la credencial vigente de la UANL, que lo acredite como alumno de la FIME o en caso contrario con una identificación con fotografía. Sobre la operación del equipo. Para usar el equipo es requisito saber operarlo o contar con un manual de operación. Estos manuales se encuentran en la página del fabricante y existirá una impresión en los libreros de cada laboratorio donde el alumno pueda consultarlos de acuerdo a sus necesidades (deberá solicitarlo a su profesor o personal a cargo). Es indispensable seguir al pie de la letra las rutinas de encendido y apagado de los diferentes equipos. Si se realiza alguna modificación física en los equipos, al terminar de trabajar éste debe quedar en las mismas condiciones en las que fue entregado. Sobre las sanciones. (Título Noveno, Capítulo III, Artículos 249-253) De no respetar el presente reglamento, el usuario se hará acreedor a un reporte disciplinario y una sanción dependiendo de la gravedad de la falta. Las sanciones serán determinadas por la coordinación del laboratorio en concordancia con los reglamentos vigentes de la FIME-UANL.

PRESENTACIÓN Y PROPÓSITO Este folleto es una referencia para guiar la implementación de los circuitos electrónicos del laboratorio de Electrónica Analógica I, es un material de apoyo para guiar el proceso de aprendizaje y tener claros los objetivos del contenido de la Unidad de Aprendizaje del Laboratorio de Electrónica Analógica 1, vinculando la teoría vista en el Programa Analítico de la Unidad de Aprendizaje de Electrónica Analógica I con la Práctica Práctica. Con este folleto se pretende desarrollar en el estudiante de Ingeniería, las competencias instrumentales a nivel básico y reforzar las competencias personales y de interacción social plasmadas en el Programa Analítico, que es utilizado en los programas educativos: Ingeniería en Electrónica y Comunicaciones, Ingeniería Mecatrónica, Ingeniería Electrónica y Automatización de la FIME-UANL. Los circuitos electrónicos utilizados en este manual proceden de distintas fuentes y se adaptaron con la finalidad de cumplir con los objetivos que se pretenden alcanzar en la Unidad de Aprendizaje. El listado de material, los objetivos, las instrucciones están bien detalladas, la secuencia de aprendizaje de cada práctica está acompañada de un cuestionario para afianzar los conocimientos adquiridos y que el estudiante debe contest contestar ar en cada práctica. El estudiante está obligado a leer las instrucciones antes de iniciar con la práctica, los conceptos tteóricos eóricos deben ser expuestos de manera que alcance una compre comprensión nsión cl clara ara de lo que se va a realizar. El estudiante debe registrar la experiencia y las medidas realizadas en el laboratorio, para contar con la información suficiente para llegar a una conclusión.

Pro Propó pó pósi si sito: to: Esta unidad de aprendizaje tiene como finalidad formar estudiantes de Ingeniería de la FIME-UANL competentes y proactivos, en las que su desempeño integre las habilidades y actitudes necesarias para adaptarse de forma ágil al entorno industrial. Para esto los estudiantes deberán de realizar 10 prácticas de laboratorio en las que se demostrarán mediante pruebas con circuitos electrónicos, los conocimientos adquiridos en la clase, además se desarrollarán las competencias necesarias para la utilización de equipo e instrumentación electrónica, la elaboración de reportes y la identificación de los circuitos electrónicos en los sistemas utilizados a nivel industrial, se estará en posibilidad de efectuar diseños de circuitos electrónicos y elaborar mantenimientos correctivos, identificación de fallas en el campo de aplicación.

Índice

TAB TABLA LA D DE E REP REPORT ORT ORTES ES

2

CÓD CÓDIGO IGO DE C COL OL OLORES ORES

3

CU CURVA RVA C CAR AR ARACTERÍ ACTERÍ ACTERÍSTI STI STICA CA D DEL EL DI DIOD OD ODO O

7

CU CURVA RVA C CAR AR ARACTERÍ ACTERÍ ACTERÍSTI STI STICA CA D DEL EL DI DIOD OD ODO O EN EL O OSCIL SCIL SCILOCOP OCOP OCOPIO IO

15

CIR CIRCUIT CUIT CUITO O RE RECOR COR CORTAD TAD TADOR OR

18

EXPE EXPERIMEN RIMEN RIMENTO TO 4

23

CIR CIRCUIT CUIT CUITO O SU SUJETA JETA JETADOR DOR

23

REC RECTIFIC TIFIC TIFICADO ADO ADOR R DE OND ONDA A COM COMPLE PLE PLETA TA TI TIPO PO PPUEN UEN UENTE TE

27

REG REGULA ULA ULADOR DOR ZENE ZENER R

34

CU CURVAS RVAS CAR CARACTE ACTE ACTERÍST RÍST RÍSTICA ICA ICASS DEL TRA TRANSIS NSIS NSISTOR TOR BIPO BIPOLAR LAR

37

DISE DISEÑO ÑO D DE EU UN NA AMPLI MPLI MPLIFICA FICA FICADO DO DOR R EM EMISOR ISOR CO COMÚN MÚN

42

CU CURVAS RVAS CAR CARACTE ACTE ACTERÍST RÍST RÍSTICA ICA ICASS DEL FET

50

DISE DISEÑO ÑO D DE EU UN NA AMPLI MPLI MPLIFICA FICA FICADO DO DOR R SUR SURTIDO TIDO TIDOR RC COM OM OMÚN ÚN

55

Tabla de Reportes Tabla de Reportes Nombre:_______________________________________________________________________Matrícula:______________________ Brigada:____________________ Día:_____________________ Hora:_________________ Profesor:

Práctica y/o Proyecto

1.-Curva característica del diodo 2.-Curva del diodo en el osciloscopio

Experimento

3.-Circuito recortador 4.-Circuito sujetador 5.-Rectificador tipo puente 6.-Regulador Zener 7.-Curvas características del transistor bipolar 8.-Diseño de un amplificador emisor común 9-Curvas características del FET 10.-Diseño de un amplificador surtidor común

Circuito en Protoboard

Mediciones en laboratorio

Reporte

Calificación

Código de Colores * Color

Franjas 1y2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Franja 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 X 0.1 X 0.01

Tolerancias

Negro Café 1% Rojo 2% Naraja Amarillo Verde Azul Violeta Gris Blanco Dorado 5% Plateado 10% Sin color 20% Tabla 1 código de colores

*Como se puede observe la tercer franja equivale a la cantidad de ceros, a excepción de los colores oro y plata que son un multiplicador directo. Otro caso son las resistencias de precisión, las cuales contienen cinco franjas; las primeras dos son valores enteros como en las normales, pero la tercera pasa a ser otro valor entero, y la cuarta es la cantidad de ceros. De ésta manera por eliminación nos damos cuenta que la quinta franja es la franja multiplicadora. Normalmente éstas resistencias tienen 1% de tolerancia, y se pueden encontrar en aparatos de precisión como los multímetros (Figura 1). A continuación se muestran dos ejemplos (figura 2, 3)

Figura 1 Esquema del código de colores

Figura 2 Ejemplo de uso de código de colores Como se puede observar la tolerancia es de 5%, por lo tanto, el valor debe ser estar entre 950Ω y 1050Ω. De no ser así, la resistencia podría estar en mal estado.

Figura 3 Ejemplo de uso de código de colores Resistencia de precisión, de las normalmente encontradas en multímetros, y otros aparatos de mucha exactitud. El valor es de 1000 Ω con 1% de tolerancia, es decir su valor debe de estar entre 990 Ω y 1010 Ω

Coordinación General Académica de Ingeniería Electrónica, versión 2017

Código de Capacitores

Figura 4 código de colores para Capacitores

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Material para la implementación de los experimentos Práctica y/o Proyecto Experimento 1 Curva característica del diodo

Experimento 2 Curva del diodo en el osciloscopio

Experimento 3 Circuito recortador

Experimento 4 Circuito sujetador

Experimento 5 Rectificador tipo puente. (Los componentes de este experimento deben soportar potencias mayores a 1Watt)

Experimento 6 Regulador zener REGULADOR ZENER (Los componentes de este experimento deben ser de al menos 1 Watt de potencia)

Experimento 7 Curvas características del transistor bipolar

Cantidad

Componente

1

Protoboard

1

Resistencia 1kΩ

1 1

Diodo 1N4148 Transformador 120/12 V CA a 1A o más.

1

Clavija con cable para conectar el transformador al contacto de 127 Vca

1

Cinta de aislar. Debe ser usada en el transformador

1

Puente rectificador de 1 A a 50 V.

1

Diodo 1N4148 o cualquiera de silicio, germanio o Arseniuro de Galio

1

Resistencia de 1K .

1

Resistencia de 3.3K .

1

Potenciómetro lineal de 1KΩ

1

Resistencia de 100 KΩ

1

Diodo 1N4148 (El mismo del experimento 1)

1

Potenciómetro de 1K Ω (El mismo del experimento 3)

1

Resistencia 100K Ω, ½ W (La misma del experimento 3)

1

Diodo 1N914

1

Capacitor 0.1 μf, 100V

1

Cinta de aislar

1

Transformador 120/12 VCA a 1A o más.

1

Clavija con cable para conectar el transformador al contacto de 127 Vca

4

Diodos 1N4148.

2

Capacitores electrolíticos de 330F, 50V o más.

1

Resistencia de 1 de 3W o mayor.

10 1

Resistencias de 100 de 3W o mayor. Diodo Zener de 12V de 1 W o más.

1

Resistencia de 58 de 1 W o más.

2

Resistencias de 1.2K , 1 W

1

Puente rectificador de 1 A de 50 V.

1

Transistor 2N3904 ó equivalente. (Descargar hoja de especificaciones de Internet)

1

Resistencia 100 K , ½ W

1

Resistencia 100  , ½ W

1

Resistencia 3.3 K , ½ W

1

Transformador 120/12 VCA, a 1 A.(El mismo del experimento 2)

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Práctica y/o Proyecto

Experimento 8 Diseño de un amplificador emisor común

Experimento 9 Curvas características del FET

Experimento 10 Diseño de un amplificador surtidor común

Cantidad 1 Transistor 2N3904 1

Resistencia 22K , ½W

1

Resistencia 120K , ½W

2

Resistencia 10K , ½W

1

Resistencia 1.2K , ½W

1

Resistencia 330 , ½W

1

Capacitores de 47 F, 50V

1

Capacitor 100F, 50V

1

Puente rectificador de 1 A

1

Transistor 2N5951 o equivalente.

1

Resistencia 100 , ½W

1

Resistencia 10K , ½W

2

Resistencias 3.3K , ½W

1

Transformador 120/12 VCA

1

FET 2N5951 o equivalente.

2

Resistencias de 100K , ½W

1

Resistencia de 10K , ¼W

2

Resistencias de 2.2K , ½W

1

Resistencia de 68 , ½W

1

Resistencia de 470 , ½W

2

Capacitores de 10 F, 50V

1

Capacitor de 100 F, 50V

Componente

Tabla 2 Material para experimentos

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Curva característica el diodo con multímetro

Experimento 1 Curva Característica Del diodo Objetivo. Obtener la curva de respuesta del diodo a través de un circuito formado por una resistencia y un diodo, medir las caídas de voltaje y flujo de corriente. Hacer uso adecuado del multímetro. Usar escalas adecuadas. Lista de Material 1 Protoboard 1 Resistencia de 1K (La potencia la puedes calcular en base al voltaje que se va aplicar) 1 Diodo 1N4148 (Busca la página web del fabricante y descargar hoja de especificaciones del diodo) Equipo (Proporcionado en el Laboratorio) 1 Multímetro 1 Fuente de voltaje variable de 0 a 10 volts. Teoría preliminar El circuito (Figura 6) consta de una resistencia en serie con un diodo, la fuente a utilizar es una fuente de voltaje variable entre 0 y 10 volts. Al variar la fuente de voltaje cambiará la corriente y el voltaje a través del diodo, tomar dichos valores para graficar la curva real del diodo, que será aproximadamente la que observamos en libros de texto (Figura 5) La característica general de un diodo semiconductor se puede definir mediante la ecuación de Shockley, para las regiones de polarización en directa y en inversa (Boylestad, 2009):

𝐼𝐷 = 𝐼𝑆 (𝑒

𝑉𝐷 𝑛𝑉𝑇

− 1) (𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒𝑠)

Dónde: 𝐼𝐷 Corriente del diodo IS Corriente de saturación en inversa VD Voltaje de polarización en directa aplicado a través del diodo n factor de idealidad, el cual es una función de las condiciones de operación y construcción física; varía entre 1 y 2 según una amplia diversidad de factores.

El voltaje térmico VT está dado por: (2) 𝑉𝑇 =

𝑘𝑇 (𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠) 𝑞

Donde: k es la constante de Boltzmann 1.38*10-23 J/K T es la temperatura absoluta en Kelvin = 273+ la temperatura en °C q es la magnitud de la carga del electrón 1.6*10-19 Coulomb La temperatura que normalmente se considera para un sistema electrónico operando en un lugar cerrado es de 27°C.

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Curva característica el diodo con multímetro

Figura 5 Curva obtenida utilizando la ecuación (2) de Shockley en MATLAB® (Attia, 1999)

Procedimiento: 1.-Implementar el siguiente circuito (Figura 6):

Figura 6 Diagrama del circuito (Diodo polarizado en directa a través de una resistencia)

2.- Colocar los aparatos de medición como se muestra a continuación ( Figura 7):

Figura 7 Conexiones para medir corriente (a) y voltaje (b).

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Curva característica el diodo con multímetro

3.- Efectuar las siguientes mediciones al estar variando la fuente de voltaje con los valores que aparecen en la tabla. Ley de Ohm VD ID +V (Volts) (En caso de que no Volts miliamperio funcione el Amperímetro) 0 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 2 4 6 8 10 Tabla 3 Valores de Voltaje y Corriente en el Diodo. (No olvides incluir las unidades en los valores medidos.)

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Curva característica el diodo con multímetro

4.- Registrar la siguiente información Equipo utilizado

Fabricante-Modelo

No. de serie

Multímetro Digital Osciloscopio Generador de funciones Fuente de voltaje OTRO (Especifica):

Reporte : 1. Anota el procedimiento utilizado en el multímetro para la medición de voltaje y corriente:

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Curva característica el diodo con multímetro

2. Graficar ( ) la corriente contra el voltaje del diodo utiliza MATLAB ® y aplica la aproximación necesaria para que la curva se asemeje lo más posible a la teoría. Consulta: Karris, S. T. ...