Práctica 1 - Electrónica PDF

Preview

Summary

Práctica de Electrónica analógica con el profesor Mario Ramos...

Description

CENTRO DE ENSEÑANZA TÉCNICA Y SUPERIOR

Escuela de ingeniería Electrónica Práctica 1 – Arreglo de diodos en serie y paralelo

Presenta: Aratza Moreno Crespo - 34543 Paloma Orozco Osuna - 31234 Karime Cuevas del Cid - 35352 Bruno Mendez Perez - 35261 Germán Vega López - 35149

Mexicali, B.C. a 2 de May de 2021

2

Practica 1 – Arreglo de Diodos en Serie y Paralelos Realice la práctica siguiendo las instrucciones y las indicaciones del profesor. Materiales: 

Resistencias varias



ProtoBoard



Alambre para proto



Fuente de Voltaje



Multímetro



LEDs Rojo, Amarillo, Verde



Diodos de uso general

Información previa: La fuente de voltaje proporciona la diferencia de potencial requerida para energizar los circuitos construidos. Regularmente se emplean fuentes de voltaje digital por su sencillez de operación y gran precisión al momento de mantener un voltaje. Preguntas: ¿Cuál es el rango de voltaje de la fuente que está utilizando? ¿Qué porcentaje de variación maneja la fuente? El protoboard, como su nombre lo indica, es una tablilla de prototipeo. Simula la conexión múltiple de componentes electrónicos para observar el comportamiento de un circuito, sin necesidad de soldarlos de manera permanente. Es ideal para diseño de sistemas de acondicionamiento o control de elementos de manera rápida y estable.

3

El multímetro es un dispositivo diseñado para realizar la medición de los tres parámetros principales de la electrónica: 

Resistencia – Escalas de 200, 2000, 20 K, 200 K, 2000 K, 20 M ohm usualmente.



Voltaje – Escalas de 200mV hasta



Corriente

Cuenta con dos puntas de medición que se emplean para tocar los extremos de los componentes que se desea medir. A través de un selector tipo dial, se configura el dispositivo para medir resistencia, voltaje y corriente en diferentes escalas.

4

Instrucciones parte 1: Prueba de diodo Antes de iniciar con las mediciones en los circuitos, es necesario probar que los diodos con los que se cuenta funcionan de manera adecuada. En muchas ocasiones los circuitos pueden fallar sin ninguna razón aparente, siendo muy posible que los componentes utilizados presentaran desperfectos desde el momento de su compra. 1. Tome el Multímetro y enciéndalo. 2. Posicione la perilla del multímetro en la posición para medir diodos, se identifica con un pequeño símbolo de diodo. 3. Conecte un diodo al protoboard de manera que no se tengan los dos pines colocados en una sola línea. 4. Proceda a medir el diodo. a. ¿Qué marca la pantalla del multímetro? Dependiendo de cómo se colocan las puntas del multímetro, marca un 1 en el lado izquiedo de la pantalla del multímetro u OL (Open Line).

b. ¿Cómo debe indicar la pantalla del multímetro cuando se mide un diodo que funciona correctamente? Muestra un número, que para los diodos de silicio es de aproximadamente 500. 5. Cambie el orden de las puntas del multímetro y repita la medición. a. ¿El diodo funciona bien? Sí

5

6. Repita y revise los demás diodos que tenga para trabajar. Instrucciones parte 2: Arreglos en Serie 1. Tome una fuente del depósito del laboratorio. Tenga cuidado de no tirarla. 2. Conecte la fuente de voltaje a la toma de corriente. 3. Encienda la fuente y coloque el indicador de voltaje a 5V. 4. Verifique el voltaje con el multímetro en la escala correcta. a. Es muy importante asegurarse que la fuente otorga el voltaje correcto antes de realizar las conexiones. 5. Calcule la corriente I



en los siguientes circuitos.

Corriente del circuito a: Ya que el diodo está conectado de forma inversa, la corriente es cero:

No da un valor exacto en la simulación de 0 por que existe una corriente de saturación inversa, pero es un valor tan pequeño que es cercano a cero.



Corriente del circuito b: Con las siguientes ecuaciones: 10I1 – 0.7 +20 (I1 – I2)=0

20 (I2 – I1) + 0.7 – 20 = 0

30 I1 – 20 I2 = 0.7

-20 I1 + 20 I2 = 19.3

6

Se obtiene que: I1 = 2A I2 = 2.965 A Por lo tanto: ID = I2 – I1 = 2.965 – 2 = 965 mA Comprobación:



Corriente del circuito C: Ya que el diodo inferior está conectado de manera inversa, se crea un circuito abierto, por lo que la corriente se obtiene directamente con ley de Ohm: I=V/R=10V/10Ω I=1A

a.

Si se emplean resistencias de ¼ watt, se pueden realizar de manera segura los

circuitos? Justifique con cálculos de potencia y explicación. Las resistencias son muy pequeñas para poder soportar la potencia. En el circuito A no hay corriente, por lo tanto no hay potencia. En cambio, en el circuito B por la resistencia de 10 Ω fluye una corriente de 2 A, por lo que la potencia en ella sería P = I 2R = (2 A)2(10 Ω) = 40 W, lo que es mucho mayor que 0.25 W. Por la segunda resistencia fluyen 0.965 A por lo que esa resistencia disipa una potencia de P = I2R = (0.965 A)2(20 Ω) = 18.62 W, que sigue siendo mayor que 0.25 W. Para el circuito C, por la resistencia fluye una corriente de 1 A, por lo que, en este caso, la potencia es P = I2R = (1 A)2(10 Ω) = 10 W, que, nuevamente, es mayor que 0.25 W.

7

6. Modifique los circuitos (cambie el valor de la resistencia) para limitar la corriente I ≤ 15 mA . a. Valide los cálculos realizando las conexiones y midiendo con el multímetro.

Para el primer circuito no se necesita hacer un ajuste en la resistencia ya que por la polarización del diodo, no habrá flujo de corriente. Para el circuito B, para mantener una división de corriente similar a la mostrada en la figura, en vez de utilizar 10 Ω se usó 1KΩ y en vez de 20 Ω se usó 2.2 KΩ. Ambas resistencias permiten que la corriente sea menor de 15 mA: 1K I1 – 0.7 +2.2K (I1 – I2) = 0

2.2K (I2 – I1) + 0.7 – 20 = 0

3.2K I1 – 2.2K I2 = 0.7

-2.2K I1 + 2.2K I2 = 19.3

Se obtiene que: I1 = 20 mA I2 = 28.77m A Por lo tanto: ID = I2 – I1 = 28.77 mA – 20 mA = 8.77 mA Lo que es menor a los 15 mA Comprobación:

8



Para el circuito C, ya que uno de los dos diodos queda polarizado inversamente y se crea un circuito abierto, es sencillo calcular la corriente: Se usó una resistencia de 1K para tener una corriente de 10 mA, que es menor a los 15 que se especifica. I=V/R=10V/1 KΩ I = 10 mA Comprobación:

9

7. Conecte los siguientes circuitos y calcule los valores

Vo e I D

a. Valide los cálculos realizando las mediciones adecuadas.

10

Para el circuito A: - 5 + 0.7 + 2.2K I = 0 ID = 1.954 mA Ahora bien, Vo es el voltaje en la resistencia, que sería Vo=IR=(1.954mA)(2.2KΩ) Vo = 4.3 V. En este caso el voltaje sería negativo por la polarización de la resistencia. Por lo tanto Vo en realidad es -4.3 V. Comprobación:

Para el circuito B: 8 - 0.7 - 1.2K I – 4.7K I = 0 ID = 7.3 / 5.9k = 1.237 mA Ahora bien, Vo es el voltaje en la resistencia de 4.7 K (que se ve afectada también por el diodo), que sería Vo=IR=(1.237mA)(4.7KΩ) Vo = 5.81 V. En este caso al voltaje se le deben agregar los 0.7 V del diodo. Por lo tanto Vo en realidad es 6.51 V. Comprobación:

11

Instrucciones parte 3: Arreglos Paralelos 1. Arme los siguientes circuitos y calcule

I D y Vo .

a. Valide realizando las mediciones adecuadas.

12

Para el circuito A: Calculando la corriente total: 20 – 0.7 - 4.7K I = 0 I = 4.1 mA Al pasar por la malla donde se encuentran los dos diodos, la corriente se divide en partes iguales, por lo que la corriente de cada diodo sería 2.05 mA. Ahora bien, Vo es el voltaje en la resistencia, que sería Vo=IR=(4.1mA)(4.7KΩ) Vo=19.27 V, lo cual tiene sentido ya que los 20 V de la fuente menos los 0.7 de los diodos da un Vo=19.3 V. Comprobación:

13

Para el circuito B: Para este circuito solamente uno de los dos diodos logrará que fluya corriente y el otro actuará como circuito abierto, por lo que se puede ignorar para los cálculos: 15 – 0.7 - 2.2K I = 0 I = 6.5 mA Ahora bien, Vo es el voltaje en la resistencia, que sería Vo=IR=(6.5mA)(2.2KΩ) Vo=14.3 V, lo cual tiene sentido ya que los 15 V de la fuente menos los 0.7 de los diodos da un Vo=14.3 V. Comprobación:

14

2. En los circuitos anteriores substituya uno de los diodos por un LED color verde. Limite la corriente para obtener el máximo brillo posible sin quemar los LEDs. No pasó nada.

3. En el circuito anterior b), sustituya el otro diodo por un LED color rojo.

15

a. ¿Qué debería suceder? Se debe prender uno de los dos diodos. b. ¿Qué consideraciones se deben de tomar con este cambio? El voltaje necesario para poder encender el LED. Ya que por ejemplo, si se pone en paralelo con un diodo de silicio, los 0.7 no alcanzarán los 2 V necesarios para encenderlo, pero al poner otro LED rojo, si alcanza los 2. También es necesario considerarse la polarización para saber cual de los dos LEDs se encenderá:

4. Construya los siguientes circuitos y calcule las corrientes I

y voltajes

Vo

16

a. Valide realizando las mediciones adecuadas.

Para el circuito A: Usando análisis de mallas se obtienen las siguientes ecuaciones: 20 - 1K I1 – 0.7 = 0 I1 = 19.3

mA

0.7 – 0.3

+

0.47K I2

=0

I2 = 851

µA

Por lo

que la

corriente en el diodo de silicio es de: ID = I1 – I2 = 19.3 mA – 0.851 mA ID = 18.449 mA Ahora bien, obtener los Voltajes Vo1 y Vo2 es bastante sencillo, pues son los voltajes de los diodos: Vo1 = 0.7 V Vo2 = 0.3 V Comprobación:

17

Lamentablemente, para la parte experimental no contábamos con diodos de germanio, por lo que los voltajes medidos se tomaron con diodos de silicio.

Para el circuito B: Haciendo nuevamente análisis de mallas se obtienen las siguientes ecuaciones: -2K I1 + 4K I2 = 9.9 4K I1 – 2K I2 = 0 Se obtiene: I1 = 1.55 mA I2 = 3.1 mA Esto significa que la corriente total (malla 2) tiene una corriente de 3.1 mA. Al llegar al punto en el que la corriente se separa en los dos diodos con sus resistencias, al tener estas últimas un mismo valor, la corriente se parte en dos corrientes de igual magnitud (1.55 mA) que corresponde al valor encontrado en la malla 1, que a su vez es la corriente de los diodos.

18

Ahora bien, Vo es el voltaje en la resistencia, que sería Vo=IR=(3.1mA)(2KΩ) Vo=6.2 V. Comprobación:

Preguntas: 1. ¿Cuál es la diferencia entre calcular la corriente

I

y la corriente

ID ?

La corriente I es la corriente total del circuito. La corriente ID es la corriente que fluye por un diodo.

19

2. ¿Los cálculos corresponde a las mediciones realizadas? ¿Por qué? Si coinciden pero no exactamente, ya que puede haber diversas variaciones por factores como: La fuente no da un voltaje exacto. El multímetro puede tener desfases a la hora de hacer las mediciones. Las resistencias pueden cambiarse por unas de valores cercanos en caso de no tener disponibles las necesarias, además que éstas también tienen un porcentaje de tolerancia en el valor de su magnitud.

Observaciones y comentarios: En algunas secciones se usaron resistencias diferentes a las que pedía el ejercicio, pero no muy alejadas del valor requerido. Por ejemplo, como no contamos con resistencias de 2K Ω usamos de 2.2K Ω En esta práctica logramos aprender cosas completamente nuevas como el uso de diodos, e incluso el uso de una protoboard y armar circuitos, ya que algunos compañeros del equipo no tenían experiencia en el área de circuitos eléctricos. Tamibién experimentamos cosas nuevas como quemar resistencias o descomponer LEDs para familiarizarnos más con la materia en cuanto al área práctica.

Conclusiones: Esta práctica nos ayudo a conocer experimentalmente a los diodos. Logramos aplicar lo visto en clase en vida real, y es emocionante ver como al realizar cálculos, las mediciones coincidan con lo obtenido. Logramos solidificar todo el conocimiento teórico que hemos aprendido gracias a la experimentación....