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Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán
Departamento de Ingeniería
Sección Electrónica
Dispositivos y Circuitos Electrónicos
Prácticas de laboratorio
SEMESTRE 20 24 – 1
Asignatura Dispositivos y Circuitos Electrónicos
Clave de la carrera 36 Clave de la asignatura 1524 Fecha de Elaboración: 2003 Fecha de modificación: agosto 2023 Autores: Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez
Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez 1 Laboratorio de Dispositivos y Circuitos Electrónicos Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica Índice 1 Contenido 2 Reglamento del laboratorio 3 Instrucciones para la elaboración de reportes y Criterios de Evaluación 5 Práctica 1. Introducción al Laboratorio de Dispositivos Electrónicos. 6 Práctica 2. Características del Diodo. 10 Tema II de la Asignatura Práctica 3. Circuitos Rectificadores. 14 Tema III de la Asignatura Práctica 4. Circuitos con Diodos: Recortador, Fijador 18 y Doblador de Voltaje. Tema III de la Asignatura Práctica 5. Fuente de Voltaje de Corriente Directa. 21 Tema III de la Asignatura Práctica 6. Polarización del Transistor Bipolar de Juntura TBJ 25 Tema IV de la Asignatura Práctica 7. Parámetros Híbridos . 30 Tema IV de la Asignatura Práctica 8. Amplificador Básico ( Emisor Común .). 33 Tema IV de la Asignatura Práctica 9. Amplificador Colector Común y Base Común. 36 Tema IV de la Asignatura Práctica 10. El Transistor de Efecto de Campo de Unión JFET 39 Tema V de la Asignatura Apéndice A Descripción del equipo de laboratorio 45 Apéndice B Hojas técnicas 52 Bibliografía 59
ÍNDICE
Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez 3 Laboratorio de Dispositivos y Circuitos Electrónicos Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA
SECCIÓN ELECTRÓNICA
REGLAMENTO INTERNO DE LABORATORIOS
El presente reglamento de la sección electrónica tiene por objetivo establecer los lineamientos, requisitos, condiciones de operación y evaluación, que deberán de conocer y aplicar, alumnos y profesores en los laboratorios dentro de sus cuatro áreas: comunicaciones, control, sistemas analógicos y sistemas digitales.
- Dentro del laboratorio queda estrictamente prohibido. a. Correr, jugar, gritar o hacer cualquier otra clase de desorden. b. Dejar basura en las mesas de trabajo y/o pisos. c. Sentarse sobre las mesas. d. Fumar, consumir alimentos y/o bebidas. e. Realizar o responder llamadas telefónicas y/o el envío de cualquier tipo de mensajería. f. La presencia de personas ajenas en los horarios de laboratorio. g. Dejar los bancos en desorden y/o sobre las mesas. h. Mover equipos o quitar accesorios de una mesa de trabajo. i. Usar o manipular el equipo sin la autorización del profesor. j. Rayar las mesas del laboratorio. k. Energizar algún circuito sin antes verificar que las conexiones sean las correctas (polaridad de las fuentes de voltaje, multímetros, etc.). l. Hacer cambios en las conexiones o desconectar el equipo estando energizado. m. Hacer trabajos pesados (taladrar, martillar, etc.) en las mesas de trabajo. n. Instalar software y/o guardar información en los equipos de cómputo de los laboratorios.
- Se permite el uso de medios electrónicos y equipo de sonido (celulares, tabletas, computadoras, etc.) únicamente los requeridos para la realización de las prácticas.
- Es responsabilidad del profesor y de los alumnos revisar las condiciones del equipo e instalaciones del laboratorio al inicio de cada práctica (encendido, dañado, sin funcionar, maltratado, etc.). El profesor deberá generar el reporte de fallas de equipo o de cualquier anomalía y entregarlo al encargado de área correspondiente o al jefe de sección.
- Los profesores deberán de cumplir con las actividades y tiempos indicados en el “cronograma de actividades de laboratorio”.
- Los alumnos deberán realizar las prácticas de laboratorio. No son demostrativas
- Es requisito indispensable para la realización de las prácticas, que el alumno cuente con su manual completo y actualizado al semestre en curso , en formato digital o impreso, el cual podrá obtener en: http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria
Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez 4 Laboratorio de Dispositivos y Circuitos Electrónicos Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica
- Es requisito indispensable para la realización de las prácticas de laboratorio que el alumno cuente con las hojas de datos técnicos de los dispositivos a utilizar.
- El alumno deberá traer su circuito armado en la tableta de conexiones (cuando aplique) para poder realizar la práctica, de no ser así, tendrá una evaluación de cero en la sesión correspondiente.
- En caso de que el alumno no asista a una sesión, tendrá falta, (evaluándose con cero) y será indicada en el registro de seguimiento y control por medio de guiones.
- La evaluación de cada sesión debe realizarse con base en los criterios de evaluación incluidos en los manuales de prácticas de laboratorio y no podrán ser modificados. En caso contrario, el alumno deberá reportarlo al jefe de sección.
- La evaluación final del laboratorio será con base en lo siguiente: A - (Aprobado); Cuando el promedio total de todas las prácticas de laboratorio sea mayor o igual a 6 siempre y cuando tengan el 90% de asistencia, el 80% de prácticas acreditadas con base en los criterios de evaluación y el 100% de reportes entregados de las prácticas realizadas. NA - (No Aprobado); No se cumplió con los requisitos mínimos establecidos en el punto anterior. NP - (No Presentó); Cuando el alumno no asistió a ninguna sesión de laboratorio.
- En las instalaciones de laboratorio no se podrán impartir clases teóricas, ya que su uso es exclusivo para la impartición de sesiones prácticas.
- Profesores que requieran hacer uso de las instalaciones de laboratorio para realizar trabajos o proyectos, es requisito indispensable que notifiquen por escrito al jefe de sección. Siempre y cuando no interfiera con los horarios de los laboratorios.
- Alumnos que requieran realizar trabajos o proyectos en las instalaciones de los laboratorios, es requisito indispensable que esté presente el profesor responsable del trabajo o proyecto. En caso contrario no podrán hacer uso de las instalaciones.
- Correo electrónico del buzón para quejas y sugerencias para cualquier asunto relacionado con los laboratorios ([email protected]).
- En caso de incurrir en faltas a las disposiciones anteriores, alumnos o profesores serán acreedores a las sanciones correspondientes. Los casos no previstos en el presente reglamento serán resueltos por el Jefe de Sección. “POR MI RAZA HABLARÁ EL ESPÍRITU” Cuautitlán Izcalli, Estado de Méx. a 20 de junio de 2022
Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez 6 Laboratorio de Dispositivos y Circuitos Electrónicos Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica OBJETIVOS ➢ Conocer el manejo y uso del equipo que se utiliza en el laboratorio para la realización de las prácticas. ➢ Se pretende que en la 2da^ o 3 ra^ práctica el alumno aprenda a utilizarlo adecuadamente. INTRODUCCIÓN Para la comprobación de los diferentes circuitos que se armarán en este laboratorio se hará uso de equipo, tanto para alimentar el circuito como para hacer las debidas mediciones. El equipo por utilizar viene listado en cada una de las prácticas y puede ser: ➢ Fuente de voltaje. ➢ Generador de señales o generador de funciones. ➢ Multímetro. ➢ Osciloscopio. ➢ Tableta de conexiones. ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA
- El alumno deberá leer la práctica de laboratorio.
- Indique los colores que debe presentar cada una de las resistencias del siguiente circuito.
- Realice la simulación y el análisis teórico de la figura 1.1 para obtener voltaje, corriente y potencia de cada una de las resistencias, anotando los resultados en una tabla.
- Realice la simulación de la figura 1.5 observando el voltaje en los puntos A-A’, B-B’, C-C’.
NOTA: los valores del punto 3 serán utilizados para resolver el cuestionario (anótalos en tú cuaderno).
Figura 1. EQUIPO Fuente de voltaje. Generador de funciones. Multímetro. Osciloscopio. Tableta de conexiones.
PRÁCTICA 1. “INTRODUCCIÓN AL LABORATORIO DE
DISPOSITIVOS Y CIRCUITOS ELECTRÓNICOS”
Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez 7 Laboratorio de Dispositivos y Circuitos Electrónicos Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica MATERIAL Juegos de bananas y caimanes 3 Resistencias de 1.2k a ½ watt R 1 , R 3 y R 6 3 Resistencias de 1k a ½ watt R 2 , R 4 y R 5 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
- Mida con el multímetro en el rango adecuado, los valores de las resistencias. Anote su valor obtenido en la tabla 1. 1 y compárelo con su valor teórico de acuerdo con el código de colores. Resistencia ( ) Teórico^ Real R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 Tabla 1. 1
- Arme el circuito de la figura 1. 2 a, la forma en que el circuito queda en la tableta de conexiones se muestra en la figura 1. 2 b. Nota. La forma de medir voltaje en un circuito es conectando el volmetro del multímetro en paralelo con dicho elemento. Si se desea medir la caída de voltaje en la resistencia R 1 se conecta el multímetro en paralelo con la resistencia R 1 , como se observa en la figura 1. 2 a. Si se desea medir la caída de voltaje en la resistencia R 2 , se conectará el multímetro en paralelo con R 2. Figura 1. 2 a Figura 1. 2 b
- Encienda la fuente de voltaje y mida el voltaje en las resistencias anotando los resultados obtenidos en la tabla. 1. 2. Al terminar las mediciones apague la fuente de voltaje.
Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez 9 Laboratorio de Dispositivos y Circuitos Electrónicos Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica
- Mida las corrientes en cada una de las resistencias. Anote los valores obtenidos en la tabla 1. 2.
- Arme el circuito de la figura 1. 5. Calibré el generador de funciones, Vi , para obtener una señal senoidal igual a 12Vpp, a una frecuencia de 1kHz. Figura 1. 5
- Mida con el canal “ 1 ” del osciloscopio los voltajes entre los puntos A–A’, B–B’ y C–C’. Dibuje en papel milimétrico las formas de onda obtenidas en la pantalla del osciloscopio indicando su amplitud, frecuencia y periodo.
- Repita el paso 7 utilizando ahora una señal cuadrada y una triangular. CUESTIONARIO
- Comente los resultados obtenidos en la tabla 1. 1.
- Realice una tabla comparativa que incluya los datos teóricos (voltajes, corrientes y potencias) del circuito de la figura 1. 2 con los valores obtenidos prácticamente. Comente sus resultados.
- Con tus propias palabras explica para qué sirve el:
- Osciloscopio.
- Generador de funciones.
- Multímetro.
- Fuente de voltaje. CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez 10 Laboratorio de Dispositivos y Circuitos Electrónicos Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica OBJETIVOS ➢ Graficar la curva característica de un diodo rectificador de propósitos generales y un diodo regulador zener, utilizando datos experimentales. ➢ Encontrar los voltajes de arranque y las resistencias en directa del diodo rectificador y del diodo zener. INTRODUCCIÓN El diodo es un elemento importante dentro de la familia de los dispositivos electrónicos; así, conocer sus características funcionales, tanto teóricas como prácticas, es muy útil para la elaboración de circuitos a partir de él, o para poder comprender el funcionamiento de dispositivos más complejos. En esta práctica se obtendrán las características V–I de dos de los diodos más comunes: el diodo rectificador y el diodo zener. Las características se obtendrán utilizando medidas estáticas de voltaje y corriente del diodo en cuestión, en un número suficiente de puntos para determinarlas, tanto en directa como en inversa. Así se podrá encontrar el voltaje de arranque (Vd), el voltaje zener (Vz) o la resistencia directa dinámica (Rd) del diodo que se trate. ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA
- El alumno deberá leer la práctica de laboratorio.
- Explique detalladamente las aproximaciones del diodo rectificador y del diodo zener, en polarización directa.
- Explique detalladamente las aproximaciones del diodo rectificador y del diodo Zener, en polarización inversa.
- Realizar la simulación de los circuitos 2 .1, 2 .2, 2 .3 y 2 .4. EQUIPO Fuente de voltaje de CD. Multímetro. Osciloscopio. Tableta de conexiones MATERIAL Alambres y cables para conexiones 1 Resistencia de 120 a ½ watt R 1 1 Diodo 1N400 4 D 1 Diodo zener de 6.2V a ½ watt DZ
PRÁCTICA 2. “CARACTERÍSTICAS DEL DIODO”
Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez 12 Laboratorio de Dispositivos y Circuitos Electrónicos Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica
- Varíe la fuente de manera que el voltaje en el diodo rectificador, medido con el osciloscopio, sea ahora VD = – 2V. Desconecte el osciloscopio del circuito, mida y anote el valor de ID correspondiente.
- De igual manera que en el punto anterior, determine ID para cada valor de VD mostrado en la tabla 2.3. VD (V) Voltaje mín. - 2 – 4 – 6 – 8 – 10 ID (A) Tabla 2.
- Arme el circuito de^ la figura 2.4, repita el procedimiento del punto 5 y 6 y proceda a llenar la tabla 2.4. Cuide de desconectar el osciloscopio del circuito cuando se tome la lectura de IDZ. Figura 2. VDZ (V) Voltaje mín.
- 2.0 – 4.0 – 5.0 – 5.2 – 5.4 – 5.6 – 5.8 – 6.0 – 6. IDZ (mA) Tabla 2. 4
Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez 13 Laboratorio de Dispositivos y Circuitos Electrónicos Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica CUESTIONARIO
- Sobre un mismo par de ejes, grafique en papel milimétrico, la característica de corriente-voltaje para el diodo rectificador y el diodo zener, en base a las tablas de polarización directa 2.1 y 2.2 respectivamente.
- Diga qué función tiene R 1 en el circuito de la figura 2.1.
- Sobre un mismo par de ejes, grafique en papel milimétrico, la característica de corriente-voltaje para el diodo rectificador y el diodo zener, en base a las tablas de polarización inversa 2.3 y 2.4 respectivamente.
- Sobre la gráfica del punto anterior. ¿Cuál es la principal diferencia entre en diodo rectificador y el diodo zener?
- Observando las gráficas de las características en directa y las tablas 2.1 y 2.2, determine el voltaje de arranque en directa Vf para los diodos estudiados.
- Calcule el promedio de la resistencia estática en directa, Rd, para el diodo rectificador, tomando intervalos desde VD = 650mV, hasta que VD = 750mV (cuatro intervalos).
- Calcule la resistencia estática promedio en directa para el diodo zener, tomando intervalos desde VDZ = 700mV, hasta VDZ = 850mV (cuatro intervalos).
- ¿A qué se debe que Vd sea siempre mayor en los diodos zener que en los diodos rectificadores? CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez 15 Laboratorio de Dispositivos y Circuitos Electrónicos Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica MATERIAL Alambres y cables para conexiones 1 Resistencia de 1k a ½ watt R 1 1 Capacitor de 220F a 25V C 2 1 Capacitor de 47F a 25V. C 1 4 Diodos 1N40 04 D 1 - D 4 1 Transformador de 127 – 24V @ 1A con TAP central Tr PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
- Utilizando una terminal del transformador y el TAP central , arme el circuito de la figura 3.1. Figura 3.
- Mida con el multímetro los voltajes primario y secundario del transformador.
- Con el osciloscopio en acoplo de CA, conecte el canal 1 en Vg (punto A) y el canal 2 en acoplo de CD en VS (punto B). Dibuje las formas de onda obtenidas en la pantalla del osciloscopio en papel milimétrico, anotando su amplitud y frecuencia.
- Con el multímetro en CD mida el nivel de Vs. Retire la resistencia de carga R 1 del circuito de la figura 3.1 y mida nuevamente el nivel Vs.
- Arme el circuito de la figura 3.2 utilizando una terminal del transformador y el TAP central Figura 3.
- Obtenga la forma de^ onda de Vs compárela^ con el voltaje secundario del transformador Vg y observe la carga y descarga del capacitor. Dibuje y mida en papel milimétrico la magnitud del voltaje de rizo y entre qué valores de voltaje sobre el nivel de tierra se encuentra (VsM y Vsm). (M = máxima, m = mínima).
- Mida el nivel de CD de Vs con su multímetro.^ Con y sin^ resistencia de carga.
- Utilizando una terminal del transformador y el^ TAP central , arme el circuito de la figura 3.3.
Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez 16 Laboratorio de Dispositivos y Circuitos Electrónicos Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica Figura 3.
- Obtenga^ la forma de onda de Vs con el osciloscopio. Dibújela en papel milimétrico anotando su amplitud y frecuencia.
- Mida el nivel de CD de Vs^ con su multímetro,^ con y sin resistencia^ de carga.
- Arme el circuito de la figura 3.4, dibuje la forma^ de^ onda de^ Vs obtenida en el osciloscopio^ en papel milimétrico, anotando la magnitud del voltaje de rizo, así como los valores de voltaje entre los que se encuentra (VsM y Vsm). Figura 3.4.
- Con el multímetro mida el nivel de CD en Vs, con y sin resistencia de^ carga.
- Sustituya el capacitor^ de^47 F por uno de^220 F, dibuje la forma de onda de Vs obtenida en el osciloscopio en papel milimétrico, anotando la magnitud del voltaje de rizo y haga sus anotaciones sobre el efecto que este cambio provoca.
Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez 18 Laboratorio de Dispositivos y Circuitos Electrónicos Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica OBJETIVO ➢ Obtener en el osciloscopio las formas de onda a las salidas de algunas aplicaciones de los diodos. INTRODUCCIÓN Los diodos tienen un sinnúmero de aplicaciones, las cuales incluyen rectificadores, detectores, generadores de funciones, formadores de ondas y compuertas lógicas. En esta práctica se muestran algunos de estos circuitos en los que se aplicará algunas de esas aplicaciones: corriente alterna al diodo rectificador en polarización directa y con fuentes de voltaje de CD, cambiar la forma o el “descentramiento” (offset) de una señal con respecto a un nivel de tierra. Para ver el funcionamiento de los circuitos recortadores, se armará un recortador típico con diodos y fuentes de CD y CA y un recortador con diodos zener, viendo cómo afectan la amplitud de una señal senoidal. El efecto de “descentrar” con respecto a tierra una señal senoidal se logrará mediante una combinación simple de diodo-capacitor-resistencia llamada circuito sujetador, viendo si se logra sujeción positiva o negativa, con respecto a tierra. Finalmente, se verá como agregando un diodo como rectificador y un capacitor como filtro, a la salida del circuito sujetador, se logra un circuito “doblador de tensión”, el cual duplica el valor absoluto de voltaje de una onda senoidal. El alumno deberá de manejar los siguientes conceptos: Polarización directa e inversa de un diodo, voltaje de ruptura inversa de un diodo zener, combinación de señales de CD y CA, carga y descarga de un capacitor, rectificación y filtrado. ACTIVIDADES PREVIAS A LA PRÁCTICA
- El alumno deberá leer la práctica de laboratorio.
- Realizar el análisis teórico del circuito 4.1, para todos los valores de la tabla 4.1 considerando la caída del diodo.
- Realizar el análisis teórico del resto de todos los circuitos, considerando diodos ideales.
- En base a las respuestas anteriores, grafique en papel milimétrico los voltajes de entrada y salida perfectamente acotadas.
- Realizar la simulación de todos los circuitos de la práctica. EQUIPO Fuente de voltaje de CD. Generador de funciones. Osciloscopio. Tableta de Conexiones
PRÁCTICA 4. “APLICACIONES DE LOS DIODOS:
Ing. Noemí Hernández Domínguez Ing. José Ubaldo Ramírez Urizar Ing. Ernesto Aguilar Rodríguez 19 Laboratorio de Dispositivos y Circuitos Electrónicos Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán Ingeniería en Telecomunicaciones, Sistemas y Electrónica MATERIAL Alambres y cables para conexiones 1 Resistencia de 1k a ½ watt R 1 2 Capacitores de 47F a 25V C 1 , C 2 2 Diodos 1N400 4 D 1 , D 2 2 Diodos zener de 6.2V a ½ watt DZ1, DZ PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
- Arme el circuito mostrado en la figura 4.1. Con una señal senoidal de 1 2 Vpp, a 1kHz. Figura 4.
- Observé en el osciloscopio las señales Vi y Vs, dibújelas en papel milimétrico para todos los valores de la tabla 4.1. Vi (VPP) V1CD (V) V2CD (V) VSCD (VPP) 12 12 12 12 4 4 12 4 0 12 0 4 12 0 0 Tabla 4.
- Arme^ los circuitos mostrados en^ las^ figuras 4.2 y 4.3. Figura 4.2 Figura 4.
- Con Vi en la máxima^ amplitud^ y^ a 1kHz, dibuje y acote las señales Vi y Vs^ en papel^ milimétrico, de^ las figuras 4.2 y 4.
- Arme el circuito de^ la^ figura 4.4.^ Si Vi es una señal senoidal de 1^2 Vpp a^ 1kHz.^ Dibujé^ las señales Vi y Vs en papel milimétrico, observando cuidadosamente el nivel de tierra.
