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SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE SENA AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

Instructora Camila Espitia

Laboratorio # 2 –Electrónica Análoga – Amplificador de voltajeALUMNOS:

José Ricardo Gil – Jorge Prieto Pabón – Miguel pachón- German Beltrán –Andrés Calvo – Helbert Abril

FECHA: 21 de Mayo de 2014 PRACTICA 1.

- Diodo zener- Carro puente H y sensor óptico- Amplificador de voltaje

Simulación en proteus e informe

Diodo Zener:

El diodo Zener es un diodo de cromo que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin zener. El diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensión casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensión de red, de la resistencia de carga y temperatura.

El diodo Zener suele utilizarse polarizado en inversa. En inversa, si la tensión de la pila es pequeña, el Zener no dejará pasar la corriente, al igual que un diodo normal1, pero si aumenta por encima de cierto valor, el diodo Zener disminuirá su resistencia drásticamente dejando pasar toda la corriente. En ese momento, la tensión en el diodo Zener se fijará en V z

voltios y el exceso de voltaje tendrá que ser absorbido por un componente colocado en serie

• Un diodo Zener, en polarización inversa, se comporta como «un tapón que se puede quitar», dejando pasar toda la corriente. Los diodos rectificadores y los diodos Zener se comportan como si fueran interruptores cerrados, cuando se conectan en polarización directa (la tensión en sus bornes será 0 V).

• En cambio, en polarización inversa, un diodo rectificador se comporta como un interruptor abierto y un diodo Zener:

• Si sobre él cae una tensión inversa V menor que la tensión Zener, se comporta como un interruptor cerrado (y en sus bornes caerá una tensión V). Los diodos rectificadores y los diodos Zener se comportan como si fueran interruptores cerrados, cuando se conectan en polarización directa (la tensión en sus bornes será 0 V).

– Si sobre él cae una tensión inversa V menor que la tensión Zener, se comporta como un interruptor cerrado (y en sus bornes caerá una tensión V).

Si sobre él intenta caer una tensión inversa, V, mayor que la tensión Zener, se comporta ¡como una pila!, que suministra una tensión de Vz voltios. En este caso debe haber un componente conectado en serie que absorba el exceso de voltaje

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(soportando una tensión de V − Vz voltios). El diodo funcionará en esta situación siempre que no pase demasiada intensidad por él).

Amplificador de Voltaje:

Una vez polarizado en DC un transistor se le agregan voltajes a través de fuertes variables y otros elementos de circuito y el transistor entrega energía a otros circuitos, en algunos casos se adicionan al circuito condensadores, bobinas, transformadores que hacen que los transistores tengan miles de aplicaciones, las más usuales son amplificadores, filtros activos, osciladores, atenuadores, moduladores, operaciones lógicas, etc.

Las aplicaciones más útiles que usen más de un transistor se han convertido en circuitos integrados, donde se tiene más facilidad y seguridad en la polarización y hay mayor versatilidad en las aplicaciones. Según el estado de funcionamiento de los transistores se tienen dos grandes familias de integrados que son: lineales y digitales.

 

POTENCIA DEL TRANSISTOR

Los voltajes y corrientes presentes en un transistor hacen que haya una disipación de potencia que se convierte en calor que eleva la temperatura del dispositivo, en general se considera la potencia del transistor como:

PT = VCE * IC

Esta tiene un valor límite indicado por los fabricantes para cada referencia en los manuales de especificaciones. Los datos de potencia límite dependen que se pueda mantener los transistores a bajas temperaturas, esto se logra

ensamblando disparadores de aletas a los transistores, los disipadores se especifican por su resistencia térmica = (T / P) (°c/w) que depende de su forma, número de aletas, tamaño y color. Los transistores traen encapsulados especiales para unirlos a los disipadores, por ejemplo los encapsulados T0-22 y T0-3.

Las curvas características han llevado a un modelo matemático del circuito de un transistor.

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Los modelos indicados son para el modelo por re (resistencia dinámica de emisor), existe también el modelo por parámetros híbridos. Al modelo se analiza cuando esta conectado a las resistencias de polarización, los condensadores se consideran corto circuito y las fuentes DC se hacen cero por

aplicación del principio de superposición.

Un transistor funciona como un interruptor para el circuito conectado al colector (Rc) si se hace pasar rápidamente de corte a saturación y viceversa. En corte es un interruptor abierto y en saturación es un interruptor cerrado. Los datos para calcular un circuito de transistor como interruptor son: el voltaje del circuito que se va a encender y la corriente que requiere con ese voltaje. El voltaje Vcc se hace igual al voltaje nominal del circuito, y la corriente corresponde a la corriente Icsat. Se calcula la corriente de saturación mínima, luego la resistencia de base mínima:

IBSAT min = Icsat /

RBMax = Von/IBsat min

Donde Von es el voltaje en la resistencia de base para encender el circuito, el circuito debe usar una RB por lo menos 4 veces menor que RBmax.

Adicionalmente se debe asegurar un voltaje en RB de apagado V off que haga que el circuito entre en corte.

AMPLIFICADOR SUMADOR INVERSOR DE VOLTAJE

AMPLIFICADOR NO INVERSOR

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El transistor como amplificador:

La necesidad de amplificar las señales es casi una necesidad constante en la mayoría de los sistemas electrónicos. En este proceso, los transistores desarrollan un papel fundamental, pues bajo ciertas condiciones, pueden entregar a una determinada carga una potencia de señal mayor de la que absorben.

El análisis de un amplificador mediante su asimilación a un cuadrípolo (red de dos puertas), resulta interesante ya que permite caracterizarlo mediante una serie de parámetros relativamente simples que nos proporcionan información sobre su comportamiento.

En los amplificadores, gracias a los transistores se consigue la intensidad de los sonidos y de las señales en general. El amplificador posee una entrada por donde se introduce la señal débil y otra por donde se alimenta con C.C. La señal de salida se ve aumentada gracias a la aportación de esta alimentación, siguiendo las mismas variaciones de onda que la de entrada.

La señal de entrada, de bajo nivel, del orden de unos pocos mili voltios, la aportan dispositivos como el micrófono (transforman ondas sonoras en señales eléctricas que siguen las mismas variaciones que las primeras), sensores térmicos, luminosos, etc.

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Cuando un amplificador realiza la función de elevar la señal que ha sido aplicada a su entrada, se dice que ha producido una determinada ganancia. Se puede decir que la ganancia de un amplificador es la relación que existe entre el valor de la señal obtenida a la salida y el de la entrada. Dependiendo de la magnitud eléctrica que estemos tratando, se pueden observar tres tipos de ganancia: ganancia en tensión, ganancia en corriente y ganancia en potencia.

De esta forma podemos definir los siguientes parámetros:

1. Ganancia de tensión (normalmente en decibelios): Av = Vo / Vi

2. Impedancia de entrada (ohmios): Zi = Vi / Ii

3. Impedancia de salida (ohmios): Zo = Vo / Io (para Vg = 0)4. Ganancia de corriente (normalmente en decibelios): Ai = Io / Ii

5. Ganancia de potencia (normalmente en decibelios): Ap = Po / Pi

Un amplificador será tanto mejor cuanto mayor sea su ganancia y menor sea su impedancia de entrada y salida.

En cuanto a la frecuencia, los amplificadores dependen de esta, de forma que lo que es válido para un margen de frecuencias no tiene porqué serlo necesariamente para otro. De todas formas, en todo amplificador existe un margen de frecuencias en el que la ganancia permanece prácticamente constante (banda de paso del amplificador). El margen dinámico de un amplificador es la mayor variación simétrica de la señal que es capaz de presentar sin distorsión a la salida; normalmente expresado en voltios de pico (Vp) o Voltios pico-pico (Vpp).

- Limitaciones en los transistores:

El transistor es un componente real y como tal tienen unos límites electrónicos que condicionan su utilización. Teniendo en cuenta que el transistor se compone de diodos, es de suponer que los límites serán parecidos a los del diodo; los más importantes son la tensión inversa máxima, la potencia máxima y la corriente máxima.

Tensión máxima inversa: Si aumentamos en exceso la tensión colector-emisor podemos llegar a la tensión de ruptura del diodo base-colector y destruir el diodo.

Corriente máxima: Es análogo al introducido para los diodos: una corriente excesiva destruiría al dispositivo.

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Potencia máxima: Dependiendo de cómo este fabricado el transistor, será capaz de disipar un máximo de potencia.

AMPLIFICADOR INVERSOR DE VOLTAJE

Algunas aplicaciones de los transistores

El concepto de transistor bipolar permite una amplia variedad de aplicaciones relacionadas con la electrónica de señal y la electrónica de potencia. La electrónica de señal, o más bien conocido como pequeña señal, es aquél entorno electrónico que trata señales de baja potencia, relacionado tanto con el espectro de baja frecuencia como con el de frecuencias medias y altas. Estamos hablando de circuitos de recepción de audio, de recepción de radio, de adaptadores de líneas de transmisión, etc. Todas ellas poseen un denominador común: los niveles de potencia empleados.

Los transistores se utilizan especialmente en tres campos:

En amplificación, ya sea de tensión o corriente. En estos casos el transistor opera en la zona lineal de trabajo. El concepto de amplificación viene impuesto por las condiciones eléctricas de numerosos dispositivos electrónicos.

En el tratamiento de la señal. Para este tipo de aplicaciones el transistor puede operar tanto en la zona lineal como en la zona no lineal, todo depende del tipo de aplicación que se desee implementar. Estamos hablando de dispositivos como los generadores de corriente, los multiplicadores de dos señales, etc.

Como elementos adaptadores y aisladores entre etapas distintas de un circuito eléctrico. Se puede emplear el transistor para aislar dos etapas de un determinado dispositivo y eliminar problemas que pudieran aparecer.

Por último, podemos generalizar que los transistores sin pequeños dispositivos empleados en todo tipo de circuitos, ya sea relacionados con la electrónica digital o analógica, ya que forman el alma mater de los actuales microprocesadores y demás elementos digitales.

Las tres configuraciones: base común, emisor común, colector común

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Comprobación de transistores:

La mejor forma de identificar un transistor es anotar su referencia t, posteriormente, consultar sus características en las hojas de especificaciones técnicas del fabricante, o en un libro de características de transistores.

Mediante un método sencillo se puede determinar si un transistor desconocido es del tipo PNP o NPN. Este método consiste en tomar varias medidas, con el polímetro utilizado como óhmetro en el rango de 100, de las resistencias que aparecen entre los diferentes terminales del transistor.

La medición de un transistor es análoga a la de un diodo. Tanto entre base y emisor como también entre base y colector deben obtenerse resultados como un diodo normal.

Primeramente, determinemos cuál de los terminales del transistor corresponde a la base. Esto se consigue midiendo la resistencia en el óhmetro entre los diferentes terminales. En un transistor en buen estado, la resistencia entre el colector y el emisor es siempre muy alta, cualquiera que sea la polaridad aplicada por el óhmetro (que no olvidemos que en las puntas del polímetro actúa como una fuente de tensión); cuando hagamos esta verificación, el otro terminal corresponderá a la base.

Una vez localizada la base, conectamos la punta de prueba positiva en la misma y la negativa en cualquiera de los otros dos terminales del transistor: si la resistencia obtenida es muy baja (se ha polarizado la unión de uno de los diodos por el efecto de tensión positiva aplicada con el óhmetro a la base P) se trata de un transistor NPN; si obtenemos una resistencia muy baja (no se ha polarizado la unión) se trata de un transistor PNP.

Nos puede servir de ayuda la siguiente tabla donde se indican las medidas de resistencia que se dan en cada caso para los dos tipos de transistores.

Punta rojaPunta negra

PNP - Medida del ÓhmetroNPN - Medida del Óhmetro

Colector Emisor Alta resistencia Alta resistenciaEmisor Colector Alta resistencia Alta resistenciaEmisor Base Baja resistencia Alta resistenciaBase Emisor Alta resistencia Baja resistenciaBase Colector Alta resistencia Baja resistenciaColector Base Baja resistencia Alta resistencia

Por este sencillo procedimiento también se puede llegar a averiguar cuál de los terminales corresponde al emisor y cuál al colector. Para ello, hay que tener en cuenta que:

La resistencia y tensión de barrera de la unión base-colector es algo menor que la correspondiente a la unión base-emisor.

Esta diferencia es más apreciable si medimos la tensión de barrera con un polímetro digital.

Denominaciones:

A menudo, no es fácil reconocer un transistor como tal. El criterio de las tres patillas no es suficiente, ya que hay más componentes electrónicos que poseen este número de patillas. La siguiente tabla ofrece notas sobre la clasificación y las denominaciones.

AC... Transistor de baja frecuencia (germanio)AD... Transistor de potencia (germanio)AF... Transistor de alta frecuencia (germanio, 4 patillas)AN... Transistor de pequeña señal (japonés)BC... Transistor de baja frecuencia (silicio)BD... Transistor de potencia, conmutación (silicio)BF... Transistor de (potencia) alta Frecuencia (Si,4p)BU... Transistor de potencia de alta tensión (silicio)

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BUZ..., IRF...

MOSFET de alta potencia

Muchos fabricantes también producen series a medida para un gran volumen destinado a determinados clientes. Estas series están optimizadas para ser empleadas en una determinada parte de un circuito concreto. Normalmente llevan puesto la señal del productor y un número irreconocible. A veces cuando una compañía quiebra o termina la producción se libra de estos transistores, los cuales acaban en packs de oferta para aficionados.

No hay forma de reconocer estos dispositivos, así que sólo son utilizables como conductores de LED, buffers, etc, donde el parámetro actual no es importante. Ten cuidado cuando compres

Una vez que identifiques tu componente hay que acceder a la hoja de características o libro de equivalencias.

Disposición de las patillas

El capítulo de disposición de las patillas de transistores es bastante pesado. Como punto de partida, sepa que los tipos de cápsula que se muestran en la figura de la izquierda, reflejan las disposiciones más habituales. Sin embargo, los fabricantes parecen no poder seguir un modelo sistemático; a raíz de esto, especialmente los transistores en cápsulas de plástico, pueden tener formas muy variadas. En muchos casos se puede averiguar qué elemento es el colector con una medición entre la cápsula y uno de los terminales de conexión, que debería ser de 0 Ω.

Para comprobar si un transistor está en buen estado utilizaremos el óhmetro. Con él verificaremos la resistencia entre los terminales del transistor con las diferentes posibilidades de polarización, teniendo en cuenta que:

a. Con cualquier polaridad, la resistencia obtenida al aplicar el óhmetro entre el colector y el emisor es siempre muy alta para un transistor en buen estado.

b. Al polarizar directamente cualquiera de las uniones entre base-colector y base-emisor la resistencia obtenida para un transistor en buen estado debe ser baja, ya que la unión se polariza directamente.

Por otro lado, los polímetros digitales suelen ir equipados con un dispositivo, llamado transistómetro, para poder conectar el transistor y así poder determinar su ganancia. Para ello dispone de dos filas de tres conexiones, una para transistores PNP y otra para NPN.

CARRO – PUENTE H

Un Puente H o Puente en H es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica y como convertidores de potencia. Los puentes H están disponibles como circuitos integrados, pero también pueden construirse a partir de componentes discretos.

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Estructura de un puente H (marcado en rojo).Los 2 estados básicos del circuito.

El término "puente H" proviene de la típica representación gráfica del circuito. Un puente H se construye con 4 interruptores (mecánicos o mediante transistores). Cuando los interruptores S1 y S4 (ver primera figura) están cerrados (y S2 y S3 abiertos) se aplica una tensión positiva en el motor, haciéndolo girar en un sentido. Abriendo los interruptores S1 y S4 (y cerrando S2 y S3), el voltaje se invierte, permitiendo el giro en sentido inverso del motor.

Con la nomenclatura que estamos usando, los interruptores S1 y S2 nunca podrán estar cerrados al mismo tiempo, porque esto circuitaria la fuente de tensión. Lo mismo sucede con S3 y S4.

Lo más habitual en este tipo de circuitos es emplear interruptores de estado sólido (como transistores), puesto que sus tiempos de vida y frecuencias de conmutación son mucho más altas. En convertidores de potencia es impensable usar interruptores mecánicos, dado su bajo número de conmutaciones de vida útil y las altas frecuencias que se suelen emplear.

Además los interruptores se acompañan de diodos (conectados a ellos en paralelo) que permitan a las corrientes circular en sentido inverso al previsto cada vez que se conmute la tensión, puesto que el motor está compuesto por bobinados que durante breves períodos de tiempo se opondrán a que la corriente varíe.

Laboratorio # 3 ACONDICIONADOR DE SEÑAL

PROYECTO INVERSOR DE GIRO USANDO UN PUENTE H

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Objetivo:• Acondicionar, usando Amp. Op. En realimentación negativa, la señal del sensor de temperatura

LM35 con el propósito de utilizarla dentro de un sistema de control.

Diagrama de bloques sistema de control

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Solucion:

Linealizacion de sensorSENSOR DE TEMPERATURA DE PRECISION LM 35

El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC. Su rango de medición abarca desde -55°C hasta 150°C. La salida es lineal y cada grado centígrado equivale a 10mV, por lo tanto:

150ºC = 1500mV-55ºC = -550mV1

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El LM35 es un sensor de temperatura integrado de precisión, cuya tensión de salida es linealmente proporcional a temperatura en ºC (grados centígrados). El LM35 por lo tanto tiene una ventaja sobre los sensores de temperatura lineal calibrada en grados Kelvin: que el usuario no está obligado a restar una gran tensión constante para obtener grados centígrados. El LM35 no requiere ninguna calibración externa o ajuste para proporcionar una precisión típica de ± 1.4 ºC a temperatura ambiente y ± 3.4 ºC a lo largo de su rango de temperatura (de -55 a 150 ºC). El dispositivo se ajusta y calibra durante el proceso de producción. La baja impedancia de salida, la salida lineal y la precisa calibración inherente, permiten la creación de circuitos de lectura o control especialmente sencillos. El LM35 puede funcionar con alimentación simple o alimentación doble (+ y -)

Requiere sólo 60 µA para alimentarse, y bajo factor de auto-calentamiento, menos de 0,1 ºC en aire estático. El LM35 está preparado para trabajar en una gama de temperaturas que abarca desde los- 55 ºC bajo cero a 150 ºC, mientras que el LM35C está preparado para trabajar entre -40 ºC y 110 ºC (con mayor precisión).

Características:

Calibrado directamente en grados Celsius (Centígrados) Factor de escala lineal de +10 mV / ºC 0,5ºC de precisión a +25 ºC Rango de trabajo: -55 ºC a +150 ºC Apropiado para aplicaciones remotas Bajo coste Funciona con alimentaciones entre 4V y 30V Menos de 60 µA de consumo Bajo auto-calentamiento (0,08 ºC en aire estático) Baja impedancia de salida, 0,1W para cargas de 1Ma

Destacables:El LM35 no requiere de circuitos adicionales para calibrarlo externamente. La baja impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración hace posible que esté integrado sea instalado fácilmente en un circuito de control. Debido a su baja corriente de alimentación se produce un efecto de auto calentamiento muy reducido. Se encuentra en diferentes tipos de encapsulado, el más común es el TO-92, utilizada por transistores de baja potencia.Aplicaciones típicas

1. Sensor de temperatura básico (+2 ºC a 150 ºC):

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2. Sensor de temperatura con rango completo:

3. Sensor de temperatura con alimentación simple y rango completo (-55 ºC a +150 ºC):

4. Termómetro Fahrenheit:

5. Convertidor de temperatura digital (Salida serie) (hasta +128 ºC)

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Simulación del proyecto (acondicionador de señal) con sensor LM35 en proteuss: