Índice del ManualSE

Universidad Autónoma de Nuevo León
Facultad de Ciencias Físico Matemáticas
LSE
Laboratorio de Sistemas Electrónicos
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Cd. Universitaria , San Nicolás de los Garza , N.L
1
Índice del Manual .
Circuitos Eléctricos .
1.- .Instrumentación .
4.- Teorema de Kenelly .
2.- .Leyes de Kirchoff .
5.- Teorema de Thevenin .
3.- Teorema de superposición .
6.- Teorema de Máxima Potencia .
Electrónica .
7.- El diodo y circ. Rectificadores .
9.- Transistor Bipolar.
8.- Diodo Zener.
10.- Amplificadores Operacionales.
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Practica No. 2
Leyes de Kirchoff .
Objetivo :
Kirchoff .
El alumno comprenderá y dominara el uso de las Leyes de
Material :
-
1 Multímetro analógico.
1 Fuente de voltaje .
1 Multímetro digital
1 Protoboard .
Resistencias de diversos valores.
Cables de conexión .
Introducción : Las leyes de Kirchoff , se basan en dos postulados , estos
son :
1.- Ley de corrientes : En cualquier nodo o unión de dos o más elementos ,
la suma algebraica de las corrientes que entran y
salen es cero , esto es :
Σ Ient - Σ Isal = 0
Σ Ient = Σ Isal
2.- Ley de voltajes : En torno a cualquier trayectoria cerrada , la suma
algebraica de las elevaciones y caídas de voltaje es
cero , esto es :
Σ E - Σ Vn = 0
Σ E = Σ Vn
3
Procedimiento :
1.- Seleccione ocho resistencias .
a) Obtenga su valor ohmico por medio del código de colores .
b) Obtenga su valor ohmico medido con el Multímetro .
c) Asígnele una etiqueta a cada resistencia , esto es R1 , R2 , etc .
2.- Arme el circuito de la siguiente figura .
3.- Mida el voltaje en cada resistencia .
a) Apunte los valores de voltaje obtenidos para cada resistencia y
etiquetelos como VR1 , VR2 , etc .
b) Asigne la polaridad de cada resistencia en la figura 1 .
c) El flujo de corriente va de positivo a negativo . (+ a -)
d) Obtenga el valor de voltaje total .
4.- Mida la corriente atravez de cada resistencia .
a) Cuidando , el seleccionar el rango mayor en el Multímetro .
b) Al obtener los valores , etíquelos como IR1 , IR2 , etc.
c) Obtenga el valor de corriente total .
5.- Defina y marque , mallas , ramas y nodos en la figura 1 .
6.- Obtenga los valores de potencia para cada resistencia , esto es :
PRn = VRn *IRn
4
.
7.- Obtenga el valor total de potencia , como :
Pt = E * It
8.- En palabras propias explique el funcionamiento del circuito , Porque el
valor de las corrientes y voltajes obtenidos , Porque la dirección de las
corrientes .
9.- Que es una malla , rama y nodo .
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Practica No. 3
Teorema de superposición.
Objetivo : El alumno comprobara el Teorema de superposición .
Material :
-
2 Fuentes de voltaje .
1 Multímetro analógico .
1 Multímetro digital .
3 Resistencias .
1 Proto .
Conexiones .
Introducción : El teorema de superposición nos dice que :
En toda red formada por fuentes de voltaje y/o corriente e impedancias ,
los efectos producidos ( en corrientes y potenciales ) por la actuación
simultánea de dichas fuentes , se puede calcular mediante la suma de los
efectos que producirían cada una de las fuentes actuando
independientemente .
Procedimiento :
1.- Seleccione tres resistencias y calcule el valor de cada una de ellas ,
posteriormente etiquetelas como R1 , R2 y R3 .
2.- Arme el circuito de la siguiente figura .
6
3.- Mida el voltaje en cada resistencia .
a).- Los valores obtenidos , serán VR1 , VR2 , VR3 .
b).- Anote la polaridad en cada resistencia , en la figura 1 .
4.- Mida la corriente a través de cada resistencia .
a).- Los valores obtenidos , serán IR1 , IR2 , IR3 .
b).- Recuerde , el sentido de la corriente es de + a - .
5.- Los valores obtenidos en los pasos 3 y 4 serán totales , o sea ,debido a
las dos fuentes trabajando simultáneamente .
6.- Haga cero la fuente 2 , esto es , desconecte la fuente 2 y sustitúyala por
un cortocircuito .
7.- Obtenga los valores en cada resistencia de voltaje y corriente , estos
valores serán debido a la fuente 1 y los marcara como : VR11 , VR21 , VR31 ,
IR11 , IR21 e IR31 .
8.- Retire el cortocircuito y restituya la fuente 2 , esto es , volvemos al
circuito original de la figura 1 .
9.- Hacer cero la fuente 1 , y obtener los valores de voltaje y corriente a
través de cada resistencia debido a la fuente de voltaje 2 y se marcaran
como : VR12 , VR22 , VR32 , IR12 , IR22 , IR32 .
10.- Desarrolle las expresiones algebraicas necesarias para comprobar los
valores totales con la sumatoria de los valores individuales .
7
Practica No. 4
Teorema de Kenelly
(Transformación Delta – Estrella)
Objetivo : Comprobar y desarrollar el Teorema de Kenelly .
Material :
1 Fuente de voltaje
1 Multímetro analógico
1 Multímetro digital
6 Resistencias
3 Potenciómetros
1 Proto
Conexiones .
Procedimiento :
1.- Seleccione las seis resistencias y etiquetelas como Ra , Rb , Rc , Rx ,
Ry y Rz . Obtenga los valores por codigo de colores y Multímetro .
2.- Arme el circuito de la siguiente figura
3.- Mida los voltajes en las resistencias Rx , Ry , Rz
4.- Asigne la polaridad a cada resistencia .
8
5.- Mida la corriente que pasa a través de las resistencias Rx , Ry , Rz .
6.- Proceda a convertir el circuito con las siguientes ecuaciones :
Si Ra = Rb=Rc , entonces tenemos que RY = 1/3 R∆ .
Recordando que el valor de cada resistencia en estrella se obtiene
dividiendo el producto de sus dos resistencias adyacentes entre la suma de
las tres resistencias conectadas en delta .
7.- Arme el circuito de la siguiente figura :
8.- Repita los pasos 3 al 5 .
9.- Convertir el circuito por medio de las siguientes ecuaciones :
9
Recordando que el valor de cada resistencia en delta se obtiene dividiendo
la suma de los productos en pares entre la resistencia contraria .
Si R1 = R2 = R3 , entonces tenemos que R∆ = 3Y .
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Practica No. 5
Teorema de Thévenin
Objetivo : Comprobar y aplicar el Teorema de Thévenin .
Introducción :
El teorema de Thévenin se utiliza para obtener el circuito equivalente o
simplificado ( solo a efectos de cálculo ) de otro más complejo que posea
dos terminales accesibles o de salida .
Esto es cualquier circuito por más complejo que sea puede ser sustituido
por otro equivalente formado por una resistencia Rth en serie con una
fuente de voltaje Vth , cuyos valores se obtienen como sigue :
- Rth : Es la resistencia que presenta el circuito entre las terminales A y B
cuando se cortocircuitan las fuentes de voltaje que existen en el y se dejan
a circuito abierto las fuentes de corriente .
- Vth : Es la tensión que , a circuito abierto , existe entre las terminales A y
B del circuito original .
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Material :
1 Fuente de voltaje
1 Proto
7 Resistencias
1 Multímetro digital
1 Multímetro analógico
1 Potenciómetro
Conexiones
Procedimiento :
1.- Arme el circuito de la siguiente figura .
2.- Obtenga la caída de voltaje en RL y asígnele su polaridad .
3.- Obtenga el valor de corriente en RL , respetando su polaridad para
obtener una lectura positiva ( de + a - ) .
4.- Retire la resistencia de carga RL y mida el voltaje entre las terminales A
y B , el valor obtenido sera Vth .
5.- Desconecte la fuente de voltaje y sustitúyala por un corto circuito ,
mida la resistencia total del circuito , dicho valor sera Rth .
6.- Con los datos obtenidos , se procede a armar el circuito equivalente o
thévenin .
7.- Ahora la fuente de voltaje se ajusta al valor obtenido en el punto 4 .
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8.- El potenciómetro se ajusta al valor obtenido en el punto 5 .
9.- La resistencia de carga RL se conecta en serie con la Rth y Vth .
10.- Mida el voltaje y la corriente en la RL , los valores obtenidos serán
muy parecidos a los obtenidos en los puntos 2 y 3 .
El circuito equivalente o Thévenin sera como se muestra a continuación.
11.- Si no es así , ¿ Explique por que ?
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Practica No. 6
Teorema de Máxima Potencia
Objetivo : Encontrar la resistencia interna de una fuente de voltaje y
comprobar el teorema de máxima potencia .
Introducción : El teorema de máxima potencia , radica en el hecho de que
una fuente de voltaje o corriente puede generar su máxima potencia
posible siempre y cuando la resistencia de carga sea igual a la resistencia
que presenta la fuente y su circuito adyacente , esto es , la resistencia de
carga ve hacia su interior una resistencia equivalente thévenin .
Si RL = Rth entonces la fuente transferirá la máxima potencia a la
resistencia de carga .
O sea
Para una fuente de voltaje tenemos :
Y para una fuente de corriente :
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Material :
1 Fuente de voltaje
1 Proto
1 Resistencia de 33Ω
1 Potenciómetro .5K
1 Multímetro digital
Conexiones
Procedimiento :
1.- Arme el circuito de la siguiente figura :
2.- Ajuste RL a cero ohms .
3.- Mida la corriente y voltaje a través de RL .
4.- El potenciómetro que tiene la función de RL se ira ajustando en valores
de 5 en 5 ohms .
5.- Para cada valor de RL , medirá la corriente y el voltaje .
6.- ¡ Precaución ¡ al variar el potenciómetro deberá estar desenergizado el
circuito .
7.- Con los datos obtenidos , calcular la potencia . (
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)
8.- Graficar R vs P y encontrar el valor máximo de la grafica y calcular la
resistencia interna de la fuente de voltaje .
Preguntas :
1.- ¿ Que es la potencia RMS ?
2.- Grafique R vs I y explique que representan las intersecciones de la
grafica con los ejes .
3.- Explique el porque de este teorema , para que nos sirve , etc .
4.- ¿ Que es un potenciómetro ?
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Practica No. 7
El diodo y circuitos rectificadores .
Objetivo : El alumno identificara las terminales de un diodo , así como los
circuitos rectificadores de media onda , onda completa y tipo puente .
Introducción : Un diodo es un dispositivo semiconductor que esta
compuesto de dos capas de material , uno P y otro N , dichos materiales
están dopados de tal manera que una porción de material tiene un
electrón de sobra , mientras que al otro le falta , este efecto es el que se
utiliza para convertir una señal de voltaje periódica a una señal de voltaje
directo pulsante .
Dicha conversión no es pura , debido a que la señal de voltaje directo
contiene una componente de la señal de voltaje periódica, a este efecto se
le llama voltaje de rizo .
Material :
-
4
1
2
1
1
1
1
Diodos
Resistencia 1K
Capacitores
Transformador
Proto
Osciloscopio
Multímetro digital
Procedimiento :
Identificación de terminales en un diodo .
1.- Use el ohmetro o la función de diodo en el Multímetro, para identificar
el ánodo y el cátodo, recordando que al tener una lectura baja , el diodo
esta polarizado directamente y la terminal positiva del Multímetro indicara
el ánodo del diodo y la negativa el cátodo , e invirtiendo la polaridad del
diodo obtendremos una lectura muy elevada , estas lecturas indicaran que
el diodo esta en buen estado .
Otro tipo de lectura , significa que el diodo esta dañado . Observe la
siguiente figura , ilustra la forma de checar el diodo .
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Rectificadores .
1.- Arme el circuito rectificador de media onda que se muestra en la
siguiente figura .
2.- Mida el voltaje entre los puntos A y B con Multímetro y osciloscopio ,
dibuje la forma de onda obtenida en el osciloscopio , esta señal será la de
entrada .
3.- Obtenga el valor de la frecuencia de la señal de entrada .
4.- Mida el voltaje entre los puntos C y D con Multímetro y osciloscopio ,
dibuje la forma de onda obtenida y esta será la señal de salida .
5.- Obtenga el valor de la frecuencia de la señal de salida .
6.- ¿ Son semejantes las formas de onda de entrada como de salida?
7.- Conecte el capacitor entre los puntos C y D .
8.- Obtenga todos los valores mostrados por el osciloscopio .
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9.- Es similar la señal de salida , antes y después de conectar el capacitor.
¿ Porque ? , Explique .
10.- Mida el voltaje de rizo , con el osciloscopio en función de voltaje
alterno .
11.- Cambie el valor del capacitor y repita el paso 10 .
Rectificador de onda completa .
1.- Arme el siguiente circuito .
2.- Mida el voltaje con Multímetro y osciloscopio en los puntos A y B con
respecto a la derivación central , obtenga sus graficas y su frecuencia .
3.- Mida voltaje con Multímetro y osciloscopio entre los puntos C y D , así
mismo dibuje su grafica y obtenga el valor de la frecuencia .
4.- Son semejantes las graficas de entrada y salida , ¿ Porque ? .
5.- Conecte un capacitor entre los puntos C y D .
6.- Obtenga la grafica de salida y el valor de voltaje en dc .
7.- Son semejantes las graficas obtenidas en los puntos 3 y 6 .
8.- Explique porque .
9.- Mida el voltaje de rizo , para dos valores de capacitancia .
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Rectificador tipo puente .
1.- Arme el circuito de la figura siguiente .
2.- Mida Voltaje entre los puntos A y B , así como en los puntos C y D ,
para los dos casos obtener : frecuencia y sus graficas .
3.- Conecte el capacitor entre los puntos C y D , obtener la amplitud del
voltaje en directa y en la función de AC , el de rizo , este para dos valores
de capacitancia .
4.- Las graficas son semejantes .
Preguntas .
1.- Explique que es un diodo .
2.- Cuales son las diferencias físicas entre los tres circuitos rectificadores .
3.- Nombre algunas ventajas y desventajas que hay entre los tres circuitos.
4.- Que función lleva a cabo el capacitor .
5.- Que diferencia encontró con respecto a la frecuencia de salida y
entrada , en los circuitos .
6.- A grandes rasgos y palabras propias explique el funcionamiento de
cada circuito .
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Practica No. 8
Diodo Zener
Objetivo : El alumno se relacionara con el uso del diodo zener , así como
el diseñar una fuente de voltaje regulada .
Introducción : El diodo zener es un diodo que se comporta como un diodo
rectificador normal cuando esta polarizado directamente , pero tiene la
propiedad de conducir en sentido inverso cuando la tensión aplicada llega
a cierto valor que se denomina Tensión zener Vz y la mantiene fija en ese
valor .
El circuito regulador con diodo zener se muestra en la figura 1 , a partir de
este circuito podemos suponer tres condiciones de trabajo , que son :
a) Voltaje de entrada fijo y carga fija .
b) Voltaje de entrada fijo y carga variable .
c) Voltaje de entrada variable y carga variable .
El caso que nos interesa es el b) .
En esta situación tenemos una carga variable , por ende la corriente de
carga también varia , esta variación de corriente en la carga , tiene que ser
absorbida por algún elemento del circuito , si la corriente de entrada , que
circula por Rs , es constante , entonces por este elemento no se llevara a
cabo ningún cambio en el valor de su corriente , pero en el diodo zener , si
hay cambio , el diodo zener es el elemento que absorberá dicha variación
de corriente , por ende debemos pensar en otro parámetro muy importante
dicho parámetro es la disipación de calor que puede llevar a cabo dicho
elemento , esto es la potencia nominal del zener , este parámetro es el más
importante , ya que si no se toma en cuenta , el diodo zener se dañaría .
Como se ve , el circuito regulador con diodo zener , es un juego de
corrientes , y la mas importante es la corriente máxima que puede permitir
circular el diodo zener , este parámetro lo proporciona el fabricante y es la
potencia máxima del zener , marcada como Pz .
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Material :
1 Diodo zener
1 Resistencias
1 Fuente de voltaje
1 Multímetro digital
1 Potenciómetro 1K
1 Proto
Conexiones
Procedimiento .
1.- El circuito a comprobar se muestra en la figura 1 .
Figura 1
2.- Supongamos las siguientes condiciones de trabajo .
Vcc = 12 V
Vz = 9.1 V
Izm = 10% ILmax .
RL = 0 – 1K
Pzmax. = 1W
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3.- Encontrar los valores de los siguientes parámetros Ii , Iz , Rs e ILmin ,
ILmax .
4.- Usando las siguientes formulas .
5.- Mida el voltaje y la corriente en la resistencia de carga .
6.- Mida voltaje y corriente en Rs y el diodo zener .
7.- Calcular la potencia que disipa el diodo zener .
Pz = VzIzmax.
8.- Explique el proceso que se lleva a cabo en el circuito .
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Practica No. 9
El Transistor bipolar
Objetivo : El alumno identificara las terminales de un transistor y
determinara el estado físico, así mismo , diseñara un amplificador
configuración emisor común , para máxima excursión simétrica .
Material :
-
2 Transistores
1 Multímetro digital
Resistencias
Capacitores
1 Fuente de voltaje
1 Proto
1 Osciloscopio
1 Generador de señales
Conexiones
Introducción : Un transistor es un elemento que internamente esta
constituido por tres capas de material semiconductor dos de ellas son de
material N y la otra de material P formando un tipo de sándwich o sea
entre las dos capas de material N , se encuentra el material P , esto es
análogo a las terminales de un transistor como el emisor , base y colector ,
donde la unión base – emisor presenta una mayor resistencia que la unión
base – colector , polarizados directamente y como no hay conducción entre
emisor su resistencia es infinita a no ser que se polarice
su base .
Ahora dependiendo de las características de entrada y salida del transistor
se pueden llevar a cabo alguna de las cuatro funciones siguientes :
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1.- Región normal activa . ( Amplificador )
a) Polarizar la unión base – emisor directamente
b) Polarizar la unión base – colector inversamente
2.- Región de saturación ( interruptor cerrado )
a) Polarizar la unión base – emisor directamente
b) Polarizar la unión base – colector directamente
3.- Región de corte ( Interruptor abierto )
a) Polarizar la unión base – emisor inversamente
b) Polarizar la unión base – colector inversamente
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4.- Región inversa activa ( Atenuador )
a) Polarizar la unión base – emisor inversamente
b) Polarizar la unión base – colector directamente
Para nuestro caso tomaremos el primero , el amplificador , es el de mayor
aplicación, esto no quiere decir que los demás no se usan , uno selecciona
a) Identificación de terminales en un transistor .
El transistor para fines prácticos , se puede decir que es la unión de dos
diodos rectificadores unidos por el ánodo o por el cátodo , el cual será la
terminal de base y las dos restantes el emisor y el colector .
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La forma de checar las terminales es la siguiente , si el transistor es PNP ,
la base será negativa , esto quiere decir que la terminal negativa del
Multímetro será colocada en la tentativa base del transistor , con la
terminal positiva , se checan las dos terminales restantes , si presentan un
valor bajo , significa que encontramos la base , si no es así repetir el
procedimiento con las dos terminales restantes hasta encontrar la base ,
posteriormente teniendo identificada la base procedemos a comparar las
dos lecturas , la lectura ligeramente mayor será el emisor y la restante será
el colector , la diferencia entre las lectura , podría ser muy pequeña , así
como en algunos casos será muy grande .
Para un transistor NPN , es el mismo procedimiento , pero ahora la base
será positiva .
Forma de checar el transistor con Multímetro .
Estos valores de resistencia tienen dos significados , uno el detectar las
terminales en el transistor y el segundo determina el estado del transistor ,
esto quiere decir en buen o mal estado .
b) El transistor como amplificador .
Un transistor puede polarizarse de diferentes maneras , así como tener
diferentes configuraciones , el amplificador que se diseñara
emisor común polarizado por divisor de voltaje .
Un circuito como este , tiene ciertas características y una de las más
importantes es su grafica con sus rectas de carga en directa y alterna ,
dicha grafica se muestra en la figura siguiente .
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Esta grafica es la más importante , ya que de esta obtenemos las
condiciones de trabajo en el que se encuentra el transistor .
Si el punto Q se encuentra abajo , o sea hacia Vcc , decimos que el
transistor esta en la región de corte , si tenemos el caso inverso , el punto
Q hacia Ic decimos que el transistor se encuentra en la región de
saturación , ahora si el punto Q se encuentra exactamente a la mitad de la
recta de carga en alterna , decimos que el transistor se encuentra en zona
de amplificación de máxima oscilación simétrica .
El circuito para diseñar el amplificador se muestra en la siguiente figura .
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Para el circuito mostrado encontrar R2 y R1 para máxima excursión
simétrica , Vcc será seleccionado entre 15 y 25 volts , Rc = 1K , Re =
560Ω , RL = 1K y B = 150 .
Obtener la grafica y las rectas de carga en AC y DC , así mismo la máxima
excursión de voltaje y corriente de salida en la carga ( graficas ).
Formulas para el diseño .
Recordando que para encontrar los valores de Rdc y Rac , tenemos que los
capacitores se comportan como un circuito abierto para dc y como corto
circuitos para ac .
Preguntas .
1.- Que características en ganancia de voltaje y corriente presenta el
2.- Que resistencias determinan la posición del punto Q .
3.- Explique porque el circuito emisor común presenta un desfasaje de 180
grados entre la entrada y la salida .
4.- Que función lleva a cabo el capacitor Ce (1uf ).
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Practica No. 10
El amplificador operacional ( OPAMP )
Objetivo : El alumno desarrollara la habilidad para el uso de los
amplificadores operacionales en configuración inversora y no inversora .
Material :
-
2 741
2 Resistores de 1K
2 Resistores de 10K
2 Resistores de 100K
1 Proto
1 Generador de señales
1 Osciloscopio
1 Multímetro
1 Fuente dual
Conexiones
Introducción :
Un amplificador operacional es un dispositivo muy versátil, ya que en un
pequeño encapsulado de 8 pines , almacena cientos de componentes , es
con el se pueden llevar a cabo una gran diversidad de
circuitos , desde circuitos sencillos hasta muy complicados con un mínimo
de elementos externos .
Nosotros enfocaremos nuestra atención a dos circuitos que son muy
utilizados y son el “caballito de batalla” en esta área , nos referimos a las
configuraciones inversora y no inversora , las cuales tienen una gran
diferencia en su función , veámoslo.
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Amplificador inversor .
1.- Arme el circuito de la figura 1
Figura 1
2.- Seleccione R1 = 1K y Rf = 1K
3.- Conecte el generador de señales a la entrada marcada como Vi ,
procurando que el valor de voltaje sea lo mas pequeño posible .
4.- Conecte la punta del osciloscopio a la terminal marcada como Vo , en
este punto obtenemos el valor de la salida .
5.- Apunte los valores de entrada y su salida correspondiente para cada
caso .
6.- Haga combinaciones en Rf , manteniendo fija R1 .
7.- Terminado esto , cambie R1 por el valor siguiente mas alto y vuelva a
repetir las combinaciones en Rf , y asi sucesivamente .
8.- Conecte las dos puntas del osciloscopio y compare las dos señales ,
nota algo irregular , explique .
Precaución : Una fuente dual tiene dos polaridades con respecto a tierra
una es positiva y la segunda negativa , no confundir la polaridad negativa
con tierra .
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Un ejemplo cotidiano , si un día va por los pasillos de la FCFM y uno de
sus compañeros le hace la siguiente asevera
para encontrar la ganancia en un opamp inversor es :
Usted que contestaría , cierto , falso o espérame voy a laboratorios a
comprobarlo .
Posteriormente le dicen y la formula para encontrar el voltaje de salida es :
Que respuesta le daría a su compañero confundido por estas formulitas .
Bueno , no tendra por que pasar por esto , ya que en esta practica
comprobara dichas ecuaciones para la ganancia y voltaje de salida en un
opamp inversor .
Amplificador no inversor .
1.- Arme el circuito de la fig. 2
Figura 2
2.- Repita el mismo procedimiento anterior .
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3.- Comprobar las formulas de ganancia y voltaje de salida para un no
inversor .
4.- Con respecto al inversor , que diferencias hay .
Preguntas .
1.- Mencione las terminales del C.I 741 y sus funciónes .
2.- Que resistor determina la ganancia de voltaje .
3.- Diga que configuración tiene un opamp , si desfasa la señal .
4.- Porque se requiere una fuente de voltaje dual y no una sencilla .
5.- A que se refiere el termino retroalimentación positiva o negativa en un
opamp .
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