Presentaci

1
UNIVERSIDAD DE OVIEDO
Universidad de Oviedo
ÁREA DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
PRÁCTICAS DE LABORATORIO
ASIGNATURA DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS
1ER CURSO DE INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIÓN
2
PRÁCTICA 1
Guión

• Manejo del osciloscopio
• Manejo del generador de funciones
• Montaje con diodos

• Efecto de la tensión de codo
• Comportamiento en frecuencia

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Equipos usados en las prácticas de dispositivos
Osciloscopio
Generador de funciones
Fuente de alimentación
4
Manejo del osciloscopio
Botones de Menú
Mandos relacionados con la sincronización
Mandos relacionados con la escala vertical
Mandos relacionados con la escala horizontal
5
El osciloscopio es un equipo que sirve para
visualizar formas de onda de TENSIÓN de un
circuito. Las formas de onda las representan en
dos ejes el eje de abscisas representa tiempo y
el eje de ordenadas representa tensión. Las
escalas de ambos ejes son modificables por el
usuario. La pantalla está dividida en cuadrículas
y lo que el usuario elige es el valor de cada una
de esas cuadrículas.
Voltios
V/Div
Cuadrícula
Tiempo
Time/Div
6
Escala Vertical
En el osciloscopio, el usuario puede elegir el
punto donde quiere que se represente el valor de
cero voltios. Para ello, debe usarse el cursor de
posición.
Este mando activa el menú de matemáticas. Las
opciones que presenta permiten hacer operaciones
aritméticas con las formas de onda.
Este mando muestra en pantalla el menú
correspondiente al canal 2. Además, activa o
desactiva el canal pulsándolo sucesivas veces.
Con este mando elegimos el valor de la escala
vertical de cada cuadrícula. Este valor puede
estar comprendido entre 2mV y 5V cuando la sonda
es de tipo 11. Si la sonda es 1X, estos valores
se multiplican por X.
Es necesario informar al equipo del tipo de sonda
en uso
7
Escala Horizontal
Con este mando puede desplazarse horizontalmente
la traza que se está representando en el
osciloscopio.
Con este mando se activa el menú correspondiente
a la escala horizontal del osciloscopio.
Con este mando se selecciona el valor horizontal
de cada cuadrícula. Este valor está comprendido
entre 5ns y 5s.
8
Sincronización de formas de onda
El osciloscopio está pensado para representar
formas de onda periódicas. Para que la imagen
aparezca representada de forma estable, el
osciloscopio debe poder tomar instantáneas de
la forma de onda siempre en el mismo punto. Esto
se consigue con los mandos de sincronización
(TRIGGER).
Este mando fija el nivel de disparo
Este mando activa el menú del TRIGGER. En este
menú debemos seleccionar el canal que estamos
intentando sincronizar. También podemos elegir la
pendiente en la que se realizará el disparo
positiva o negativa.
Nivel de disparo
Dos opciones
9
Modo DC y Modo AC
En el menú de selección de cada canal aparece una
de las opciones de más interés del osciloscopio
el modo DC y el modo AC. Como se ha comentado, el
osciloscopio es un equipo que sirve para
representar formas de onda de un circuito. El
modo DC representa las formas de onda tal cual
son, es decir, vemos la forma de onda real. Sin
embargo, el modo AC filtra la señal con lo que lo
que vemos en el osciloscopio no se corresponde
totalmente con la realidad. El modo AC elimina la
componente de continua de una forma de onda.
Forma de onda real modo DC
Forma de onda en modo AC
11
10
1
9
0
Componente de continua
-1
0
Se elimina la componente de continua
10
Sondas
Este osciloscopio tiene dos canales CH1 y CH2.
MUY IMPORTANTE las masas de ambos canales están
unidas, es decir, comparten la misma masa.
MASA
Terminal Activo
Los dos cocodrilos deben conectarse en el mismo
punto del circuito
MASA
Terminal Activo
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DECÁLOGO BÁSICO PARA EL USO DEL OSCILOSCOPIO

1. Tener en mente la forma de onda que pretendemos
   visualizar (amplitud y frecuencia)
2. Adecuar la escala horizontal y la escala vertical
   para poder visualizar tres o cuatro periodos de
   dicha forma de onda.
3. Seleccionar el canal correspondiente a la sonda
   que estamos usando
4. Comprobar que el tipo de sonda es el adecuado (
   11, 110, etc)
5. En general, comprobar que la masa de la sonda
   está pinchada en la masa del circuito
6. Comprobar que el canal en uso está en modo DC
7. Comprobar que el menú MATH no está activado
8. Fijar el punto de cero voltios en el lugar
   deseado
9. Comprobar que el TRIGGER está intentando
   sincronizar el canal que estamos usando
10. Fijar el nivel de disparo en cualquier punto
    dentro de la forma de onda

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Manejo del generador de funciones
Valor de continua (OFFSET)
Selección de la amplitud
Voltios
Amplitud
Valor de continua (OFFSET)
0 Voltios
tiempo
Salida
Selección de la frecuencia
Selección de la forma de onda
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Montaje 1 a realizar
VD
Generador de funciones
VR
Senoide 10V, 1kHz
Objetivo observar las características reales de
diferentes tipos de diodos. En concreto, su
tensión de codo y su tiempo de recuperación
inversa.
Diodos a utilizar
Diodo estándar alta tensión 1N4007 Diodo
estándar de señal 1N4148 Diodo Schottky
11DQ10 Diodo de Germanio AA119
14
Pines de un diodo
Ánodo
Cátodo
Ánodo
Cátodo
Patillaje de un diodo LED
Cátodo
Ánodo
Ánodo
Cátodo
15
Valor de una resistencia
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
a
b
c
T
Valor
En el ejemplo
Oro 5
T Tolerancia
Plata 10
16
Tensión de codo real
VD
Generador de funciones
VG
VR
Senoide 10V, 1kHz
Como se puede observar, se cumple VR VG-VD. Si
el diodo fuese ideal y la tensión de codo fuese
nula, la tensión de la resistencia sería igual a
la del generador de funciones. En la realidad
esto no es así y por tanto, la tensión en la
resistencia será siempre menor que la del
generador. Esto se puede observar en este
montaje si vemos en el osciloscopio la tensión VG
y la tensión VR simultáneamente
VG
VD
VR
Realizar este montaje con todos los diodos y
averiguar sus tensiones de codo Repetir las
pruebas pero esta vez utilizando una senoide de 2V
17
Tiempo de recuperación real
VD
ID
Generador de funciones
VG
VR RID
Onda Cuadrada 10V, 1kHz
VG
VR
Esta forma de onda es proporcional a la forma de
onda de la corriente que circula por el diodo
Ideal
trr
Realizar este montaje con todos los diodos y
averiguar sus tiempos de recuperación. En cada
caso, realizar las pruebas a diversas frecuencias
(entre 1kHz y 1MHz)
18
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS DIODOS
En la siguiente tabla se muestran las
características básicas de algunos diodos
obtenidas de los catálogos suministrados por los
fabricantes. Compárense los datos obtenidos
experimentalmente con los datos teóricos.
tRR (ns)
IF
VF
VRRM
1N4007
1000
1 A
0,95 V
1000
75
1 V
4
1N4148
200 mA
11DQ10
100
1 A
0,85 V
lt1
AA119
45
35 mA
19
PRÁCTICA 2
Guión

• Montaje con diodos zener
• Obtención de curvas características de diodos

• Trabajo en modo XY del osciloscopio
• Curvas de diodos standard, schottky, germanio,
  zener y LED

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Montaje 1 a realizar Limitador
1k
Generador de funciones
4,3 V
VG
VZ
Senoide 10V, 1kHz
5,1 V
Objetivo comprobar el funcionamiento de un diodo
zener. Para ello, se propone el montaje de la
figura con dos diodos zener en antiserie. Como se
podrá comprobar con este montaje, los diodos
zener van a limitar la tensión en bornes de los
mismos (VZ) al valor de su tensión zener (más
tensión de codo del otro diodo). Por tanto, a
pesar de que la fuente de tensión proporciona
10V, los diodos van a impedir que la tensión VZ
supere los 4,3 V en el semiperiodo positivo y los
5,1 V en el negativo (aprox.).
Obténganse simultáneamente en el osciloscopio las
tensiones VG y VZ
21
Semiperiodo positivo

RDZ1
Zona Zener
DZ1 4,3 V
4,3 V
Polarizado directamente
VD2 0,6 V
DZ2 5,1 V
-
RD2
Real
Ideal
VZ
VZ
22
Montaje 2 a realizar Limitador
1k
Generador de funciones
VG
5,1 V
VZ
Onda Cuadrada 10V, 1kHz
Este circuito es similar al anterior aunque en
este caso, la tensión utilizada tiene una forma
de onda cuadrada.
Obténganse simultáneamente en el osciloscopio las
tensiones VG y VZ
23
Obtención de la curva característica de un diodo
El osciloscopio muestra normalmente una forma de
onda en la que el eje X representa tiempo y el
eje Y representa voltios. Sin embargo, también
puede funcionar en un modo especial denominado
XY. En este caso, ambos ejes representan voltios
con lo que la forma de onda no tiene una
componente temporal. Este modo de funcionamiento
es muy útil para obtener las curvas
características de los semiconductores. En este
montaje vamos a obtener las curvas de varios
diodos para poder compararlas.
X-Y
y
Canal 2
Voltios
x
Canal 1
Voltios
24
Las curvas características de los semiconductores
se representan en ejes corriente-tensión.
Corriente
VD
ID
Tensión
Como ya sabemos, el osciloscopio únicamente
representa tensión por lo que debemos implementar
algún sistema para medir la corriente. El método
más sencillo es mediante una resistencia ya que
como también es sabido, la tensión en bornes de
una resistencia es proporcional a la corriente
que pasa a través de ella. Por tanto, si
colocamos una resistencia en serie con el diodo y
medimos la tensión en sus bornes obtendremos una
forma de onda proporcional a la forma de onda de
la corriente. Evidentemente, la constante de
proporcionalidad es el valor de la resistencia.
VR
VR RIR
IR
25
Montaje 3 a realizar Curva característica del
diodo
Generador de funciones
ID
VG
VD Canal 1
Senoide 10V, 1kHz
Masa común !!
VR -kID
VR Canal 2
X-Y
kID
Canal 2
Hay que invertir el canal 2
VD
Canal 1
26
PRÁCTICA 3
Guión

• Funcionamiento de la fuente de alimentación

• Corriente inversa de los diodos

• Efecto de la temperatura

• Uso de un LED como fotodiodo
• Uso de un LED como célula solar

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Fuente de alimentación
Este equipo tiene tres fuentes de alimentación 1
de alterna y dos de continua. La de alterna no se
utilizará en estas prácticas
Voltímetro
Fuente de alterna
Selectores de visualización
Cursor
Fuente 0 V-10 V
Fuente 15 V
28
Fuente de alimentación
Las fuentes de tensión están activas
PERMANENTEMENTE. Los selectores de visualización
simplemente conectan el voltímetro a una fuente o
a otra para poder ver su valor de tensión. Cada
una de las fuentes tiene un cursor para poder
ajustar la tensión al valor deseado. Una de las
fuentes puede tomar valores comprendidos entre 0
V y 10 V. La otra es una fuente simétrica y puede
tomar valores entre 0 V y 15 V.
Conector de seguridad conectado a la carcasa !!
0
-

-

0-15 V
0-10 V
0-15 V
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Montaje 1 Corriente inversa de un diodo
El objetivo del montaje es observar la corriente
inversa en un diodo real. Para ello vamos a
realizar el siguiente montaje
AA119. R 1M? 1N4007. R 10M? 11DQ10. R 10M?
IS
Fuente de tensión
10 V
100 nF
R
VR RIS
Como se puede observar, el diodo está polarizado
inversamente y por tanto, la corriente que
circulará a través de él será únicamente la
corriente de polarización inversa (IS). Como es
sabido, esta corriente es muy pequeña y por
tanto, la resistencia a utilizar para poder
observar un valor de tensión razonable debe tener
un valor bastante grande (M?). El condensador de
100 nF en paralelo se utiliza para filtrar ruidos
captados por el montaje y que no se atenúan
debidos al elevado valor de la resistencia.
30
Montaje 2 Efecto de la temperatura sobre la
corriente inversa
Objetivo Con este montaje se pretende ver cómo
influyen los cambios de temperatura en la
corriente de polarización inversa de varios
diodos. Para ello utilizaremos el montaje
anterior y calentaremos el diodo acercándole una
fuente de calor. En este caso, utilizaremos una
resistencia de potencia conectada directamente a
una fuente de tensión. La potencia eléctrica
disipada en la resistencia se convierte en calor.
Fuente de tensión 1
Fuente de tensión 2
IS
10?
10 V
5 V
100 nF
R
VR RIS
AA119. R 1M? 1N4007. R 10M? 11DQ10. R 10M?
Diodos
31
Montaje 3 Funcionamiento de un LED como fotodiodo
Objetivo Con este montaje se pretende observar
una característica peculiar de los diodos LED.
Estos son diodos emisores de luz sin embargo, al
haber un camino directo entre el exterior
(iluminado) y el material semiconductor, se
produce un efecto curioso que es el
funcionamiento del LED como fotodiodo.
Fuente de tensión 1
Fuente de tensión 2
LED
10 V
3 V
100 nF
R
Bombilla
Al realizar el montaje de la figura observaremos
que al acercar la bombilla al LED la tensión en
la resistencia aumenta. Esto es debido a que el
LED se muestra sensible a la luz y su corriente
inversa aumenta.
32
Montaje 4 Funcionamiento de un LED como célula
solar
Objetivo Con este montaje se pretende observar
el comportamiento simétrico al anterior, es
decir, el funcionamiento como célula solar. En
este caso, observaremos cómo al iluminar el LED
éste se convierte en un GENERADOR de energía. Al
iluminarlo con la bombilla podremos observar una
cierta tensión en bornes de la resistencia.
Nótese que en la parte izquierda del circuito de
la figura no hay absolutamente ninguna fuente de
energía y sin embargo, aparece una tensión en
bornes de la resistencia.
Fuente de tensión
VR
LED
3 V
Bombilla
33
PRÁCTICA 4
Guión

• Montajes con transistores bipolares

• Uso como amplificador del transistor

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Montaje 1 Conexión directa de una bombilla al
generador de funciones
7?
50?
Forma de onda Cuadrada, 10 V, 2Hz
Generador de funciones
1 V
10 V
Al realizar el montaje anterior observaremos como
a pesar de que el generador en vacío da la forma
de onda adecuada, al conectarle la bombilla, ésta
no se enciende. Por qué? La clave está en la
impedancia de salida del generador. Cualquier
fuente real tiene una impedancia de salida.
Idealmente esta impedancia debería ser nula, lo
cual en la práctica es imposible. En este caso,
la impedancia del generador es de 50 ?. La
bombilla tiene un equivalente resistivo de unos 7
? (en caliente). Si hacemos el cálculo veremos
que la tensión en bornes de la bombilla es del
orden de 1 V, lo cual no es suficiente para
conseguir que luzca.
35
Montaje 2 Amplificación de la señal obtenida del
generador
Objetivo Conseguir encender y apagar una
bombilla al ritmo que marca el generador de
funciones. Como hemos visto, no podemos conseguir
este efecto conectando directamente la bombilla
al generador. Por tanto, debemos amplificar la
señal que sale del mismo. Para ello utilizaremos
el montaje que se muestra en la figura. En este
circuito, la señal del generador, que entra por
la base del transistor es amplificada por éste.
Fuente de tensión
3.6 V
100?
BD 139
Forma de onda Cuadrada, 10 V, 2Hz
36
Montaje 3 Transmisión de información por medios
ópticos
Objetivo Conseguir mandar información digital
entre dos circuitos utilizando la
luz. Actualmente se está utilizando de forma muy
extendida la fibra óptica para transmitir
información digital mediante la luz. Con este
montaje se pretende enviar información utilizando
la luz mediante un circuito de transmisión muy
rudimentario. Aprovecharemos el efecto visto en
la práctica anterior y utilizaremos un LED como
fotodiodo.
Fuente de tensión 2
Fuente de tensión 1
BD 138
10 V
3.6 V
100?
BD 139
10 k?
100 k?
Forma de onda Cuadrada, 10 V, 2Hz
37
PRÁCTICA 5
Guión

• Montajes con transistores bipolares

• Operación en zona activa

38
Montaje 1 Transistor bipolar en zona activa
Objetivo Situar el punto de polarización de un
transistor en zona activa. Para ello vamos a
montar el circuito de la figura. Como se puede
observar, el transistor tiene en colector una
carga fija con lo que simplemente cambiando la
corriente de base debe ser posible hacer que
opere en zona activa. Esto se logra actuando
sobre el potenciómetro del circuito de base.
Fuente de tensión
1k
470 k?
10 V
IB
VCE
10 k
39
Transistor bipolar en zona activa
RPOT
IC
470 k?
10 k
IB
1k
10V
10V
Saturación
IC
10V/1k
Cambiando el valor de la corriente de base
podemos pasar de saturación a zona activa
IB1
Recta de carga (es fija en este caso)
IB2
IB3
10V
VCE
Zona Activa
40
Montaje 2 Paso de saturación a zona activa
Objetivo Conseguir que un transistor bipolar
pase alternativamente de saturación a zona
activa. Como se puede observar, el transistor T1
tiene una corriente de base fija (10V/100k). Sin
embargo, tiene en el colector un condensador que
irá cambiando de tensión. T2 tiene ese mismo
condensador en colector y su corriente de base la
controlaremos mediante el generador de funciones.
T1 BD138
10V
10k
100k
V1
100nF
T2 BD139
VG
Forma de onda cuadrada. 1kHz, Tensión variable
Mostrar simultáneamente en el osciloscopio las
tensiones V1 y VG
41
PRÁCTICA 6
Guión

• Montajes con transistores bipolares

• Circuitos para mejorar la conmutación
• Construcción de una célula de memoria

42
Montaje 1 Conmutación de un transistor bipolar
Objetivo Comprobar cómo el manejo de la
corriente de base es crítico en la conmutación
del transistor. Se realizarán 4 montajes para
comprobar como diferentes circuitos de base
obtienen diferentes comportamientos. El circuito
menos eficiente es el que se muestra en la
siguiente figura. En este caso, el diodo impide
que haya corriente saliente por la base del
transistor, lo que equivale a dejarla al
aire. Observar simultáneamente las tensiones V1 y
VCE para ver el retraso entre la orden de corte
dada por el generador y el corte efectivo de la
corriente de colector.
1k
5V
1N4148
10k
VCE
5V, 20 kHz
V1
43
Formas de onda del circuito
V1
5 V
VCE
Corte
5 V
Saturación
Saturación
Instante en el que el bipolar entra en corte
Retraso
Sin embargo, el transistor no reacciona hasta
este instante
Idealmente el transistor dejaría de conducir en
este punto
44
Montaje 2 Conmutación de un transistor bipolar
Con este circuito se permite la circulación de
corriente negativa por la base del transistor.
Esto facilita la extracción de portadores
minoritarios de la base y por tanto agiliza la
conmutación de conducción a corte.
1k
5V
10k
VCE
5V, 20 kHz
V1
45
Montaje 3 Mejora de la conmutación de un
transistor bipolar
En este circuito se ha añadido un condensador en
el circuito de base con el fin de imponer una
tensión negativa en la unión base-emisor en el
momento del corte. De esta forma se facilita la
polarización inversa de la unión y por tanto el
corte se produce más rápidamente. Este circuito
es interesante cuando no se dispone de una
tensión negativa para el manejo del transistor.
1k
4.7nF
5V
0-5V, 20 kHz
VCE
4.7k
4.7k
V1
46
Montaje 3 Mejora de la conmutación de un
transistor bipolar. Antisaturación
El circuito que se muestra en la figura es un
circuito de anti-saturación. El diodo de germanio
colocado en paralelo con la unión colector-base
hace que el transistor no pueda en ningún caso
trabajar en una zona de fuerte saturación, ya que
lo impide el bajo valor de la tensión de codo del
diodo de germanio (menor que la tensión de codo
de las uniones de silicio). De esta forma, al no
estar el transistor totalmente saturado, la
salida de conducción es mucho más rápida.
1k
AA119
5V
VCE
10k
V1
5V, 20 kHz
47
Montaje 4 Célula de memoria construida a base de
transistores.
Objetivo Construir una célula de memoria
utilizando transistores bipolares.
Dado que el transistor bipolar puede operar en
distintas zonas, es posible construir una célula
de memoria que mantenga un bit de información o,
lo que es lo mismo, que pueda permanecer en
saturación o corte de forma indefinida. Cada uno
de estos dos estados simbolizará un 1 lógico o
un 0 lógico.
1k
1k
10k
10 V
0 lógico
1 lógico
10k
Actuadores para grabar un 1 o un 0
Cortocircuitando el contacto grabamos la
información. Aunque soltemos el actuador, la
información se mantiene MEMORIA.
48
PRÁCTICA 7
Guión

• Montajes con MOSFET

• Manejo de la puerta de un MOSFET
• Driver para MOSFETs
• Inversor digital con tecnología MOSFET

49
Montaje 1 Manejo de la puerta de un MOSFET
Objetivo Ver como el manejo de la tensión
puerta-fuente de un MOSFET afecta
significativamente a su funcionamiento.
Para ello, enviaremos pulsos a la puerta del
MOSFET desde el generador de funciones,
interponiendo entre ambos un potenciómetro. Al
observar simultáneamente los pulsos del generador
y la tensión drenador-fuente veremos como al
aumentar la resistencia se deteriora la
conmutación del MOSFET. Si a continuación
colocamos un condensador en paralelo con la
puerta, veremos como la conmutación empeora aún
más.
1k
1k
15 V
15 V
10 V, 5kHz
10 V, 5kHz
1k
1k
VDS
VDS
VG
VG
10nF
50
Montaje 2 Driver para un MOSFET
Objetivo Montar un circuito que consiga manejar
eficientemente la puerta del MOSFET
(driver). Para ello se monta un circuito con
transistores bipolares como el de la figura
(etapa complementaria). Este driver amplifica la
corriente de la señal del generador consiguiendo
cargar y descargar la capacidad de puerta del
MOSFET adecuadamente.
15 V
1k
BD139
15 V
1k
VDS
10 V, 5kHz
VD
VG
10nF
BD138
51
Montaje 3 Inversor digital con tecnología MOSFET
Objetivo Construir un circuito inversor con
transistores MOSFET.
Obsérvese como la tensión de salida VS está
invertida respecto a VG. Además, podemos variar
la tensión de la fuente y observar el efecto
sobre VS
Canal P
0-10 V, 2 kHz
8 V 12 V
VS
VG
Canal N