Manual de Practicas de Dispositivos Analogicos Ver1.0 Mayo 20

8/15/2019 Manual de Practicas de Dispositivos Analogicos Ver1.0 Mayo 20

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Cuatrimestre

UTCH-CA-11 CA: Innovación y fortalecimiento en el área académica y tecnológica

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE CHIHUAHUAMecatrónica Área Automatización

Manual de Prácticas

De Dispositivos Analógicos


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Cuatrimestre


MECATRÓNICA ÁREA AUTOMATIZACIÓN

Dispositivos Analógicos ___________________________________

Universidad Tecnológica de ChihuahuaAv. Montes Americanos No. 9501

Sector 35 / C.P. 31216Teléfono (614) 432-2000 ext.1105

NombreElaboró: CA: Innovación y fortalecimiento en el área

académica y tecnológicaClave: UTCH-CA-11

Integrantes: M.C. Martha Lorena Martínez García

M.C. Osvaldo Olivo SandovalM.C. Nancy Beatriz Chávez VegaM.C. Jorge Alberto Espinoza Luna

Fecha: 20 de Mayo del 2014Revisión: 1.1


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Dispositivos Analógicos


COMPETENCIA

Implementar sistemas de medición y control bajo losestándares establecidos, para el correcto

funcionamiento de los procesos industriales.

Objetivo de la Asignatura

El alumno construirá circuitos analógicos utilizando losprincipios básicos de operación de dispositivos

analógicos (Filtros, convertidores, acondicionadores de

señal, generadores de señal y manejadores depotencia) y su simulación para su utilización en equipode instrumentación y control automático.


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ÍNDICE

Unidad I. FiltrosPráctica No. 1.1 Filtro pasa bajas de 1er. orden de -20dB/década ……………………………………………………………………. 4Práctica No. 1.2 Filtro pasa altas de 1er. orden de 20dB/década ……………………………………………………………………… 7Práctica No. 1.3 Filtro pasa banda de 1er. Orden …………………………………………………………………………………………… 10Práctica No. 1.4 Filtro pasa bajas de 2º. Orden de -40dB/década …………………………………………………………………… 12Práctica No. 1.5 Filtro pasa altas de 2º. Orden 40dB/década …………………………………………………………………………… 14Práctica No. 1.6 Filtro pasa banda de 2º. Orden ……………………………………………………………………………………………. 16Práctica No. 1.7 Ecualizador ………………………………………………………………………………………………………………… 18

Unidad II Convertidores de señal Práctica No. 2.1 Convertidor de voltaje a corriente ………………………………………………………………………………………… 21Práctica No. 2.2 Convertidor de corriente a voltaje ……………………………………………………………………………………… 23Práctica No. 2.3 Convertidor de voltaje a frecuencia ……………………………………………................................................... 25Práctica No. 2.4 Convertidor de CA a CD …………………………………………………………………………………………………… 27Práctica No. 2.5 Voltímetro de CD de alta resistencia …………………………………………………………………………………… 29

Unidad III. Acondicionamiento de señalPráctica No. 3.1 Puente de Wheatstone …………………………………………………………………………………………………… 32Práctica No. 3.2 Amplificador de Instrumentación ………………………………………………………………………………………… 33Práctica No. 3.3 Lazo de corriente de 4 a 20mA …………………………………………………………………………………………… 35

Unidad IV. Generadores de señalPráctica No. 4.1 Generador de señal cuadrada …………………………………………………………………………………………… 37Práctica No. 4.2 Generador de señal senoidal ……………………………………………………………………………………………… 39Práctica No. 4.3 Generador de señal triangular …………………………………………………………………………………………… 41

Unidad V. Manejadores de potenciaPráctica No. 5.1 Puente H accionado por un PWM……………………………………………………………………………………………. 44

Bibliografía …………………………………………………………………………………..... 45

AnexoGuía de observación …………………………………………………………………………………………………………………………… 46


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Unidad I. Filtros

El alumno elaborará circuitos con filtros y simulación, utilizando los principios básicos de operación de filtros activos par asu utilización equipo de instrumentación y control automático.


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Práctica No. 1.1 FILTRO PASABAJAS de 1er. orden de -20dB/década

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad de comprender que es un filtro pasa bajasde 1er. orden y como funciona, así como también construir las gráficas de ganancia y de fase de dicho filtro.

Cantidad Equipo Cantidad Material1 Generador de Funciones 2 R 10kΩ 1 Osciloscopio 1 C 1000pF1 Fuente de voltaje 1 CI TL0811 Multímetro 1 Conector hembra Plug in1 Teléfono celular 1 Conector macho Plug in1 Auriculares

Desarrollo:

1. Mida el valor de la resistencia de entrada y del capacitor a utilizar con el multímetro.Anótelo R=___________C=_____________

2. Con los valores medidos. Calcule lo siguiente = 1/ RC y anótelo: =___________________

3. Calcule: f 1/(2 ) , anótelo. f c=___________________4. Dibuje en el siguiente espacio, el diagrama del TL081 o el CI equivalente que esté usando.

5. Construya el siguiente circuito en el protoboard.

6. Genere una señal senoidal de 3Vpp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del generador de funciones y compruebeésta señal en el osciloscopio.

7. Conecte ésta señal a la entrada del circuito.

8. Observe la señal de salida del osciloscopio y mida su amplitud y frecuencia de la señal de salida. Anótelo en la TablaNo. 1.

9. Ahora varíe la frecuencia de entrada fi, y vuelva a medir con el osciloscopio la amplitud y la frecuencia de la señalde salida fo, haga esto para cada una de las frecuencias que se muestran en la Tabla No. 1 y anote los valoresmedidos en la misma.

U1

TL081ACD

3

2

4

7

6

51

R1

10kΩ

R210kΩ

C11000pF

R310kΩ

V14 Vrms60 Hz0°

V212 V

V312 V


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10. Gra fique sus resultados en una hoja semilogarítmica. Es decir en el eje de “x” las frecuencias y en el eje de las “y” laganancia de voltaje |AV|

Tabla No. 1Mida en el osciloscopio los siguientes parámetros

f i(Hz)Vi pp

(volt)

Vopp

(volts)

Periodo=T

(seg)1/T (Hz) ¿Atenuación?

Si No

¿Cuál es el valor del∡Ө (Desfasamiento)?

601202404809601,5001,9202,5004,0007,5008,00015,500

16,00032,00064,000130,000260,000500,0001,000,0002,000,0004,000,000

11. Simule el circuito implementado en Multisim. A continuación obtenga las gráficas de Magnitud y Fase, según seexplica a continuación:

a) Construya el circuito del filtro pasa bajas en Multisim

b) Para obtener las gráficas de magnitud y fase en Multisim, elija del menú principal Simular, después Análisis Análisis de ca. y se abrirá una pantalla.

c) En la pantalla elija en sentido vertical la escala en lineal y como análisis la fuente de voltaje, de en el botón aceptar.De este modo obtiene las gráficas de ganancia y fase.

d) ¿Las gráficas resultantes de la simulación son parecidas a las gráficas que construyo en las hojas semilogarítmica conlos datos obtenidos prácticamente? Explique:

________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________

e) Ubique en la simulación la frecuencia de corte. ¿Este valor coincide con el valor calculado? Si___ NO__ ¿Porqué?______________________________________________________________

12. Ahora desconecte el generador de funciones de la entrada del circuito.

13. Conecte ahora, en la entrada del circuito, la salida de audio de su teléfono celular.

14. Conecte en paralelo con el osciloscopio los auriculares y escuche la salida de audio. ¿Escucha alguna diferenciaentre la señal de audio de entrada con respecto a la señal de salida de audio?


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Explique_________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

Cuestionario:

En una hoja aparte conteste lo siguiente:

1. ¿Qué es un filtro pasa bajas?

2. ¿A qué frecuencia se empieza atenuar el voltaje de salida?

3. ¿A qué frecuencia se empieza a desfasar la señal de salida con respecto a la entrada?

4. Compare las gráficas obtenidas en la simulación con las obtenidas prácticamente (Diagrama de BODE, Magnitud yFase). Explique

5. Convierta: 3Vpp en Vrms es igual a: ___________. Anote la fórmula:___________

6. Convierta: 1000pF a) nF:____________ b) F:_____________

7. ¿Qué es capacitancia?

8. ¿Qué es frecuencia?

9. ¿Qué es periodo?

10. ¿Qué es frecuencia de corte?

11. ¿Qué es ganancia?

12. ¿Qué es reactancia capacitiva?

En una hoja aparte, entregar las Conclusiones Individuales.

Notas:

Un Diagrama de Bode es una representación gráfica que sirve para caracterizar la respuesta en frecuencia de unsistema. Normalmente consta de dos gráficas separadas, una que corresponde con la magnitud de dicha función yotra que corresponde con la fase. Recibe su nombre del científico que lo desarrolló, Hendrik Wade Bode. Es unaherramienta muy utilizada en el análisis de circuitos en electrónica, siendo fundamental para el diseño y análisis defiltros y amplificadores.

Fecha de inicio: Integrantes:Fecha de Terminación:Reviso:


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Práctica No. 1.2 FILTRO PASA ALTAS de 1er. orden de 20dB/década

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad de comprender que es un filtro pasa altasde 1er orden y como funciona, así como también construir las gráficas de ganancia y fase de dicho filtro.

Cantidad Equipo Cantidad Material1 Generador de Funciones 1 CI TL0811 Osciloscopio Resistencias y Capacitores según los calculados1 Fuente de voltaje 1 Multímetro

Antecedente: Procedimiento de diseño para filtros pasa altas de 20dB/década

1. Escoja la frecuencia de corte, 2. Elija un valor conveniente de C, por lo general entre 0.001 y 0.1µF3. Calcule R mediante la ecuación: 2 4. Escoga =

Desarrollo:

1. Diseñe un filtro pasa altas para una frecuencia de corte de 10kHz. Calcule los valores respectivos de C y R.

2. Mida todos los valores de los componentes antes de construir los circuitos. Debe ponerse especial atención en que losvalores difieran en menos del 1%. En caso de no cumplir con estas especificaciones, se tendrán circuitos que nuncacumplirán con los criterios de diseño. Los capacitores deberán ser del tipo npo (coeficiente de temperatura cero).

3. Mida el valor de la resistencia de entrada y del capacitor a utilizar con el multímetro. AnóteloR=___________C=___________________

4. Con los valores medidos. Calcule lo siguiente ω c= 1/ RC y anótelo =________________

5. Calcule: f 1/(2 ) , anótelo. f c=_________________

6. Dibuje en el siguiente espacio, el diagrama del TL081 o el CI que éste utilizando.

7. Implemente el circuito diseñado en el protoboard.

R18kΩ

C1

0.002µF

U1

LM301AD

3

2

4

7

6

51

8

V11.41 Vrms60 Hz0°

RF

8kΩ

RL10kΩ

VCC 12V

VEE -12V C2

30pF


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8. Generar una señal senoidal de 2Vpp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del generador de funciones, ycompruebe ésta señal en el osciloscopio.9. Conecte ésta señal a la entrada del circuito.10. Visualice la señal de salida en el osciloscopio y mida su amplitud y frecuencia. Anótelo en la Tabla No. 1.11. Ahora varíe la frecuencia de entrada fi, y vuelva a medir con el osciloscopio la amplitud y la frecuencia de la señalde salida fo, haga esto para cada una de las frecuencias que se muestran en la Tabla No. 1 y anote los valores medidosen la misma.


f i(Hz)Vi pp

(volts)Vopp

(volts)

Periodo=T(seg)

f o=1/T(Hz)

¿Atenuación?Si No

¿Cuál es el valor del∡Ө

(Desfasamiento)?

601202404809601,5001,9202,5004,0007,5008,00015,50016,00032,00064,000130,000260,000500,0001,000,0002,000,0004,000,000

12. Grafique sus resultados en una hoja semilogarítmica. Es decir en el eje de “x” las frecuencias y en el eje de las “y” laganancia de voltaje |AV|

13. Simule el circuito implementado en Multisim. A continuación obtenga las gráficas de Magnitud y Fase, según seexplica a continuación:

a) Construya el circuito del filtro pasa altas en Multisimb) Para obtener las gráficas, elija del menú principal Simular, después Análisis Análisis de CA y se abrirá una

pantalla.c) En la pantalla elija en sentido vertical la escala en lineal y como análisis la fuente de voltaje, de en el botón aceptar.

De este modo obtiene las gráficas de ganancia y fase.d) ¿Las gráficas resultantes de la simulación son parecidas a las gráficas que construyo en la hoja semilogarítmica con los

datos obtenidos prácticamente? Explique: ________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________

e) Ubique en la simulación la frecuencia de corte. ¿Este valor coincide con el valor calculado? Si___ No___ ¿Porqué?_____________________________________________

14. Ahora desconecte el generador de funciones de la entrada del circuito.15. Conecte ahora, en la entrada del circuito, la salida de audio de su teléfono celular.


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16. Conecte en paralelo con el osciloscopio los auriculares a la salida del circuito y escuche la salida de audio. ¿Escuchaalguna diferencia entre la señal de audio de entrada con respecto a la señal de salida de audio?

Explique_________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

Cuestionario:

1. ¿Qué es un filtro pasa altas?

2. ¿A qué frecuencia se empieza atenuar el voltaje de salida?

3. ¿A qué frecuencia se empieza a desfasar la señal de salida con respecto a la entrada?

4. Compare las gráficas obtenidas en la simulación con las obtenidas prácticamente (Diagrama de BODE, Magnitud yFase). Explique

5. Convierta: 3Vpp en Vrms es igual a: ___________ Anote la fórmula:___________

6. Convierta: 1000pF a) nF:____________ b) F:_____________




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Práctica No. 1.3 FILTRO PASA BANDA de 1er. orden

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad de comprender que es un filtro pasabanda y como funciona, así como también construir las gráficas de ganancia y fase de dicho filtro.

Cantidad Equipo Cantidad Material1 Generador de Funciones 1 CI TL0821 Osciloscopio Resistencias y Capacitores según los calculados1 Fuente de voltaje 1 Multímetro

Antecedente: Procedimiento de diseño para filtros pasa altas y pasa bajas de 1er. Orden.

1. Escoja la frecuencia de corte, 2. Elija un valor conveniente de C, por lo general entre 0.001 y 0.1µF3. Calcule R mediante la ecuación: 2 4. Escoja =

Desarrollo:

1. Diseñe un filtro pasa banda con una frecuencia de corte inferior (f L ) de 400Hz y una frecuencia de corte alta (f H ) de4000Hz. Calcule los valores de las resistencias y capacitores para implementar el circuito en su protoboard. Recuerdeque los componentes no deben variar más del 1%.

2. Genere una señal senoidal de 3Vpp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del generador de funciones y compruebeésta señal en el osciloscopio.


4. Visualice la señal de salida en el osciloscopio y mida su amplitud y frecuencia. Anótelo en la Tabla No. 1

5. Ahora varíe la frecuencia de entrada fi, y vuelva a medir con el osciloscopio la amplitud y la frecuencia de la señalde salida fo, haga esto para cada una de las frecuencias que se muestran en la Tabla No. 1 y anote los valores medidosen la misma.

R1

10kΩ

C10.001µF

U1

LM301AD

3

2

4

7

6

51

8

V1 1.41 Vrms60 Hz0°

Rf

10kΩ

VCC 12V

VEE -12V C2

30pF

R28kΩ

C3

0.002µF

U2

LM301AD

3

2

4

7

6

51

8

R3

8kΩ

R410kΩ

VCC 12V

VEE -12V C4

30pF


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f i(Hz)Vi pp(volts)

Vopp(volts)

Periodo=T

(seg)f o=1/T(Hz)

¿Atenuación?Si No


601202404009601,5001,9202,5004,0007,5008,00015,000

6. Grafique sus resultados en una hoja semilogarítmica. Es decir en el eje de “x” las frecuencias y en el eje de las “y” laganancia de voltaje |AV|.

Cuestionario:

1. ¿Cuál es la frecuencia de corte del filtro pasa bajas?

2. ¿Cuál es la frecuencia de corte del filtro pasa altas?

3. ¿Cuál es el valor de la ganancia a la frecuencia de corte?

En una hoja aparte, entregar las Conclusiones Individual



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Práctica No. 1.4 FILTRO PASA BAJAS de 2º orden de -40db/década

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad de comprender que es un filtro pasa bajasde 2º orden y como funciona, así como también construir las gráficas de ganancia y fase de dicho filtro.

Cantidad Equipo Cantidad Material 1 Generador de Funciones 1 CI TL0821 Osciloscopio Resistencias y Capacitores según los calculados1 Fuente de voltaje 1 Multímetro

Antecedente: Procedimiento de diseño de un filtro pasa bajas de 2o. Orden.

1. Seleccione la frecuencia de corte, 2. Escoja C1 ; seleccione un valor adecuado entre 100pF y 0.1µF3. Haga C 2=2C1.4. Calcule R mediante la ecuación: 0.707 5. R=R1=R2 6. Escoja =2 Desarrollo:

1. Diseñe un filtro pasa bajas con una frecuencia de corte fc= 1kHz. Sea C1= 0.01µF. Determine R 1 , R2 , Rf y C 2. Recuerdeque los componentes no deben variar más del 1%.

2. Generar una señal senoidal de 2Vp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del generador de funciones y comprobarésta señal en el osciloscopio.


4. Visualice la señal de salida en el osciloscopio y mida su amplitud y frecuencia. Anótelo en la Tabla No. 1.5. Ahora varíe la frecuencia de entrada fi, y vuelva a medir con el osciloscopio la amplitud y la frecuencia de la señal

de salida fo, haga esto para cada una de las frecuencias que se muestran en la Tabla No. 1 y anote los valores medidosen la misma.

R1

11.258kΩ

C10.01µF

U1

LM301AD

3

2

4

7

6

51

8

V1

1.41 Vrms60 Hz0°

Rf

22.516kΩ

RL10kΩ

VCC 12V

VEE -12V

R2

11.258kΩ

C2

0.02µF

C330pF


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f i(Hz)Vi pp(volts)

Vopp(volts)

Periodo=T

(seg)f o=1/T(Hz)

¿Atenuación?Sí No


601202404006006507008109601000110015004,00010,000


Cuestionario:


2. ¿Los resultados teóricos concuerdan con los calculados?




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Práctica No. 1.5 FILTRO PASA ALTAS de 2º orden 40db/década

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad de comprender que es un filtro pasa altasde 2º orden y como funciona, así como también construir las gráficas de ganancia y fase de dicho filtro.

Cantidad Equipo Cantidad Material 1 Fuente de voltaje 1 CI TL0821 Multímetro Resistencias y Capacitores según los calculados1 Generador de funciones1 Osciloscopio

Antecedente: Procedimiento de diseño de un filtro pasa altas de 2o. Orden.

1. Seleccione la frecuencia de corte, 2. Haga C 1=C2=C y elija un valor conveniente.3. Calcule R 1 mediante la ecuación: .4 4 4. Elija R2=1/2R1

5. Escoja = Desarrollo:

1. Diseñe un filtro pasa altas con una frecuencia de corte fc= 1kHz. Sea C 1=C2= 0.01µF. Calcule R 1 , R2 , R f . Recuerde quelos componentes no deben variar más del 1%.

2. Genere una señal senoidal de 2Vp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del generador de funciones y comprobarésta señal en el osciloscopio.



5. Ahora varíe la frecuencia de entrada fi, y vuelva a medir con el osciloscopio la amplitud y la frecuencia de la señal

de salida fo, haga esto para cada una de las frecuencias que se muestran en la Tabla No. 1 y anote los valores medidosen la misma.

R2

11.3kΩ

C2

0.01µF

U2

LM301AD

3

2

4

7

6

51

8

V2 1.41 Vrms60 Hz0°

Rf

22.5kΩ

RL10kΩ

VCC 12V

VEE -12V

R122.5kΩ

C1

0.01µF

C530pF


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f i(Hz)Vi pp(volts)

Vopp(volts)

Periodo=T

(seg)f o=1/T(Hz)

¿Atenuación?Si No


601202404006006507008109601000110015004,000

10,00015,000


Cuestionario:






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Práctica No. 1.6 FILTRO PASA BANDA de 2º orden

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad de comprender que es un filtro pasabanda de 2º orden y como funciona, así como también construir las gráficas de ganancia y fase de dicho filtro.

Cantidad Equipo Cantidad Material1 Fuente de voltaje 1 CI TL0821 Multímetro Resistencias y Capacitores según los calculados1 Osciloscopio1 Generador de funciones

Desarrollo:

1. Diseñe un filtro pasa banda de 2º orden con una frecuencia de corte f L= 1kHz y una f H=10kHz. Calcule el valor de loscomponentes tanto del filtro pasa bajas como del pasa altas de 2º orden. Recuerde que los componentes no debenvariar más del 1%.

2. Genere una señal senoidal de 2Vp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del generador de funciones y comprobarésta señal en el osciloscopio.



5. Ahora varíe la frecuencia de entrada fi, y vuelva a medir con el osciloscopio la amplitud y la frecuencia de salida fode la señal, haga esto para cada una de las frecuencias que se muestran en la Tabla No. 1 y anote los valores medidosen la misma.

R1

11.258kΩ

C10.01µF

U1

LM301AD

3

2

4

7

6

51

8

V1

1.41 Vrms60 Hz0°

Rf

22.516kΩ

VCC 12V

VEE -12V

R2

11.258kΩ

C2

0.02µF

C330pF

R3

11.3kΩ

C4

0.01µF

U2

LM301AD

3

2

4

7

6

51

8

R4

22.5kΩ

R510kΩ

VCC 12V

VEE -12V

R622.5kΩ

C5

0.01µF

C630pF


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f i(Hz)Vi pp(volts)

Vopp(volts)

Periodo=T

(seg)f o=1/T(Hz)

¿Atenuación?Sí No


601202404006006507008109601000110015004,00010,00015,000


Cuestionario:

1. ¿Cuál es el valor de la ganancia a la frecuencia de corte baja?

2. ¿Cuál es el valor de la ganancia a la frecuencia de corte alta?





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Práctica No. 1.7 Ecualizador

Objetivo: El alumno implementará un circuito electrónico, con la finalidad aplicar los conocimientos adquiridos defiltros.

Cantidad Equipo Cantidad Material1 Fuente de voltaje 4 CI TL0841 Multímetro 7 R 10kΩ 1 Osciloscopio 4 Pot 10k Ω 1 Generador de funciones Resistencias y Capacitores según los calculados

1. Implemente el siguiente circuito, considerando que los filtros pasa banda son de 2º orden. Realice los cálculos de loscomponentes de los filtros pasa banda según corresponda. Con un factor de calidad Q=1.5, Calcule f L y f H para casa filtropasa banda, de acuerdo a la fr que se muestra en cada circuito pasa banda.2. Cambie la fuente de la señal de entrada, por una señal de salida de audio proveniente de un teléfono celular.3. A la salida del circuito conecte una bocina.


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Cuestionario:

1. Explique brevemente cómo funciona el ecualizador.




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UNIDAD II. Convertidores de Señal

El alumno elaborará circuitos con convertidores de señal y simulación, utilizando los principios básicos de operación deconvertidores para su utilización en equipos de instrumentación y control automático.


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Práctica No. 2.1 Convertidor de Voltaje a Corriente

Objetivo: Diseñe un convertidor de voltaje a corriente, con un voltaje de entrada de 0 a 5V y una corriente en lacarga de 4 a 20mA.

Cantidad Equipo Cantidad Material1 Fuente de voltaje 1 CI TL0811 Multímetro Resistencias según los calculados

Desarrollo:

1. De acuerdo a los valores obtenidos de sus componentes de su diseño, implemente el siguiente circuito en elprotoboard.

( − )

2 −

2. Seleccione el valor de RL= 100 Ω. Varié el voltaje de entrada de 0 a 5 V en pasos de 1V y mida con el multímetrola corriente de salida en la resistencia de carga R L y el voltaje de salida. Anote en la siguiente tabla según corresponda.

3. Cambie RL la resistencia por una 150 Ω. Varié el voltaje de entrada de 0 a 5 V en pasos de 1V y mida con elmultímetro la corriente de salida en la resistencia de carga R L y el voltaje de salida. Anote en la siguiente tabla segúncorresponda.

Calculado Simulado MedidoVIN(V) IL (mA) Vo IL (mA) Vo IL (mA) Vo

12345

Calculado Simulado MedidoVIN IL (mA) Vo IL (mA) Vo IL (mA) Vo 12345

Vo


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Cuestionario:

1. Explique brevemente cómo afecto el valor de la resistencia de carga R L al circuito y porque.

En una hoja aparte, entregar las Conclusiones Individuales



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Práctica No. 2.2 Convertidor de Corriente a Voltaje

Objetivo: Diseñe un convertidor de corriente a voltaje, con una corriente de entrada de 4 a 20 mA y una voltaje desalida de 0 a 5V.

Cantidad Equipo Cantidad Material 1 Fuente de voltaje 1 CI TL0811 Multímetro Resistencias según los cálculos

Desarrollo:

1. De acuerdo a los valores obtenidos de sus componentes de su diseño, implemente el siguiente circuito en elprotoboard. Recuerde: R 1>>RS +

2. Seleccione el valor de Rs= 500 Ω. Varié la corriente de entrada de 4 a 20 mA en pasos de 4mA y mida con elmultímetro el voltaje de salida Vo en la resistencia de carga. Anote en la siguiente tabla según corresponda.

3. Cambie el valor de Rs por 150 Ω. Varié la corriente de entrada de 4 a 20 mA en pasos de 4mA y mida con elmultímetro el voltaje de salida Vo en la resistencia de carga. Anote en la siguiente tabla según corresponda.

Calculado Simulado MedidoIL (mA) Vo I L (mA) Vo I L (mA) Vo

4

8121620

Calculado Simulado MedidoIL (mA) Vo I L (mA) Vo I L (mA) Vo

48121620


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Cuestionario:

1. ¿Al cambiar la resistencia de carga obtuvo los mismos valores del voltaje de salida?

2. Explique brevemente cómo afecto el valor de la carga al circuito y porque.




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Práctica No. 2.3 Convertidor de Voltaje a Frecuencia

Objetivo: Implemente un convertidor de voltaje a frecuencia, es decir, un Generador de Diente de Sierra a partir deun amplificador integrador y un comparador.

Cantidad Equipo1 Fuente de voltaje1 Multímetro1 Osciloscopio

Material1 CI TL0822 D 1N40062 Q 2N22223 R 10kΩ 1 R 5kΩ 1 R 100Ω 1 POT 10kΩ 1 C 0.1µF

Desarrollo:

1. Implemente el siguiente circuito en el protoboard.

2. Con ayuda del osciloscopio, mida el voltaje pico a pico y la frecuencia de la señal de salida. Varié el potenciómetrosegún indica la siguiente tabla. Anote los datos medidos en la tabla.

Calculado MedidoRpot( Ω ) Vref V oramp(V pp ) f o(Hz) T o f o(Hz) T o

1%25%50%75%

100%


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Cuestionario:

1. ¿Vario la frecuencia de la señal de salida, al variar el potenciómetro?

2. ¿Cuál es el valor máximo del voltaje pico a pico medido de la señal diente de sierra?

3. ¿Cuál es el valor del periodo de la señal de salida?

4. Explique brevemente cómo funciona el circuito.




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Práctica No. 2.4 Convertidor de CA a CD

Objetivo: Comprender la importancia de la utilidad de los amplificadores operacionales a través de la aplicación deun convertidor de CA a CD. Un circuito rectificador de onda completa también se conoce como circuito de valorabsoluto y puesto que un valor promedio se denomina valor medio, el convertidor de ca a cd se conoce como circuito devalor medio absoluto (MAV por sus siglas en inglés)

Cantidad Equipo Cantidad Material 1 Fuente de voltaje 1 CI TL0821 Osciloscopio 4 R 20k Ω 1 Multímetro 2 R 10k Ω 1 Generador de funciones 1 R 6.3k Ω

2 D 1N40061 C 10µf de tantalio

Desarrollo:

1. Implemente el siguiente circuito en el protoboard R=20k Ω

2. Genere una señal senoidal de 3Vpp a una frecuencia de 60Hz con la ayuda del generador de funciones ycomprobar ésta señal en el osciloscopio.


4. Observe la señal de salida del circuito con la ayuda del osciloscopio y mida el voltaje y la frecuencia de la señalde salida. Anótelo en la siguiente Tabla No. 1.

Tabla No. 1Datos medidos

Vi fi Vorms Voavg f o To Con CapacitorSin Capacitor

Tabla No. 1Datos Calculados

Vi fi Vorms Voavg f o To Con CapacitorSin Capacitor

5. Grafique las señales de salida según corresponda.


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Con capacitor Sin capacitor

Cuestionario:

1. ¿Los voltajes medidos concuerdan con el valor del voltaje calculado?

2. Explique brevemente que efecto tiene el capacitor en el circuito.




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Práctica No. 2.5 Voltímetro de CD de alta resistencia

Objetivo: Que el alumno aplique los conocimientos adquiridos de convertidores de corriente a voltaje.

Cantidad Equipo Cantidad Material1 Fuente de voltaje 1 CI TL0821 Multímetro 2 R 1k Ω 1 Galvanómetro 2 R 10k Ω

Desarrollo:

1. Implemente el siguiente circuito en el protoboard. Ri=1KΩ y Rmedidor de 1KΩ

2. Varié el voltaje de entrada en pasos de 0.5V y mida el voltaje de salida y la corriente en el galvanómetro.Anote sus mediciones en la siguiente tabla.

Simulado CalculadoVi (V) Im(mA) V o(V) Im(mA) V o(V)-1.0-0.5+0.5+1.0

3.

Cambie la Ri por una resistencia de 10k Ω.4. Varié el voltaje de entrada en pasos de 1V y mida el voltaje de salida y la corriente en el galvanómetro. Anotesus mediciones en la siguiente tabla.

Simulado CalculadoVi (V) Im(mA) V o(V) Im(mA) V o(V)-10.0-8.0-6.0-4.0-2.0-1.0

0+1.0+2.0+4.0+6.0+8.0+10.0


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Cuestionario:

1. Explique brevemente cómo afecta la Ri en el circuito.




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UNIDAD III. Acondicionamiento de Señal.

El alumno elaborará circuitos de acondicionamiento de señal y simulación, utilizando los principios básicos de operaciónde acondicionamiento de señal, para relacionarlo con equipo de instrumentación y control automático.


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Práctica No. 3.1 Puente de Wheatstone

Objetivo: El alumno aprenderá a balancear un puente de Wheatstone, teniendo como dispositivo sensor un termistor.

Cantidad Equipo Cantidad Material 1 Fuente de voltaje 1 Resistencias según los calculados1 Multímetro 1 Termistor NTC o PTC1 Pirómetro 1 Encendedor o caja de cerillos

Desarrollo:

1. Inserte el termistor en el protoboard. Mida la resistencia de éste a temperatura ambiente con ayuda delmultímetro. Anote:_________________

2. Con ayuda del encendedor, aplique calor al termistor y vuelva a medir con el multímetro la resistencia deltermistor. Anote:__________________


4. Balance el circuito y con el multímetro mida el voltaje en E 1 y E2. E1=______________, E2=_______

5. Vuelva aplicar calor al termistor, y mida con el multímetro la diferencia de voltaje entre los puntos E 1 y E2. Mida

la temperatura del termistor.

Calculado MedidoTermistor ºC E 1 E2 E1-E2 E1 E2 E1-E2

Cuestionario:1. Explique brevemente cómo funciona el puente de Wheatstone.




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Práctica No. 3.2 Amplificador de Instrumentación

Objetivo: El alumno comprenderá la importancia de implementar un amplificador de instrumentación ya sea que loconstruya o que compre el Circuito Integrado.

Cantidad Equipo Cantidad Material 1 Fuente de voltaje 1 CI TL0841 Multímetro 5 R 10kΩ

2 Potenciómetro 100k Ω 1 CI INA128/129

(amplificador de instrumentación)

Desarrollo:


2. Aplique a las dos entradas del amplificador de instrumentación 1V de cd. Y mida el voltaje de salida,Vo=_______________

3. Si el Vo no es cero volts, ajuste con el potenciómetro R’ para que a la salida del amplificador le de cero volts.

4. Ajuste ahora el potenciómetro aR para que la ganancia del amplificador sea de 100.


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5. Aplique a las entradas los siguientes voltajes y mida con el multímetro el voltaje de salida.

Calculado MedidoGanancia E 1 E2 Vo E1 E2 Vo

100 5.001 5.002100 5.002 5.001

1000 5.001 5.0021000 5.002 5.001

Cuestionario:

1. Explique brevemente cómo afecto el valor de la ganancia en el amplificador de instrumentación.




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Práctica No. 3.3 Lazo de corriente de 4 a 20mA

Objetivo: Elabore un transmisor análogo de una variable de proceso. Utilizando los convertidores de V-I y I-V, yhaciendo un lazo de corriente entre estos convertidores, transmitirá el valor de una variable seleccionada. Diseñe elconvertidor de V-I de 0V a 1.5V a una corriente de 4 a 20 mA y el Convertidor de I-V de 4 a 20 mA y de 0V a 5V.

Cantidad Equipo Cantidad Material 1 Fuente de voltaje 1 LM351 Multímetro 1 TL0821 Pirómetro Resistencias según cálculos

Desarrollo:

1. Implemente el lazo de corriente de 4 a 20 mA. Utilice los convertidores apropiados conforme lo visto en clase ypracticas pasadas.

2. Aplique una fuente de calor al sensor de temperatura LM35 y mida la temperatura con el pirómetro, a la vezmida el voltaje y corriente según la siguiente de tabla.

SensorLM35

Calculados Medidos

ºC Vi Io Ii Vo Vi Io Ii Vo

Cuestionario:





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Unidad IV. Generadores de Señales.El alumno elaborará circuitos con generadores de señal y simulación, utilizando los principios básicos de operación de

generadores para relacionarlo con equipo de instrumentación y control automático.


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Práctica No. 4.1 Generador de Señal Cuadrada

Objetivo: El alumno aprenderá a utilizar el amplificador operacional para generar una señal cuadrada.

Cantidad Equipo Cantidad Material1 Fuente de voltaje 1 CI TL081

1 Multímetro Resistencias y Capacitores según los calculados1 Osciloscopio

Desarrollo:1. Implemente el siguiente circuito en el protoboard.

1. Conecte a la salida del circuito el osciloscopio y el multímetro. Anote los parámetros según la siguiente tabla.

2. Dibuje la onda del voltaje de salida, obtenida del osciloscopio.

Vorms(V) T (seg) fo(Hz)


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Cuestionario:





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Práctica No. 4.2 Generador de Señal Senoidal

Objetivo: El alumno aprenderá a utilizar el amplificador operacional para generar una señal senoidal.

Cantidad Equipo Cantidad Material1 Fuente de voltaje 1 CI TL0811 Multímetro 1 CI AD6301 Osciloscopio 1 CI AD639

Resistencias y Capacitores según diagrama

Desarrollo:






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Cuestionario:





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Práctica No. 4.3 Generador de Señal Triangular

Objetivo: El alumno aprenderá a utilizar el amplificador operacional para generar una señal triangular.

Cantidad Equipo Cantidad Material

1 Fuente de voltaje 1 CI 7411 Multímetro 1 CI 3011 Osciloscopio Resistencias y Capacitores según diagrama

Desarrollo:




Cuestionario:




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Unidad V. Manejadores de PotenciaEl alumno elaborara

́

circuitos con manejadores de potencia y simulación, utilizando los principios básicos de operaciónde manejadores de potencia para relacionarlo con equipo de instrumentación y control automático.


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Práctica No. 5.1 Puente H accionado por un PWM (Modulación por ancho de pulso)

Objetivo: En base a prácticas pasadas construir un PWM para accionar un Puente H

Cantidad Equipo

1 Fuente de voltaje1 Multímetro1 Osciloscopio

Material Varios requeridos en anteriores practicas

Desarrollo:

1. Construya en el protoboard el generador diente de sierra.2. Construya en el protoboard el puente de Wheatstone.3. Construya en el protoboard el amplificador de instrumentación.4. Construya en el protoboard el puente H.5. Conecte los circuitos conforme lo visto en clase.

En una hoja aparte conteste lo siguiente:

Cuestionario:

1. Explique brevemente cómo funciona el circuito. 2. Anote el valor mínimo y máximo de la diferencia del puente de Wheatstone. 3. De cuanto es la ganancia del amplificador de instrumentación 4. Anote el Voltaje de entrada y salida del amplificador de instrumentación 5. Concuerda el valor de voltaje de salida con lo calculado?6. Dibuje la señal del voltaje de salida del generador diente de sierra, Mida la frecuencia de salida del generador

de Diente de Sierra. 7. Dibuje la señal del voltaje de salida del comparador. 8. Para qué sirve el puente H. 9. ¿Cuál es el ciclo de trabajo del PWM? 10. ¿Para qué sirve variar el ancho del pulso?




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Bibliografía

[1] Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll. Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales . 4ta. Edición,Prentice Hall Hispanoamericana S.A.


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Anexo

Guía de observación - "Prácticas"

Nombre: Fecha:No. Práctica:

Ponderación Criterios de evaluaciónCumple

ObservacionesSi No

1. Tienen puntualidad al momento de ingresar al laboratorio.

2. Se presentan al laboratorio con la vestimenta conforme lo indicael reglamento de laboratorio.

3. Están presentes todos los integrantes del equipo

4. Cuenta con la instrucción de trabajo y/o manual de prácticas delaboratorio y/o planteamiento del problema para iniciar suactividad.5. Cuentan con todo el material de la práctica o proyecto parainiciar su actividad.6. Cuentan con los instrumentos de medición y los calibranapropiadamente.7. Conectan los componentes del circuito conforme al diagrama deconexiones8. Conectan bien los instrumentos de medición al circuito.9. Verifican que todos las conexiones del circuito tengan continuidad10. ¿Verifican que los componentes que usan, sirvan?

11. Analizan el circuito para entender cómo funciona

12. Siguen paso a paso las instrucciones que se les indican en lapráctica de laboratorio

13. Participa activamente en el desarrollo de la práctica o proyecto.

14. Si se les presenta algún percance en el desarrollo de la prácticahacen las modificaciones pertinentes para llevarla a buen término.

15. Obtienen los valores esperados en la practica

16. Responde a las preguntas de manera correcta con respecto a supráctica o proyecto.

17. Apaga y desconectan el equipo de forma segura y adecuada.

18. Al finalizar su práctica, deja su lugar ordenado y limpio.19. Se dirigen respetuosamente a sus compañeros y autoridades.20. Trabajan en equipo y rolan papeles de desempeño.

TOTAL:

Firma de Alumno Firma Docente

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Manual de Practicas de Dispositivos Analogicos Ver1.0 Mayo 20

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