Idealized Simulations

A continuación, se presentarán 4 ejercicios contenidos en la guía confeccionada, uno de cada tema abordado. Estos ejercicios son simulados en Multisim y montados en el laboratorio real para establecer comparaciones entre los resultados.

Primero se desarrolla el ejercicio 2 de la Guía de Estudio, tema de diodos.

El circuito que se muestra en la figura 3.1 representa un estabilizador de voltaje diseñado con R1=20Ω y diodo zener 1N4690, cuya información se muestra en la figura 3.1. Determine el campo de amplitudes de suministro V1 de modo que la corriente de carga esté en el rango 0<I<200mA.

Figura 3.1 Fragmento de la hoja de datos del diodo 1N4690.

V1 12V R1 20Ω Rl 100Ω D3 1N4690

Figura 3.2 Estabilizador de voltaje con diodo zener 1N4690. Solución:

Tabla 3.1 Voltaje de Rl obtenidos mediante Multisim.

Variable, Parameter setting Operating value point

V(Rl), vv1 dc=6 4.9999 V(Rl), vv1 dc=6.5 5.41655 V(Rl), vv1 dc=7 5.63294 V(Rl), vv1 dc=7.5 5.63935 V(Rl), vv1 dc=8 5.66644 V(Rl), vv1 dc=8.5 6.07659 V(Rl), vv1 dc=9 6.48674

Observando los datos contenidos en la figura 3.1 se aprecia que el voltaje de ruptura típico del diodo zener es de 5.6 V, voltaje que es constante para el rango de corrientes de Izmin y Izmax.

De acuerdo a los resultados tabulados se puede observar que existe regulación en la carga Rl para una fuente entre 7V<V1<8V.

Este circuito estabilizador de voltaje con diodo zener se montó en el laboratorio real y estos son los resultados obtenidos:

Figura 3.4 Voltaje en la carga para V1=6V.

Figura 3.5 Voltaje en la carga para V1=7V.

Figura 3.6 Voltaje en la carga para V1=V8

Determine la posición del punto de operación (Vbe, Vce, Ic e Ib) del transistor BC548A, cuyo fragmento de hoja de datos se muestra en la figura 3.7, del circuito de la figura 3.8.

Figura 3.7 Fragmento de hoja de datos del BJT BC548 A.

Figura 3.8 Circuito con transistor BC548 A. Solución:

Para la solución del ejercicio, se tomó como valor de hfe= 120, valor típico tomado del fragmento de la hoja de datos de la figura 3.7.

La solución del ejercicio mediante el análisis de Multisim se muestran a continuación: Q1 BC548A R1 6.8kΩ R2 50kΩ VCC 15.0V R3 1kΩ R4 6.8kΩ

Tabla 3.2 Punto de operación del transistor mediante Multisim.

Variable Operating point value V(3) - V(4) | V(Vbe) 0.61213674 V

V(2) - V(4) | V(Vce) 6.13813 V

I(Q1[IB]) 0.00000692655 A

I(Q1[IC]) 0.00113525 A

De acuerdo a los resultados tabulados como Vce>0.3V el transistor opera en la región activa.

Este ejercicio se montó real en el laboratorio y estos fueron los resultados obtenidos:

Figura 3.9 Valor de Vce del transistor BC548A.

Figura 3.11 Valor de Ib del transistor BC548A.

Se muestra el ejercicio 12 de la Guía de Estudio, tema de amplificadores operacionales.

Para el integrador inversor que se muestra en la figura 3.12 dibuje la señal de salida en el tiempo.

Figura 3.12 Amplificador integrador inversor. Solución: U1B TL082CD 5 6 4 8 7 C1 0.1uF R1 1kΩ V1 -1V 1V 0.5ms 1ms VEE -15.0V XSC1 A B Ex t Tri g + + _ _ + _ R3 1kΩ R2 100kΩ VCC 15.0V

Figura 3.13 Señal a la salida del integrador inversor en Multisim Este ejercicio se montó real y estos son los resultados obtenidos:

Figura 3.14 Señal de entrada (izquierda) y señal de salida (derecha) en el integrador inversor.

Se muestra el ejercicio 13 de la Guía de Estudio, tema de realimentación negativa. El amplificador no inversor que se muestra en la figura 3.13 tiene ganancia en voltaje de lazo abierto A= 2*105_{. Determine la ganancia de voltaje de lazo cerrado Af.}

Figura 3.15 Amplificador no inversor con realimentación negativa serie paralelo.

Solución:

Dada que la realimentación empleada es serie-paralelo:

Primero, se dibuja el circuito equivalente teniendo en cuenta los efectos de la red beta:

 Para dibujar el circuito equivalente en la salida, como la conexión en la entrada es serie se abre el terminal de unión entre R2 y R3, quedando ambas resistencias en serie y en paralelo con R4.

 Para dibujar el circuito equivalente en la entrada, como la conexión en la salida es paralelo, se coloca un corto circuito en el terminal derecho de R3, quedando esta resistencia y R2 en paralelo.

Figura 3.16 Circuito equivalente teniendo en cuenta los efectos de la red beta obtenido de la figura 3.15. U1 UA741CD 3 2 4 7 6 5 1 V1 1Vpk 1kHz 0° V2 15V V3 15V R1 5kΩ R2 10kΩ R3 90kΩ R4 10kΩ U2 UA741CD 3 2 4 7 6 5 1 V4 1Vpk 1kHz 0° V5 15V V6 15V R5 5kΩ R6 10kΩ R7 90kΩ R8 10kΩ R9 90kΩ R10 10kΩ

A continuación, se muestra los resultados de la simulación mediante el análisis AC de la ganancia de voltaje.

Figura 3.17 Ganancia de voltaje del amplificador no inversor con realimentación serie paralelo.

Se aprecia que la fase de la ganancia es prácticamente 0, debido a que se tiene un amplificador no inversor.

Para el completamiento de la actividad de aprendizaje, en la guía se recomienda o solicita que se realicen las pruebas prácticas de funcionamiento en el laboratorio. Los resultados de la ganancia de voltaje obtenida mediante el montaje real del ejemplo se muestran en la figura 3.18.

Figura 3.18 Voltaje de entrada (izquierda) y Voltaje de salida (derecha) del amplificador de la figura 3.15.

La tabla 3.3 recoge los valores de Av de los análisis realizados:

Tabla 3.3 resultado de la ganancia de voltaje del amplificador de la figura 3.15.

Parámetro Teórico Simulado Real

Av 10 9.993 10.33

Las diferencias obtenidas se deben a que se emplearon componentes con tolerancias de ±5% y en el caso de la simulación se evidencia la exactitud del software empleado.

3.4 Conclusiones del capítulo

La Guía de Estudio confeccionada está dividida en 4 temas: Diodos, Transistores, Amplificadores Operacionales y Realimentación Negativa. De la misma se seleccionaron 4 ejercicios, uno correspondiente a cada tema, los cuales fueron simulados en Multisim 14.0 y montados de forma real, para comprobar los resultados teóricos obtenidos.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

 La Guía de Estudio elaborada constituyen un material didáctico que orienta y facilita el aprendizaje de los estudiantes. Con el uso de las TIC se obtienen nuevas facilidades, impartiéndose virtualmente tanto asignaturas teóricas como laboratorios.

 La asignatura EAI del CPE del plan de estudio E está dividida en 4 temas: diodos, transistores, amplificadores operacionales y realimentación negativa. En el tema de los diodos se hace énfasis en sus aplicaciones, en el de los transistores en el punto de operación y en el diseño de amplificadores de pequeña señal, en los amplificadores operacionales en las aplicaciones lineales. La realimentación negativa es un tema que agrupa todos los anteriores.

 La Guía de Estudio confeccionada está estructurada en cuatro temas, los cuales son los diodos, los transistores, los amplificadores operacionales y la realimentación negativa. En ella se brindan indicaciones para el estudio independiente de los estudiantes a través de 16 ejercicios integradores cuyos resultados los estudiantes pueden comprobar a través de simulación y el montaje real.

 La guía utiliza recursos interactivos como videos (en idioma inglés o español), la herramienta de simulación Multisim 14.0, así como materiales electrónicos desarrollados para complementar su estudio.

Recomendaciones

Se considera que las siguientes recomendaciones pueden ser de utilidad para enriquecer el estudio realizado y los resultados obtenidos:

 Complementar la Guía de Estudio desarrollando ejercicios de diseño de EAI para el CPE en el plan de estudios E.

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