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Objetivo General

Al terminar el submódulo serás capaz de reparar Equipos de Audio, realizar y analizar circuitos electrónicos utilizando equipos de medición, considerando las normas de seguridad y las especificaciones técnicas del fabricante, midiendo los parámetros eléctricos en los circuitos de corriente continua. Además de que serás capaz de simular circuitos electrónicos utilizando un software especial

para la elaboración de estos circuitos. Estas actividades son variadas y rutinarias, por lo que esta competencia esta considerada en el nivel 2 (Ver anexo).

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Índice

I. Mapa curricular

II. Introducción al curso

III. Desarrollo de competencias

1.- Simular los circuitos electrónicos en computadora

2.- Diagnosticar la falla del equipo de audio

3.- Identificar la sección defectuosa.

4.- Localizar la etapa defectuosa

5.- Localizar el componente defectuoso

6.- Reemplazar el componente defectuoso del equipo de audio

IV. Conclusiones de la guía de aprendizaje

V. Fuentes de información

VI. Glosario

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Mapa Curricular

Submódulo I: Análisis de Circuitos

Competencia I: Verificar la aplicación de diodos semiconductores.

Conocimientos: Simulación Electrónica. Circuitos electrónicos utilizando diodos. Aplicar el diodo en corriente alterna Rectificadores de media onda y onda completa. Aplicar circuitos con el diodo zener.

Actitud: Responsabilidad

TECNICO EN ELECTRONICA

Modulo II: Mantenimiento a sistemas básicos de electrónica

Competencia II: Verificar el funcionamiento de circuitos resonantes y filtros.

Competencia III: Verificar el funcionamiento de amplificadores clase A, B y C. .

Habilidades: Capturar diagramas

esquemáticos de circuitos electrónicos.

Simular la operación del circuito electrónico utilizando software.

Habilidades: Interpretar diagramas con filtros de, y equipos de audio. Elaborar un reporte de la condición actual del equipo de Audio

Habilidades: Desarmar equipos de audio. Armar equipos de audio Determinar la sección

defectuosa por análisis de síntomas de la falla.

Conocimientos: Conceptos fundamentales. Aplicar circuitos

resonantes. Filtros pasivos y activos. Tipos de transistores y su

polarización. Amplificadores. Respuesta en frecuencia. Amplificadores

operacionales. Verificar el

funcionamiento de los filtros

Conocimientos: Conceptos fundamentales. Amplificadores tipo A, B y C. Armado de circuitos básicos de

polarización con transistores BJT y FET.

Comprobar el Funcionamiento de circuitos básicos de polarización con Transistores BJT y FET.

Actitud: Responsabilidad

Actitud: Orden

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Submódulo I: Reparar equipo de Audio (Cont)

Competencia IV: Verificar el funcionamiento de los circuitos osciladores.

Conocimientos:. Conceptos fundamentales. Aplicar circuitos osciladores. Armar circuitos. Osciladores. Comprobar su funcionamiento.

Actitud: Orden

TÉCNICO EN ELECTRÓNICA

Modulo II: Mantenimiento Electrónico

Competencia V: Verificar el funcionamiento de los Amplificadores operacionales.

Habilidades: Verificar voltajes de prueba de

la etapa indicados en el diagrama.

Verificar oscilogramas de la etapa indicados en el diagrama.

Inyectar y rastrear señales.

Habilidades: Verificar voltajes de prueba del

componente indicados en el diagrama.

Verificar oscilogramas del componente indicados en el diagrama.

Rastrear señales utilizando técnicas de inyección

Aplicar circuitos con amplificadores operacionales.

Armar circuitos con amplificadores operacionales

Comprobar el funcionamiento

Actitud: Orden

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Un mensaje para ti

Bienvenido a tu segundo módulo de formación profesional de la carrera de Técnico en Electrónica, en donde seguiremos aprendiendo todo lo relacionado con los circuitos electrónicos especialmente los utilizados en equipos de audio como los aparatos que utilizas para escuchar tu música favorita.

Te has imaginado alguna vez como se produce el sonido que escuchas, como se aumenta la potencia, y como modificas la música, pues en este modulo podrás, no solo conocer como se genera, sino también como reparar los equipos de audio. Si, entendiste bien y tú podrás adquirir habilidades para presumir de ser un técnico en reparación de equipos de audio, y como tal podrás reparar los equipos de tu casa y de cualquiera de tus amigos.

Para que logres dichas competencias, te enseñaremos a manejar toda la herramienta necesaria para que trabajes con seguridad en la reparación de los equipos de audio mas comunes, de una manera muy práctica, de forma que tú logres tener habilidades para manejar herramientas y puedas detectar con facilidad la falla de los equipos. Junto con estas actividades prácticas, también

aprenderás a simular los circuitos en computadora por medio de un software e interpretar diagramas de los circuitos electrónicos utilizados en los equipos de audio. Si tú demuestras que eres capaz de reparar un equipo de audio, significa que aprendiste lo necesario para que te otorguemos una constancia, que te avalará como técnico en reparación de equipos de audio y si aun no logras las, tendrás la oportunidad de practicar más, hasta que consigas dichas competencias, de manera que se te garantiza el aprendizaje. Solo necesitas tener ganas de aprender y lo demás lo haremos juntos.

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Simbología

PRACTICA

EJEMPLO

ERRORES TÍPICOS

EJERCICIO

CONCLUSIONES

INTRODUCCION

CONTINGENCIA

OBJETIVO

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Competencias, habilidades y destrezas

Módulo II Mantenimiento a sistemas básicos de electrónica

Submódulo I Análisis de circuitos

Competencias a Desarrollar

1. Simulación Electrónica. 2. Circuitos electrónicos utilizando diodos. 3. Aplicar el diodo en corriente alterna 4. Rectificadores de media onda y onda completa. 5. Aplicar circuitos con el diodo zener.

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Introducción

Al ingresar al mundo de la electrónica supongo que te has enfrentado a

algunos problemas al momento de realizar físicamente algún circuito, el diseño en papel aún cuando sea revisado de manera detallada te puede generar fallas al momento de construir físicamente los circuitos, esto te puede generar grandes pérdidas de tiempo y en algunas ocasiones pérdidas de dispositivos, daño a equipo, etc.

Afortunadamente existen métodos que con el apoyo de un software nos

permiten diseñar, probar, simular, experimentar, reportar y presentar entre otras cosas todos nuestros circuitos electrónicos.

Existen varios paquetes o software en el mercado, algunos con costo,

otros gratuitos. Como cualquier otro paquete de otra especialidad te puedes sentir más cómodo con alguno en particular.

En ésta guía te presentaremos los fundamentos del Electrónic Work Bench(EWB) uno de los software más populares por facilidad de uso.

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Simulando circuitos electrónicos en computadora

El EWB nos proporciona una herramienta con prestaciones comparables a las de un laboratorio electrónico, permite simular todos los componentes e instrumentos necesarios para analizar, diseñar y verificar circuitos en reemplazo de los componentes e instrumentos reales. Alguna de las razones por las que utilizar WEWB conlleva interesantes ventajas como las siguientes:

Creación de esquemas: EWB permite capturar el esquema del circuito que posteriormente será simulado. Además, está la posibilidad de utilizar circuitos como parte de otros circuitos más complejos, convirtiéndolos previamente con la opción Subcircuito. Preconstrucción, diseño y ensayos: Con EWB resulta muy sencillo desarrollar diseños y verificar circuitos antes de construirlos y probarlos físicamente. Los problemas pueden resolverse previamente en el ordenador con la ventaja de que más tarde, los circuitos pueden construirse para que trabajen tal y como estaba previsto. Presentaciones dinámicas: Tanto los principios de electrónica, de la lógica, como los circuitos prácticos, pueden demostrarse rápida y fácilmente con EWB. El programa es capaz de presentar los resultados de la simulación en los instrumentos de medida, que son similares a los utilizados en los laboratorios profesionales y esto le confiere un toque de realismo.

Copias impresas: Obtener una copia impresa del esquema, de los resultados de la simulación, lista de componentes, instrumentos de medida, etc., es sencillo con EWB.

Desarrollo

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¿Por qué utilizar software de simulación electrónica?

La anterior cuestión tiene varias razones de ser, por lo que influyen varios factores que nos puede ayudar en una planeación de circuito, además de su realización ya sea para probarlo o en su defecto saber que señales puede estar realizando el circuito a observar.

Existen varios programas de simulación por computadora como por ejemplo Orcad, Multisim, Electronic Workbench, Circuit Maker, Proteus, entre otros; algunos más especializados como LabView que es un software de National Instruments el cual sirve para programar en bloques y que es muy útil en la electrónica o el Pneu Alpha Programming que es un software de Controladores Lógicos Programables (PLC) pero a diferencia de los otros este tiene una parte en donde puedes simular la programación que le estás aplicando al PLC.

En este caso como ya se mencionó vamos a ubicarnos en el Electronic Workbench. Este nombre del software, lo podemos traducir como un Banco de Trabajo de Electrónica, aunque también lo podemos resumir con sus iniciales EWB. Éste es un software para poder simular circuitos electrónicos y podemos encontrar ahí un laboratorio virtual que puede ser básico en su versión estudiantil o completa en su versión comercial. Ambas versiones contienen los instrumentos más comunes utilizados en la mayoría de los laboratorios de diseño electrónico y lógico.

El EWB tiene varias e interesantes ventajas, que en su conjunto reúnen características similares o prestaciones comparables a las de un laboratorio físico, en el cual se puede utilizar los diferentes componentes e instrumentos que propiamente se utilizan para establecer, trazar, plantear, diseñar y en su momento realizar una verificación o comprobación de los mismos; o también para verificar reemplazos de los mismos. Dentro de todas las ventajas que puede proporcionar el software de simulación, es obviamente su gran facilidad de manejo, pues está hecho a base de ventanas (Windows) y tiene su base en la interfaz gráfica que ayuda al usuario a trabajarlo más fácil y cómodamente, además de intuitivo y rápido de trabajar, lo que en un futuro se ahorra tiempo y dinero. Por razones obvias, la creación del esquema y su simulación precisan menos tiempo que realizar un montaje real del circuito

Para iniciar a trabajar con este software no nos queda más que acceder desde el icono que se encuentra en el escritorio o en la carpeta de “Inicio”, aquí queda aclarar que la versión puede variar, así como los íconos que pueden estar, vamos a ubicarnos en el siguiente:

E inmediatamente después nos abrirá la ventana de este software, como se muestra a continuación:

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Entonces habrá que saber como se denomina cada parte, aquí se te indican los nombres:

Como podrás observar existen varios puntos a tratar, empezaremos con la más fácil, que es la que aparece muy similar en cualquier programa de Windows, la Barra de Menús:

Desde esta barra tenemos acceso a todas las acciones que se pueden realizar con los componentes:

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1) Menú archivo:

Los comandos están relacionados con la gestión de los archivos que componen los circuitos con la impresión de los mismos. Desde los dichosos comandos vamos a poder introducir un nuevo archivo de circuito (opción Nuevo), empezar o continuar uno existente (opción Abrir), así como salvar los cambios efectuados en un circuito con el mismo nombre o con otro (opciones Guardar y Guardar Como... respectivamente). Hay que hacer notar que este programa no puede contener abierto más de un archivo a la vez por lo que si abrimos o creamos o archivo el actual será cerrado convenientemente. Es posible también deshacer los cambios antes de salvar un archivo mediante la opción Retroceder para Guardar.

Adjunto con cada opción del menú se muestra la secuencia de teclas que directamente ejecutarían el comando sin necesidad de utilizar la barra de menús.

El comando Imprimir muestra inicialmente una serie de opciones de impresión que permiten seleccionar la cantidad de información que se quiere enviar la impresora. De esta forma es posible no sólo imprimir el circuito a simular si no el estado de la instrumentación, descripciones, etc. El comando Configurar impresión... inicia el diálogo habitual de Windows para seleccionar los parámetros de la impresora instalada en el equipo.

Por último, la opción Instalar... permite incorporar módulos adicionales como por ejemplo el Importador / Exportador para formato SPICE, nuevas bibliotecas de modelos, etc.

2) Menú editar:

Tiene todas las opciones típicas de Windows para trabajar con el famoso portapapeles (cortar, copiar, pegar y seleccionar). La opción más interesante de este menú es la denominada Copiar bits que permite seleccionar un área de la mesa de trabajo y trasladarla al portapapeles en forma de imagen de bits. Lo que permitirá usar dicha imagen en casi cualquier programa de tratamiento de imagen y texto en Windows (Wordpad, Paint, Word, etc...). La selección se inicia y finaliza pulsando el botón izquierdo del mouse.

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3) Menú circuito y Analysis

Dentro de este menú encontraremos una serie de opciones útiles para la creación y simulación de nuestros circuitos:

Activar: Esta opción produce el mismo efecto que el interruptor de inicio de simulación.

Parar: Esta opción detiene la simulación en curso. Pausa: Para momentáneamente la simulación. Zoom: Muestra una vista ampliada de los paneles de los instrumentos o

de los contenidos de los subcircuitos. Estos objetos también pueden ser abiertos o cerrados pulsando dos veces el ratón.

Rotar: La mayoría de los componentes pueden ser rotados para lograr la disposición deseada en el área de trabajo. Cada vez que se selecciona esta opción se rota 90°, en el sentido de las agujas del reloj, el elemento seleccionado. El símbolo de tierra no rota. NOTA: Al rotar el semisumador solamente lo hacen sus terminales.

Subcircuito: Nos permite combinar diversos componentes en un bloque, creando nuestro propio circuito integrado. Para ello seleccionaremos los componentes deseados y escogeremos esta opción. Aparecerá un recuadro de diálogo que nos pedirá el nombre que deseamos darle y una serie de opciones que nos darán la posibilidad de eliminarlos de la zona de trabajo (Mover del circuito), dejarlos intactos (Copiar del circuito), o sustituirlos (Reemplazar en circuito). El subcircuito se coloca automáticamente entre los componentes con un símbolo estándar, con los terminales situados en el lugar donde se hallaban las líneas de conexión en el área seleccionada. En todo momento se puede editar el contenido del subcircuito haciendo un Zoom (doble click del ratón). Los subcircuitos pueden utilizarse como un componente más. Para utilizarlos en futuras sesiones de trabajo deberemos almacenar la librería de componentes que los contiene, y cargarla cuando se quieran utilizar.

Color del cable: Nos permite cambiar los colores de las líneas que conectan los diferentes componentes de nuestro circuito.

Preferencias: Al seleccionar esta opción nos aparece un cuadro de diálogo con diversas posibilidades. La opción Mostrar cuadrícula hará que ésta aparezca en el área de trabajo. Si además seleccionamos la opción Usar cuadrícula nos permitirá colocar más fácilmente los componentes. La opción Mostrar rótulos hace que los rótulos asignados a los componentes aparezcan al lado de éstos. Las otras opciones no son útiles en la simulación digital.

Restricciones: Esta opción limita el uso de algunas características específicas del programa, como por ejemplo ocultar subcircuitos, instrumentos no utilizados, introducción de password, etc.

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Ahora bien dentro de la Barra de Instrumentos puedes encontrar los siguientes pero para incluirlos en la hoja de trabajo bastará con darles click con el botón izquierdo del ratón y, sin soltar el botón, arrastrar su icono hasta ella. Una vez en la zona de trabajo, situando el cursor del ratón sobre ellos y haciendo un doble click con el botón izquierdo se producirá su automáticamente una ampliación del mismo.

1) Generador Lógico

La utilidad del instrumento denominado generador lógico es la de suministrar las combinaciones de valores binarios para introducirlos, durante la fase de simulación, en las entradas de los circuitos construidos.

Si abrimos su icono, veremos su imagen. En el lado izquierdo encontramos una tabla, inicialmente llena de ceros, en la que podremos dar entrada a los valores deseados. El generador tiene capacidad para producir 16 palabras de 8 bits. Cada fila horizontal representa una palabra o byte. Durante el proceso de simulación se activará el generador lógico y se enviará la combinación binaria, almacenada en la fila correspondiente, a los terminales de salida situados en la parte inferior del instrumento.

Para asignar los valores deseados a las palabras bastará seleccionar con el ratón el bit que queremos modificar e introducir, mediante el teclado de la computadora, un “0” o un “1”.

En la parte derecha encontramos una serie de botones y ventanas que al seleccionarlos con el ratón nos permitirán acceder a las opciones siguientes:

Cada uno de los botones CLEAR/LOAD/SAVE permiten respectivamente, colocar a cero todos los bits de las 16 palabras, cargar un patrón con valores almacenados previamente en un fichero y grabar en un archivo los valores actuales introducidos en el generador.

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Cada uno de los botones STEP/BURST/CYCLE te permite entonces escoger una forma distinta de enviar a las salidas las palabras previamente cargadas. Una barra horizontal iluminará la próxima palabra que se enviará a las salidas. Esta barra podrá situarse sobre otra palabra diferente, para ello pulsaremos sobre el número de palabra correspondiente (0 al 15) situado en la zona izquierda del generador. Para transmitir las palabras una a una se elige el botón STEP. Para enviar las 16 palabras de forma consecutiva, empezando por la siguiente a la que está iluminada, se elige BURST. Eligiendo CYCLE se enviará, de forma repetitiva, una serie continua de palabras que se detendrá en el momento que pulsemos CYCLE nuevamente.

El instrumento ofrece también la posibilidad de establecer el intervalo de tiempo que permanece cada palabra en sus salidas, dicho tiempo coincide con la duración de un ciclo de reloj. Por tanto, debemos configurar la frecuencia de reloj del generador, actuaremos sobre la ventana FRECUENCY para obtener el valor apropiado. El rango de valores admitidos puede variar entre 1 Hz y 999 MHz.

Un tercer grupo de botones (TRIGGER) permite escoger el método de disparo o activación de las salidas de modo que se produzca de forma sincronizada con uno de los dos flancos (subida o bajada) de una señal de reloj. Dicha señal puede ser generada, que puede ser por el propio instrumento (INTERNAL), o mediante algún dispositivo externo (EXTERNAL), en cuyo caso el generador deberá recibir la señal de sincronismo por la entrada que dispone a tal efecto. Normalmente se escoge la opción INTERNAL.

Por último, cabe mencionar que cuenta con una salida CLK que nos permitirá, cuando sea necesario, utilizar la señal de reloj generada internamente para la sincronización de otros dispositivos o componentes externos empleados en un circuito.

2) Analizador lógico

El analizador lógico, es el instrumento que nos va a permitir visualizar los niveles lógicos existentes en determinados puntos de un circuito. Puede mostrar la representación temporal de hasta ocho señales simultáneamente.

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En la zona cuadriculada (imita una pantalla), se representarán los niveles lógicos de las señales recibidas por los diferentes canales de entrada situados en su parte inferior. Cada una de las entradas se corresponde con una fila horizontal de la pantalla. Cuando se activa el circuito, los niveles lógicos de las señales recibidas en los canales de entrada, se reproducen en forma de ondas cuadradas. Junto a estas entradas se encuentra una pequeña ventana que nos muestra un valor hexadecimal que se corresponde con los valores adoptados por las ocho entradas en un determinado intervalo de tiempo.

En la parte derecha encontramos una serie de botones y ventanas que al seleccionarlos con el ratón nos permitirán acceder a las opciones siguientes:

El primer botón que encontramos CLEAR realiza el borrado de la pantalla del analizador lógico.

A continuación tenemos un grupo de botones (TRIGGER) que nos permitirán seleccionar si el analizador se disparará cuando aparezca el primer flanco (de subida o de bajada) ya sea en alguno de sus canales de entrada, opción BURST; o producido en una señal externa opción EXTERNAL. La opción PATTERN permite especificar un patrón de ocho bits en el recuadro situado bajo el botón, de manera que en cuanto aparezca en las entradas la combinación especificada el analizador comenzará a visualizar los valores. La opción por defecto es BURST y habitualmente será la que se debe emplear.

Podremos seleccionar la escala de visualización que resulte más apropiada en cada caso. Para ello escogeremos una de las tres posibilidades que nos ofrece la ventana TIME BASE (Base de Tiempo).

3) Analizador/Conversor de circuitos

Este elemento nos va a permitir realizar diferentes transformaciones en la forma de representar un circuito: con puertas lógicas, mediante tablas de verdad y por medio de una expresión algebraica. No se trata de un instrumento que podamos encontrar en un laboratorio real, pero esta herramienta que es simulada, será de gran utilidad tanto para el diseño como en el análisis de circuitos digitales.

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En su mitad izquierda dispone de una ventana donde se representarán las tablas de verdad, en la otra mitad se encuentran una serie de botones que ofrecen una gama de posibilidades que a continuación se menciona.

Generación de una tabla de verdad a partir del circuito. Para ello se conectan las salidas (A,B,C,...,F) necesarias del analizador a las entradas del circuito y la salida del circuito a la entrada (OUT) del analizador. A continuación se seleccionan en el analizador la opción "circuito a tabla de verdad" y nos enseñará la tabla de verdad del circuito.

Transformación de una tabla de verdad. Se puede introducir en el analizador/conversor una tabla de verdad de hasta ocho variables simplemente pulsando el botón izquierdo del ratón sobre los canales de entrada necesarios, aparecerá la tabla con todas las combinaciones que puedan ser posibles. Después se colocan los 0 y 1 correspondientes a cada una de dichas combinaciones. Hecho esto disponemos de la tabla de verdad correspondiente y se puede seleccionar la opción "tabla de verdad a expresión algebraica" o en su defecto "tabla de verdad a expresión algebraica simplificada", con lo que se obtiene respectivamente la expresión algebraica completa o también llamada la forma canónica

y la simplificada. Dichas expresiones se mostrarán en el recuadro situado en la zona inferior del instrumento.

EWB usa el método de Quine-McCluskey para la simplificación. Esta técnica asegura la simplificación para sistemas con más entradas de las que pueden ser tratados de forma manual mediante los mapas de Karnaugh.

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Transformación de una expresión algebraica. También existe la posibilidad de introducir una expresión algebraica, en el recuadro que se menciona, y a partir de ella realizar varias transformaciones. En este caso tenemos tres opciones: "Expresión algebraica a tabla de verdad", "Expresión algebraica a circuito lógico" y "Expresión algebraica a circuito lógico con solo puertas NAND", obteniéndose la salida deseada en cada caso.

En el caso de seleccionar alguna de las opciones que implican la generación automática de un circuito, éste aparecerá representado en el área de trabajo y con el ratón podremos desplazarlo a lo zona que sea de tu interés, al pulsar el botón izquierdo el circuito quedará fijado.

4) Multímetro. El multímetro simulado por EWB mide voltaje y corriente, tanto en alterna como en continua, así como resistencia y atenuación en decibelios. En la simulación digital, el multímetro representado en la siguiente imagen:

Este dispositivo puede trabajar únicamente como voltímetro en corriente continua, o también podemos utilizarlo para determinar el nivel a que se halla cualquier punto del circuito. Los "1" lógicos se identifican como +5 V y los "0" lógicos como 0 V.

El multímetro es de autorango, es decir, no se requiere especificar el rango de medición, como en un multímetro de un laboratorio físico.

Las diferentes selecciones que contiene el multímetro son:

a) A (medida de la corriente) Si seleccionas esta opción lo vas a poder utilizar como amperímetro. A continuación se inserta el amperímetro en serie con el circuito en el punto donde desee medir la corriente que circula. Si se desea medir corriente en otro punto del circuito, el dispositivo debe conectar de nuevo en serie y ser activado otra vez. La resistencia interna del amperímetro está ajustada a un valor muy bajo (1 mΩ), aunque puede cambiarse mediante el botón Settings del multímetro.

b) V (medida del voltaje). Si seleccionas esta opción, entonces estás utilizando a este dispositivo para medir volts para medir el voltaje entre dos puntos de prueba del circuito. Para poder usarlo se conectan los dos cables del voltímetro a los conectores en paralelo con (a cada lado de) la carga que desee medir. La resistencia interna del voltímetro está ajustada a un

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valor muy elevado (1 MΩ), aunque puede cambiarse mediante el botón Settings del multímetro. Después de que el circuito haya sido activado, los cables del multímetro pueden moverse para medir voltaje en otros puntos del circuito.

c) dB (medida de la atenuación en decibelios). Cuando se configure el multímetro en dB, se podrá emplear para medir la atenuación en decibelios existente entre dos puntos de un circuito. La atenuación o pérdida en decibelios se calcula mediante:

dB = 20 * log10 (V1 - V2/estándar de decibelio)

La base estándar para el cálculo de dB está configurada a 1 V. Se puede modificar mediante el botón Settings.

Los modos de funcionamiento del multímetro son:

a) AC (modo de alterna). Seleccionar el símbolo de la onda senoidal en el multímetro para medir el valor RMS del voltaje o corriente de una señal alterna. Cualquier componente continua de la señal es eliminada, de modo que sólo la componente alterna es medida.

b) DC (modo de continua). Seleccionar el símbolo de onda plana para medir los valores de corriente o tensión de una señal de continua. Cualquier componente alterna de la señal es eliminada, de modo que sólo la componente continua es medida.

Los ajustes del multímetro son:

a) Settings Utilizar el botón Settings del multímetro para ajustar la resistencia interna del voltímetro y del amperímetro, la corriente interna del óhmetro y el estándar de decibelio. Estos valores internos están configurados para simular medidas como un multímetro real. Los valores están cerca de los ideales, de modo que los aparatos de medida tienen un efecto despreciable sobre el circuito que está siendo comprobado.

Obviamente no es recomendable utilizar una resistencia del voltímetro extremadamente alta en un circuito de baja resistencia, o una resistencia extremadamente baja del amperímetro en un circuito de elevada resistencia. Una diferencia extrema puede dar lugar a un resultado con errores matemáticos de redondeo durante la simulación.

5) El generador de señales. Es un instrumento que produce o genera señales u ondas sinusoidales, triangulares y cuadradas. Se puede ajustar la frecuencia, el ciclo útil, la amplitud y el offset de continua de las señales.

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A continuación se muestra el ajuste de los controles del generador de funciones.

a) Tipo de onda: Seleccionar el tipo de onda de salida que desee, activando el botón de onda senoidal, triangular o cuadrada. Se pueden modificar los tipos de onda triangular y cuadrada cambiando el ciclo útil.

b) Ciclo Útil: El ajuste del ciclo útil afecta a la forma de las ondas cuadrada y triangular. Se puede ajustar el ciclo útil desde el 1% al 99% .

* En ondas cuadradas, el ajuste del ciclo útil controla la proporción del ciclo en que están a nivel alto. Un 50% de ciclo útil produce ondas cuadradas con semiperiodos iguales.

* En ondas triangulares, el ajuste controla la pendiente por desplazamiento del punto del ciclo donde se producen los picos de onda. Las ondas triangulares con un 50% de ciclo útil tienen iguales pendientes de subida y de bajada.

* La onda senoidal no está afectada por el ciclo útil.

c) Frecuencia: La frecuencia del Generador de señales determina el número de ciclos que se generan por segundo. Puede ajustar la frecuencia de 1Hz a 999 MHz.

d) Amplitud: El ajuste de la amplitud controla la tensión de la señal, medida desde su nivel de CC hasta su pico. Si las tomas de salida están conectadas a COM y a + o -, el valor pico a pico de la onda es igual al doble de su amplitud. Si la salida se toma desde + y -, el valor de pico a pico es cuatro veces el valor de su amplitud. El ajuste de la amplitud es el valor de pico de una señal, mientras que el ajuste de las señales alternas es el valor RMS.

e) Offset: El ajuste del offset controla el nivel de continua sobre el cual varía la señal alterna. En offset 0 (cero) las posiciones del tipo de onda están a lo largo del eje X del osciloscopio (siempre y cuando su Y POS esté ajustado también a 0). Se puede ajustar el offset desde -999 kV a 999 kV. (El ajuste de las unidades de la amplitud determina el ajuste de las unidades de offset.)

f) Terminales: “+”: El terminal positivo proporciona una señal con la amplitud seleccionada en el sentido positivo del terminal neutro COM.

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“COM”:El terminal COM ("común") proporciona un nivel de referencia de la señal. Si se conecta a COM con tierra para un nivel 0.

“-“: El terminal negativo proporciona una señal con la amplitud elegida en el sentido positivo del terminal neutro COM.

6) El osciloscopio. Es un instrumento de dos canales que te va a permitir ver y medir la forma de onda en voltajes de pico a pico.

Posee dos terminales de entrada, canal A y canal B, de forma que dos señales diferentes pueden visualizarse de forma simultánea. Se puede ajustar para obtener una gráfica de una señal respecto al tiempo o bien, puede comparar las dos formas de onda.

Los controles del osciloscopio son:

a) Especificación de los ejes: Y/T, A/B, B/A. Los ejes pueden conmutarse, como por ejemplo para mostrar magnitud en función del tiempo (Y/T), o para mostrar la magnitud de la onda de uno de los canales en función del otro (A/B o B/A). En la primera opción, el eje X representa al tiempo y el eje Y representa voltios por división. En la segunda opción, ambos ejes representan voltios por división. Por ejemplo, si está comparando la entrada del canal A con la del canal B (A/B), la escala del eje X está determinada por el ajuste de los voltios-por-división (V/Div) del canal B, y viceversa.

b) Ajustes de escala:

* BASE DE TIEMPOS: El ajuste de la base de tiempos controla la escala horizontal o eje x cuando se comparan magnitudes en función del tiempo (Y/T). El valor de cada división horizontal puede estar en un rango comprendido entre 0.1 ns y 0.5 s. Para obtener una pantalla legible, se debe ajustar la base de tiempos en proporción inversa a la frecuencia configurada en el generador de funciones. Por ejemplo, si se desea visualizar un ciclo de una señal de 1 kHz, se debe ajustar la base de tiempos a 0.1 ms, o por señalar otro ejemplo, un ciclo de 10 kHz requiere una base de tiempos de 0.01 ms.

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* V/DIV: El ajuste de los voltios-por-división (V/Div) determina la escala del eje Y. También controla la escala del eje X comparando A/B o B/A. Se pueden ajustar los valores en un rango comprendido entre 0.01 mV/Div y 5.0 kV/Div. Cada canal puede ser controlado de forma separada. Para obtener una visualización legible, se ajusta la escala en relación con el voltaje previsto de los canales. Una señal de entrada de CA de 3 voltios llena la pantalla del osciloscopio verticalmente si el eje Y se ajusta a 1 V/Div.

c) Especificación del origen de coordenadas:

* X POS: El ajuste de X POS ("posición del eje x") determina el punto de inicio de la señal sobre el eje x. Cuando X POS es 0, la señal se inicia en la parte izquierda de la pantalla del osciloscopio. Un valor positivo desplaza el origen hacia la derecha. Un valor negativo lo desplaza hacia la izquierda.

* Y POS: El ajuste de Y POS ("posición Y") controla el origen del eje Y. Si Y POS está a 0, el origen es la intersección con el eje X. Su valor puede ser ajustado desde -3.00 a 3.00. Un valor de 1.50, por ejemplo, desplaza el origen a la mitad de camino entre el eje X y la parte superior de la pantalla del osciloscopio. Si por ejemplo se quieren separar las ondas de los canales A y B para compararlas o distinguirlas, se debe ajustar el valor de Y POS para uno o ambos canales.

d) Acoplamiento del osciloscopio: AC, 0 o DC. Se puede especificar un acoplamiento de entrada distinto para cada canal usando los botones AC, O o DC.

* Seleccionar el acoplamiento AC para mostrar sólo la componente alterna de la señal.

* Seleccionar el acoplamiento DC para mostrar sólo la componente continua de la señal.

* Seleccionar 0 para visualizar una línea plana de referencia en el origen ajustado por Y POS.

e) Disparo. El ajuste del disparo determina cuando se visualiza la onda. Si no se logra ver ninguna onda en el osciloscopio, se debe cambiar el disparo a Auto. Los botones de flanco determinan si la onda debe comenzar en su flanco ascendente (pendiente positiva) o flanco descendente (pendiente negativa). El nivel de disparo es el punto del eje Y del osciloscopio que debe ser cruzado por la señal de disparo antes de que se visualice.

Los botones Auto, A, B y EXT determinan la señal que produce el disparo. Utilizar Auto si se desea que las ondas se visualicen lo mejor posible o si se presenta una onda plana. Pulsar sobre A o B para utilizar la señal de este canal. Pulsar sobre EXT para utilizar un disparo externo. (Si se está usando un

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disparo externo, conéctese al terminal derecho inferior del icono del osciloscopio.)

f) Tierra. Como punto de referencia, el osciloscopio asume que es la tierra. No necesita la masa del osciloscopio para obtener una lectura correcta. No obstante, cuando use el osciloscopio, el circuito debe ponerse a tierra.

g) Ampliación del osciloscopio (Zoom). El botón Zoom expande la pantalla gráfica del osciloscopio, moviendo los controles hasta la parte inferior de la pantalla. Se pueden obtener lecturas exactas en el trazado, arrastrando los ejes hasta la posición deseada. Las cajas situadas debajo de la pantalla muestran el tiempo y variación de la posición del primer eje, del segundo eje y la diferencia entre las dos posiciones.

Si se desea imprimir el trazo del osciloscopio después de haberlo ampliado, elija "Trazar X-Y" desde la caja de diálogo de Imprimir. Se puede observar que en la copia está impresa OFFSET = YPOS * (V/DIV) para cada canal. Se pueden ajustar los controles del osciloscopio mientras el circuito está activado. Si la simulación es aún válida, se pueden desplazar sus sondas a otros puntos del circuito. En ambos casos, la pantalla del osciloscopio se redibuja automáticamente. Si se necesita tiempo para analizar las formas de onda del osciloscopio, podemos activar Pausa después de cada pantalla en la caja de diálogo de Opciones de Análisis.

7) El trazador de diagramas de Bode. El trazador de Bode se emplea para analizar la respuesta en frecuencia de un circuito. Es capaz de medir tanto la relación entre magnitudes (ganancia de voltaje en decibelios) como el desfase (en grados).

El trazador de Bode genera su propio espectro de frecuencia. La frecuencia de cualquier fuente de alterna en el circuito es ignorada, pero el circuito debe incluir una fuente de alterna.

Se debe conectar los terminales In y Out del trazador de Bode a los puntos del circuito en los que desea medir Vin y Vout. El ajuste de los controles del trazador de Bode son:

a) Modo, Magnitud o Fase: Seleccionar Magnitud o Fase para especificar si se quiere que el Trazador de Bode represente la relación de magnitudes entre dos puntos de prueba (ganancia de voltaje, en decibelios) o el desfase (en grados), con respecto a la frecuencia (en hertzios).

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b) Base Logarítmica o lineal: Seleccionar Log o Lin para indicar si se quiere que los ejes vertical y horizontal empleen una escala logarítmica (base 10) o lineal (base 1). Una base logarítmica se usa, generalmente, cuando se está analizando la respuesta de un circuito en una amplia gama de frecuencias. (La gráfica sólo se considera un trazado de Bode cuando se emplea una escala logarítmica.)

c) Especificación de la escala del eje vertical. Configurar el punto de comienzo Y final de la escala del eje vertical del trazador de Bode ajustando sus valores F (final) e I (inicial). Cuando se mide magnitud (ganancia), el eje vertical representa la relación entre las tensiones de salida y de entrada (Vout/Vin). Para una base logarítmica, las unidades son decibelios. Para una base lineal, representa un simple relación. Cuando se mide el desfase, las unidades siempre son grados.

d) Especificación del eje horizontal. El eje horizontal del Trazador de Bode siempre representa frecuencia. Se pueden ajustar los puntos de comienzo y final mediante los valores de F (final) e I (inicial).

e) Tomando lecturas. Activar el circuito para obtener una gráfica. A continuación, se desplazan los ejes del Trazador de Bode para obtener una lectura de la frecuencia Y magnitud o fase en cualquier punto de la gráfica. Hay dos formas de desplazar el cursor:

* Pulsando sobre las flechas situadas en la parte inferior del Trazador de Bode.

* Desplazando el cursor desde la zona izquierda de la pantalla del Trazador de Bode, hasta situarlo en el punto de la gráfica cuyas medidas desee obtener.

El valor de la intersección del cursor y el gráfico aparece en el botón situado en la esquina derecha del Trazador de Bode.

Todo lo anterior se ubica dentro de la Barra de Instrumentos, ahora bien, como se vio en el segundo dibujo, también tenemos el botón de Interruptor; éste se ubica en la parte superior derecha de la ventana principal. La simulación se llevará a cabo durante el período que hayamos seleccionado mediante la opciones que ofrece el generador lógico.

Haciendo clic con el ratón se conecta. Cuando está funcionado se muestra en un cuadro de texto el tiempo transcurrido.

35

Barra de en donde se ubican los componentes. Todos los componentes disponibles se hallan agrupados en distintas librerías. Al seleccionar una librería, aparecerán todos los componentes que contiene en una ventana situada a la izquierda del área de trabajo.

Componentes particularizados (Subcircuitos). Aquí se encuentran los subcircuitos que hayamos ido creando.

Indicadores. Aquí encontraremos diferentes elementos útiles para la visualización de valores en cualquier punto de un circuito.

y aparecerá de esta forma en la pantalla:

36

Compuertas. Contiene compuertas lógicas individuales de dos entradas así como distintos circuitos integrados comerciales que las incluyen.

Estas compuertas serán:

Combinacional. Incluye un semisumador y un sumador así como distintos sistemas combinacionales integrados como componentes comerciales.

Los combinacionales son:

37

Secuencial. Aquí se incluyen tanto biestables individuales como distintos sistemas secuenciales integrados como componentes comerciales.

Los secuenciales son:

Circuitos Integrados. Contiene todos circuitos integrados comerciales incluidos en las demás librerías, pero en este caso, ordenados según su referencia comercial.

Y por último tenemos a los circuitos integrados:

38

Componentes pasivos

Entre otros, incluye los símbolos correspondientes a la alimentación y los puntos de conexión. Los elementos +5V y masa sirven para establecer niveles lógicos (1 ó 0) fijos en puntos del circuito y para alimentar los circuitos integrados. Los puntos de conexión sirven para unir entre sí cables o crear puntos de prueba en el circuito.

Los componentes de esta librería son:

Se nota que hay una barra de desplazamiento en la parte izquierda, si la mueves hacia abajo, puedes ver los demás dispositivos

39

Componentes activos. Incluye varios tipos: diodos, transistores bipolares y circuitos operacionales.

Transistores de Efecto de Campo (FET). Incluye varias familias de esta clase de transistores: los de unión o JFET y los tipo MOSFET de deflexión o acumulación.

Los componentes de esta librería son:

40

Componentes de control. Este banco incluye componentes capaces de actuar según determinados valores de tensión o corriente. Así tendremos relés, interruptores y fuentes de alimentación controladas.

Los componentes de esta librería son:

41

Componentes híbridos. Aquí vemos distintos circuitos de uso frecuente en sistemas digitales. Convertidores Analógico-Digital (ADC) y Digital-Analógico (DAC), multivibradores monoestables y temporizadores de uso extendido.

Los subcircuitos Los subcircuitos son circuitos encapsulados dentro de una caja negra y que son creados por el usuario. Son muy útiles cuando el diseño del circuito a simular es muy grande o cuando una parte del circuito se utiliza muchas veces. Para crear un subcircuito debemos dotarlo de terminales de conexión al exterior. A continuación debemos seleccionar todos los componentes que queremos que formen parte del subcircuito sin incluir los terminales de conexión, una vez seleccionados elegimos la opción Subcircuito del menú Circuito donde le damos un nombre. El subcircuito estará disponible en el banco de componentes personalizados del simulador, tras lo cual el circuito original quedará: intacto (opción Copiar), borrado (opción mover) o reemplazado por el subcircuito (opción reemplazar).

42

Ejercicio 1: Cuestionario 1.- Menciona tres nombres de software utilizado para simulación electrónica.

2.- Anota dos actividades que se simplifican con el uso del EWB.

3.- ¿En qué parte de la pantalla se encuentran los instrumentos que pueden ser utilizados como multímetro, osciloscopio, generador, etc. 4.- Anota 5 elementos contenidos en la barra de bancos de componentes correspondientes cada uno de los siguientes iconos:

5.- ¿Qué debes de hacer para utilizar cualquier elemento o instrumento en el área de trabajo? 6.-¿Qué procedimiento se sigue para la conexión de componentes? 7.- ¿Qué opción debes elegir para rotular o etiquetar un elemento?

8.- ¿Qué función tiene y cuándo se utiliza este botón ?

43

Practica 1: Simulación de circuitos en computadora a).- Simulación de rectificador de media onda El siguiente circuito muestra un rectificador de media onda el cual deberás construir en el área de trabajo del Electronic Work Bench, de acuerdo al siguiente procedimiento. 1.- Construye el siguiente circuito correspondiente al rectificador de media onda en el área de trabajo. 2.- Conecta el osciloscopio para observar la forma de onda del voltaje y anota la forma observada en el siguiente cuadro. 3.- Construye el siguiente circuito correspondiente al rectificador de media onda en el área de trabajo.

44

4.- Conecta el osciloscopio para observar la forma de onda del voltaje y anota la forma observada en el siguiente cuadro. 5.- Anota tus observaciones acerca de los cambios observados entre los dos circuitos y sus formas de onda. __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ B).- Simulación de rectificador onda completa. El siguiente circuito muestra un rectificador de onda completa el cual deberás construir en el área de trabajo del Electronic Work Bench, de acuerdo al siguiente procedimiento. 1.- Construye el siguiente circuito en el área de trabajo.

45

2.- Conecta el osciloscopio para observar la forma de onda del voltaje en la resistencia y anota la forma observada en el siguiente cuadro. 3.- Completa el circuito del punto 1, agregando el capacitor como se muestra en el siguiente circuito. 4.- Conecta el osciloscopio para observar la forma de onda del voltaje en la resistencia en los puntos A y B, y anota la forma observada en el siguiente cuadro. 5.- Anota las diferencias observadas respecto al comportamiento de la forma de onda de los dos circuitos. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

46

.IC2V

.IC0V

A

V1-12V

V2+12V

C10.01uF

+

U1UA741

C20.01uf

R150k 60%

D11N914

D21N914

R212K

R312k

R412k

R512k

B A.NS10V

.NS0V

10kHz

0/10V

-10V

+10V

2N39042N3904

200pF 200pF

1N914 1N914

200pF 200pF

1k

39k

1k

39k

390k 390k

10k10k

C).- Electronic Work Bench como auxiliar de dibujo. En la elaboración de reportes y trabajos electrónicos de calidad el software de simulación es un auxiliar que te permite copiar el circuito que realizas en el área de trabajo y pegarlo en un documento de texto, dibujo, presentación etc., esto te permite ahorrar tiempo y mejorar la presentación de tu trabajo. En éste ejercicio tienes la oportunidad de aplicar esta herramienta de acuerdo a los pasos siguientes. 1.- Construye los siguientes circuitos en el área de trabajo.

47

2. Construye en un procesador de texto el formato en donde se incluirán los circuitos en el área marcada.

COLEGIO DE ESTUDIOS Y TECNOLOGICOS DEL ESTADO DE _________

PLANTEL _________

MODULO 2 SUBMODULO1

Ejercicio 3: Electronic Work Bench como auxiliar de dibujo CIRCUITO 1

CIRCUITO 2

Lugar y fecha__________

Pega aquí circuito1

Pega aquí circuito 2

48

Guía de observación

Resultado

Criterios de desempeño Si No

1.- Mantuvo limpia su área de trabajo

2.- Preparó el programa de simulación electrónica

3.- Colocó los circuitos en el área de trabajo del software en base al diagrama

4.- Realizó las conexiones en el área de trabajo del software

5.- Utilizó los instrumentos apropiados para realizar pruebas en el circuito

6.- Midió en los puntos acordes al diagrama entregado (responsabilidad)

7.- Realizó la impresión del diagrama

8.- Realizó la impresión de las mediciones

9.- El circuito funcionó.

10.- Llevo un registro de cada medición indicada

11.- La actividad la realizó en orden

Recursos materiales de apoyo

Herramienta básica para electrónica: Computadora, simulador instalado en el computadora.

Comentarios para el maestro:

Las actividades, ejercicios y prácticas que se muestran en esta guía son sugeridos, el maestro tiene la libertad de complementar las prácticas que considere necesarias bajo su criterio

Indicaciones: En el presente formato se presentan dos columnas, en la izquierda están escritos los criterios de desempeño y en la derecha el resultado.

Nombre del alumno(a):

Carrera: Técnico en Electrónica

Modulo II: Mantenimiento Electrónico

Submódulo I: Reparar equipo de audio.

Fecha de la Observación:

49

¿Qué elementos contiene el equipo de

audio?

Desarrollo

Para poder realizar mejor la reparación de los equipos de audio es necesario conocer las partes que lo componen y los equipos de medición que utilizaremos al momento de realizar el trabajo, entre las cuales están las siguientes: Componentes electrónicos: resistencias, condensadores, inductores, transformadores, interruptores, opto acopladores, termistores, diodos, transistores, circuitos integrados, etc. Accesorios: cables, conectores, micas, aislantes, pasta térmica, fundente, termoencogible, disipadores, identificadores, etc. Herramientas: juegos de destornilladores de varias clases, llaves hexagonales, llaves allen, llaves torx, lupas, escarbadores, bisturí, soldador cautín, succionador de estaño, soldadura de estaño, etc. Instrumentos de medición: osciloscopio, multímetro, watímetro, frecuencímetro, capacímetro, analizador de espectro, etc. Instrumental: generador de patrones de video, generador de señales, fuentes de alimentación, trazador de señales, inyector de señales, etc.

50

Una de las partes principales de los equipos son la fuente que alimenta el circuito, pero ¿Cómo funciona y de que se compone una fuente de voltaje? Principalmente la fuente de alimentación se compone de tres elementos fundamentales los cuales son: EL DIODO COMO RECTIFICADOR Rectificador de media onda La corriente y voltaje que las compañías distribuyen a nuestras casas, comercios u otros es alterna. Para que los artefactos electrónicos que allí tenemos puedan funcionar adecuadamente, la corriente alterna debe de convertirse en corriente continua. Para realizar esta operación se utilizan diodos semiconductores que conforman circuitos rectificadores. Inicialmente se reduce el voltaje de la red (110 / 220 voltios u otro) a uno más bajo como 12 o 15 Voltios con ayuda de un transformador. La tensión en el secundario del transformador es alterna, y tendrá un semiciclo positivo y uno negativo. A la salida del transformador se pone el circuito rectificador, el cual puede ser de media onda o de onda completa. El rectificador de media onda esta compuesto solo por un diodo. Suponiendo que el diodo es ideal la mitad positiva del ciclo de la tensión de la fuente polarizara el diodo en directa y aparecerá a través de la resistencia de carga. En la mitad negativa del ciclo el diodo estará polarizado en inversa. En este caso el diodo ideal aparecerá como un interruptor abierto y no hay tensión en la resistencia de carga.

+

C2.01uF

IN

COM

OUT

78L05

+

250uF

120 V

Vm = 15 1 2

3

Vo = 5 V

Fuente de Voltaje

51

En un rectificador de media onda el diodo esta conduciendo durante las mitades positivas de los ciclos pero no esta conduciendo durante las mitades negativas. A causa de esto el circuito recorta las mitades negativas de los ciclos. Denominamos a una forma de onda como esta una señal de media onda. Esta tensión de media onda produce una corriente por la carga en forma unidireccional. Esto significa que solo circula por una dirección. Una señal de media onda es una tensión continua pulsante que se incrementa a un máximo, decrece a cero y después permanece en cero durante la mitad negativa del ciclo.

Polarización del diodo en sentido directo Durante el semiciclo positivo el diodo queda polarizado en directo, permitiendo el paso de la corriente a través de él. Si el diodo es considerado como ideal, este se comporta como un cortocircuito, entonces toda la tensión del secundario aparecerá en la resistencia de carga.

Polarización del diodo en sentido inverso Durante el semiciclo negativo, la corriente suministrada por el transformador querrá circular en sentido opuesto a la flecha del diodo. Si el diodo es considerado ideal entonces este actúa como un circuito abierto y no habrá flujo de corriente. La forma de onda de salida de un rectificador de media onda será como se muestra en el siguiente diagrama. Señal de entrada al diodo

Señal de salida después del diodo

52

N1N2

N3

TR1D1 1N4001

R1

1k

N1N2

N3

TR1

R1

1k

D2 1N4001

Rectificador de onda completa. El rectificador de onda completa con dos diodos es equivalente a dos rectificadores de media onda. Cada una de estos rectificadores tiene una tensión de entrada igual a la mitad de la tensión del transformador del devanado secundario. El diodo 1 conduce durante el semiciclo positivo y el diodo 2 conduce durante el semiciclo negativo.

Semiciclo positivo D1 conduce Semiciclo negativo D2 conduce Como resultado la corriente por la carga rectificada circula durante ambos semiciclos. La tensión en la carga tiene la misma polaridad y la corriente por la carga circula en la misma dirección. Ambos ciclos del voltaje de entrada son aprovechados y el voltaje de salida se verá como en el siguiente gráfico D1 D2 D1 D2 D1

Durante el ciclo completo la tensión en la carga tiene la misma polaridad y la corriente por la carga circula en la misma dirección. Este tipo de rectificador necesita un transformador con derivación central. La derivación central es una conexión adicional en el bobinado secundario del transformador, que divide la tensión (voltaje) en este bobinado en dos voltajes

iguales. Esta conexión adicional se pone a tierra. La forma de onda de salida de un rectificador de onda completa se muestra en el siguiente diagrama.

Señal de entrada Señal de Salida Al rectificador del rectificador

53

Este circuito se denomina rectificador de onda completa por que ha cambiado la tensión alterna entrada a una tensión de salida pulsante continua. Rectificador de onda completa. Para realizar esta operación se utilizan diodos semiconductores que conforman circuitos rectificadores. La tensión en el secundario del transformador es alterna, y tendrá un semiciclo positivo y uno negativo. A la salida del transformador se pone el circuito rectificador, el cual puede ser de media onda o de onda completa y este a su vez pueden ser construidos por dos o cuatro diodos rectificadores. Los fabricantes han incluido dentro de una misma cápsula cuatro diodos rectificadores con montaje llamado "en puente" o “Puente de Diodos”

Símbolo eléctrico de un puente de diodos Observamos en el símbolo dos terminales de entrada de corriente alterna y dos de salida de corriente continua. Los terminales del puente rectificador pueden cambiar, dependiendo del fabricante. Vemos que pueden tener distintos aspectos, que dependen sobre todo de la potencia que sea necesaria en el circuito al que van destinados. En la figura siguiente podemos ver un rectificador de onda completa en puente: Mediante el uso de 4 diodos en vez de 2, este diseño elimina la necesidad de la conexión intermedia del secundario del transformador. La ventaja de no usar dicha conexión es que la tensión en la carga rectificada es el doble que la que se obtendría con el rectificador de onda completa con 2 diodos. Un puente rectificador es similar a un rectificador de onda completa porque produce una tensión de salida de onda completa. Los diodos D1 y D3 conducen en la mitad positiva del ciclo, mientras que D2 y D4 conducen en la mitad negativa del ciclo. Como resultado, la corriente por la carga rectificada circula durante ambas mitades de los ciclos y durante ambas mitades de los ciclos, la tensión en la carga tiene la misma polaridad y la corriente por la carga circula en la misma dirección. El circuito ha cambiado la tensión de entrada alterna por una tensión de salida continua.

54

La ventaja de este tipo de rectificación de onda completa sobre la versión con conexión central (de dos diodos), es que en el puente rectificador la tensión del secundario se usa en su totalidad. La forma de onda de salida de un rectificador de onda completa se muestra en el siguiente diagrama.

Señal de entrada al puente de diodos Señal de salida del puente de diodos Este circuito se denomina rectificador de onda completa por que ha cambiado la tensión alterna entrada a una tensión de salida pulsante continua.

Formas físicas de los puentes rectificadores de onda completa Diodo Zener:

El símbolo del diodo Zener es:

La curva característica del diodo zener se muestra en la siguiente figura:

55

+

V

+

V

Encendi

El uso del diodo Zener se da cuando este trabaja en la zona de característica inversa y, en particular, en la zona del punto de ruptura de su característica inversa

Esta tensión de ruptura (Vz = voltaje zener) depende de las características de construcción del diodo, se fabrican desde 2 a 200 voltios. Polarizado en directa actúa como un diodo normal y por tanto no se utiliza en dicho estado.

El análisis de las redes que emplean los diodos Zener es muy similar a aquel que se aplicó al análisis de los diodos semiconductores. En primer lugar, el estado del diodo debe determinarse seguido por una sustitución del modelo apropiado y una determinación de las demás cantidades desconocidas de la red. A menos que otra cosa se especifique, el modelo Zener a emplearse en el estado "encendido" será como el que muestra la siguiente figura: Para el estado "apagado" como lo define un voltaje menor que VZ pero mayor que 0 V con la polaridad indicada en la siguiente figura, el equivalente del Zener es el circuito abierto que aparece en la misma figura:

Vi y R fijas Las redes más simples con diodo Zener aparecen en la siguiente figura:

V

Apagado

Vz > V

56

El voltaje de CD aplicado es fijo, como lo es la resistencia de carga. El análisis puede fundamentalmente dividirse en dos etapas.

Los reguladores de voltaje comprenden una clase de CIs ampliamente utilizados. Los reguladores de CI contienen los circuitos de la fuente de referencia, el amplificador comparador, el dispositivo de control y la protección contra la sobrecarga, todo en un CI. A pesar de que la construcción interna de un CI es un tanto distinta de la descrita para los circuitos reguladores de voltaje discretos, la operación externa es muy similar. Las unidades de CI ofrecen la regulación de un voltaje fijo positivo o negativo o de un voltaje ajustable.

Es posible construir una fuente de alimentación mediante un transformador conectado a la línea de suministro de CA para llevar el voltaje de CA a la amplitud deseada, luego se rectificará este voltaje de ac, opcionalmente se le filtrará mediante un capacitor y un filtro RC y finalmente se regulará el voltaje de CD por medio de un CI regulador. Es posible seleccionar los reguladores para operar con corrientes de carga desde cientos de mili amperes hasta decenas de amperes, que corresponden a rangos de potencia de miliwatts hasta decenas de watts. Reguladores de tres terminales La siguiente figura muestra la conexión básica de un regulador de voltaje de CI de tres terminales con una carga:

Reguladores de voltaje

57

El regulador de voltaje fijo cuenta con un voltaje CD de entrada no regulado Vi, aplicado a una terminal de entrada, un voltaje CD de salida regulado Vo, en una segunda terminal, y la tercera terminal conectada a tierra. Para un regulador seleccionado, las especificaciones del dispositivo de CI listan un rango de voltaje sobre el cual puede variar el voltaje de entrada para mantener un voltaje de salida regulado sobre un rango de corriente de carga. Las especificaciones también listan la cantidad de cambio del voltaje de salida que resulta debido a un cambio en la corriente de carga (regulación de carga) o en el voltaje de entrada (regulación de línea). Regulador de voltaje positivo fijo Los reguladores de la serie 78 ofrecen voltajes fijos regulados que van de 5 a 24 V .La siguiente figura muestra la forma en la que uno de estos CIs, el 7812, se conecta para proporcionar un voltaje regulado de salida de + 12 V cd. Un voltaje de entrada no regulado Vi es filtrado por el capacitor C1 y conectado a la terminal IN (entrada) del CI. La terminal OUT (salida) del CI proporciona + 12 V regulados, los cuales son filtrados por el capacitor C2 (principalmente para cualquier ruido de alta frecuencia). La tercera terminal del CI se conecta a tierra (GND). Mientras que el voltaje de entrada varíe dentro de un rango permitido

ENTRADA SALIDA

Regulador de voltaje

TIERRA Carga

+

-

Voltaje de entrada no regulado

Vi

Rango de voltaje de entrada

Voltaje diferencial salida-entrada

Corriente de

IL

Voltaje de salida

+

-

Regulación de carga.

Representación de bloques del regulador de voltaje de tres terminales

+

C2

+

C1

IN

COM

OUT

78L12

+

- Vi

+

- Vo

1 2

3

58

de voltaje y la carga de salida varíe dentro de un rango aceptable, el voltaje de salida permanecerá constante dentro de los límites especificados de variación del voltaje. Estos límites se detallan en las hojas de especificaciones de los fabricantes. En la siguiente tabla se presenta una lista de Cls reguladores de voltaje positivo.

Reguladores de voltaje positivo en la serie 7800

Parte CI Voltaje de salida (V) Vi mínimo (V)

7805 +5 7.3

7806 +6 8.3 7808 + 8 10.5 7810 +10 12.5 7812 +12 14.6 7815 +15 17.7 7818 +18 21.0

7824 +24 27.1

En la conexión de la figura se muestra la operación de un regulador 7812 dentro de una fuente de alimentación completa. El voltaje de línea CA (120 V rms) se reduce a 18 V rms a través de cada mitad del transformador con derivación central. Luego, un rectificador de onda completa y un filtro de capacitor proporcionan un voltaje de dc no regulado, que se muestra como un voltaje cercano a 22 V, con un rizo de ac de unos cuantos volts como la entrada al regulador de voltaje. El Cl 7812 después proporcionará una salida que se encuentra regulada en + 12 V dc. Fuente de voltaje de 12 volts

+

0.01uF

IN

COM

OUT

78L12

+

470uF120 V

18 V rms (cada

1 2

3

Vo = + 12

+

-

59

Especificaciones de los reguladores de voltaje positivo La hoja de especificaciones de los reguladores de voltajes se ilustra en la siguiente figura, para el grupo de reguladores de voltaje positivo de la serie 7800. Se deben tomar en cuenta algunas consideraciones acerca de los parámetros más importantes.

Parámetros Mín. Típ. Máx. Unidades

Voltaje de salida 11.5 12 12.5 V

Regulación de entrada 3 120 mV

Rechazo de rizo 55 71 dB

Regulación de salida 4 100 mV

Resistencia de salida 0.018 Ω

Diferencia de voltaje 2 V

Corriente de salida de corto circuito

350 mA

Corriente de salida pico 2.2 A

Voltaje de salida: La especificación para la unidad 7812 muestra que el voltaje de salida es, por lo regular, de +12 V pero puede llegar a ser tan bajo como 11.5 V o tan alto como 12.5 V. Regulación de salida: La regulación de voltaje de salida, por lo general, se presenta de 4 mV, hasta un máximo de 100 mV (a corrientes de salida de 0.25 hasta 0.75 A). Esta información especifica que el voltaje de salida puede variar por lo regular sólo 4 mV a partir de su valor nominal de 12 V de CD. Corriente de salida de corto circuito: La cantidad de corriente se encuentra limitada típicamente hasta 0.35 A si la salida estuviera en corto circuito (presumiblemente por accidente o debido a otro componente defectuoso).

Voltaje nominal de salida

Regulador

5 V 7805

6 V 7806

8 V 7808

10V 7810

12V 7812

1 5 V 7815

18 V 7 8 1 8

24 V 7824

Características eléctricas del μA 7812C

Salida

Común

Entrada

Valores nominales absolutos máximos: Voltaje de entrada 40 V Disipación continua total 2 W Rango de temperatura de operación al aire libre -65 a 150˚C

60

Corriente de salida pico: Mientras la corriente nominal máxima es de 1.5 A para esta serie de CI, el consumo de corriente de salida pico típica de una carga es de 2.2 A. Esto muestra que incluso cuando el fabricante califica al CI como capaz de proporcionar 1.5 A, es posible extraer un poco más de corriente (posiblemente por un periodo). Diferencia de voltaje: La diferencia de voltaje, típicamente de 2 V, es la cantidad mínima de voltaje a través de las terminales de entrada-salida que deberá mantenerse si el CI operará como un regulador. Si el voltaje de entrada desciende demasiado o si la salida se eleva de forma que no se mantienen al menos los 2 V a través de la entrada-salida del CI, éste ya no será capaz de proporcionar una regulación de voltaje. Por tanto, se debe mantener un voltaje de entrada lo suficientemente grande para asegurar que siempre se proporcione la diferencia de voltaje. Reguladores de voltaje negativo fijo La serie de CIs 7900 proporciona reguladores de voltaje negativo, similares a los que proporcionan voltajes positivos. En la siguiente tabla se presenta una lista de CIs reguladores de voltaje negativo. Como se muestra, los CIs reguladores se encuentran disponibles para un rango de voltajes negativos fijos, el CI seleccionado, proporcionará el voltaje de salida especificado toda vez que el voltaje entrada se mantenga mayor al valor de entrada mínimo. Por ejemplo, la unidad 7912 proporciona una cantidad de -12 V mientras la entrada al Cl regulador sea más negativa que -14.6 V

Reguladores de voltaje negativo en la serie 7900

Parte CI Voltaje de salida (V) Vi mínimo (V)

7905 -5 -7.3

7906 -6 -8.4 7908 -8 -10.5

7909 -9 -11.5

7912 -12 -14.6

7915 -15 -17.7

7918 -18 -20.8

7924 -24 -27.1

Reguladores de voltaje ajustables Los reguladores de voltaje también se encuentran disponibles en configuraciones de circuitos que permiten que el usuario establezca el voltaje de salida en un valor regulado deseado. La unidad LM317, por ejemplo, puede operarse con el voltaje de salida regulado en cualquier valor dentro del rango de voltajes de 1.2 a 37 V. La siguiente figura muestra la forma en la que es posible establecer el voltaje de salida regulado de un LM317.

61

Los resistores R1 y R2 fijan la salida en cualquier voltaje deseado dentro del rango de ajuste (1.2 a 37 V).

Teorema de Thévenin Dos puntos cualesquiera de una red eléctrica que contenga solamente elementos pasivos de tipo lineal y fuentes ideales pueden ser reemplazados por una fuente única de voltaje en serie con una impedancia. Esto significa que todas las características eléctricas de la red original, entre esos dos puntos, son reemplazados por la fuente equivalente, llamado “voltaje deThévenin”, y la impedancia equivalente, llamada “impedancia de Thévenin”, o, en caso de que sólo haya presentes resistores, por la resistencia de Thévenin. El voltaje de Thévenin (ETh) es el voltaje de circuito abierto entre las terminales de salida, con todas las fuentes presentes como en la red original. El término circuito abierto significa que no se coloca ningún elemento externo entre los puntos. La impedancia de Thévenin es la impedancia de la red original entre los puntos elegidos, cuando se han reemplazado las fuentes de voltaje real por cortos circuitos y todas las fuentes de corriente real por circuitos abiertos. A continuación se muestra el circuito equivalente de Thévenin: ET

RT

a

b

Teoremas básicos de Circuitos

62

Problema: Aplique el teorema de Thévenin para encontrar el circuito equivalente de Thévenin entre los puntos a y b del siguiente circuito: Emplee este circuito equivalente de Thévenin para encontrar la corriente y el voltaje de carga a través de la carga externa RL. Solución: En este caso la impedancia de Thévenin es una resistencia. Se halla reemplazando la fuente de 25 V por un corto circuito y encontrando la resistencia entre los puntos a y b, como se muestra en la siguiente figura: RTh = R4 +((R3//(R1+R2)) RTh = 25 Ω +((75 Ω//(100 Ω+50 Ω)) RTh = 75 Ω Para determinar el ETh , se recolocan las fuentes y se determinan los voltajes de circuito abierto como se muestra en la siguiente figura:

RL100

R425

R375

R250

R1100

+25V

Ω

Ω

Ω

Ω Ω

a

b

R425

R375

R250

R1100

Ω

Ω Ω

Ω

a

b

RTh

R425

R375

R250

R1100

25 V

a

b

+

-

ETh

Ω Ω

Ω

Ω

63

El voltaje de Thévenin es simplemente la caída de voltaje a través del resistor de 75 Ω , ya que el resistor de 25 Ω no lleva corriente (circuito abierto de a a b). Por tanto el voltaje de Thévenin es: ETh = ((25 V) (R3))/(R1+R2+R3) ETh = ((25 V) (75 Ω))/(100 Ω+50 Ω+75 Ω) ETh = 8.33 V El circuito equivalente de Thévenin se muestra en la siguiente figura con el resistor de carga (RL) colocado entre las terminales a y b. La corriente en la carga se saca de la siguiente manera: IRL = (ETh)/(RTh+RL) IRL = (8.33 V)/(75 Ω+100 Ω) IRL = 47.6 mA El voltaje de carga se determina de la siguiente manera: VRL = (IRL)*(RL) VRL = (47.6 mA)*(100 Ω) VRL = 4.76 V Teorema de Norton Dos puntos cualesquiera en una red que conste de componentes pasivos y fuentes ideales pueden ser reemplazados por una fuente de corriente equivalente en paralelo con una impedancia. La fuente única de corriente, llamada “fuente de corriente Norton”, y la impedancia en paralelo, llamada “impedancia de Norton”, presentan todas las características eléctricas de la red original.

RL100

RTh75

+8.3 V

a

b

Ω

Ω

64

La fuente de corriente tiene la magnitud y el sentido de la corriente que pasa por un corto circuito colocado entre los puntos elegidos. La impedancia de Norton es aquélla entre las terminales elegidas reemplazando las fuentes de voltaje real por un corto circuito y todas las fuentes de corriente real por un circuito abierto. Problema: Determine la corriente que pasa por R2. Aplique el teorema de Norton. Solución: Se encontrará el circuito equivalente de Norton entre los puntos a y b del circuito, sin la resistencia de 5 Ω. La corriente de cortocircuito será la suma de la corriente debida a la fuente de 10 V y la corriente debida a la fuente de 20 V, como se muestra en la siguiente figura: IN = ((V1)/(R1))+((V2)/(R3)) IN = ((10 V)/(10 Ω))+((20 V)/(50 Ω)) IN = 1.4 A

R350

R25

R110

+ V220V

+ V110V

a

b

Ω Ω

Ω

R350

R110

+ V220V

+ V110V

Ω Ω

65

Se calcula la resistencia de Norton entre los puntos a y b, con las dos fuentes de voltaje reemplazadas por cortos circuitos. Es simplemente la combinación paralela de las resistencias de 10 Ω y 50 Ω, RN = R1//R3 RN = 10 Ω // 50 Ω RN = 8.33 Ω El circuito equivalente de Norton se muestra en la siguiente figura, junto con la resistencia R2 a la cual debe conectarse: Basandose en la regla de división de corriente se encuentra la I2: I2 = (IN RN) / (RN + R2) I2 = ((1.4)(8.3 Ω)) / (8.3 Ω + 5 Ω)

I2 = 874 mA

Teorema de Superposición El principio de superposición dice que cuando un sistema es afectado por dos o más causas que actúan de manera conjunta, es permisible, cuando las

R350

R110 Ω Ω

a

b

RN

Ω Ω R25

RN8.3IN

1.4 A

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relaciones son lineales, considerar que cada causa actúa independientemente, y después suponer los dos o más efectos relacionados. En redes con dos o más fuentes, el principio de superposición afirma que es posible encontrar las corrientes y voltajes de cada fuente de manera independiente. Las corrientes y los voltajes netos son la suma algebraica de las contribuciones de cada fuente. Todos los elementos deben ser lineales, de manera que los transistores, los inductores con núcleo de hierro, etcétera, deben modelarse en una representación lineal. Desde el punto de vista operativo para encontrar la contribución de una sola fuente, se reemplazan las otras por su resistencia interna, y se aplica el análisis a la red para encontrar las corrientes y voltajes que proceden de la fuente individual. Se hace esto para cada fuente. Problema: Aplicando el teorema de superposición, determine qué corriente pasa por R2 en la red de la siguiente figura: Solución: Primeramente, para encontrar la contribución de V1 se reemplaza V2 por un corto circuito, ya que es una fuente ideal. El circuito resultante se muestra en la siguiente figura:

R350

R25

R110

+ V220V

+ V110V

Ω Ω

Ω

A

B

67

La I2 que produce V1 se calcula utilizando un divisor de corriente como se muestra a continuación: I2 (V1) = (R3 / (R2 + R3)) * IT Como no tenemos la IT hay que calcularla:

IT = V1/RT Como no tenemos la RT hay que calcularla: RT = R1+ (R2//R3) RT = 10 Ω + (5 Ω//50 Ω) RT = 14.55 Ω Ya con RT se calcula la IT:

IT = V1/RT IT = 10 V/ 14.55 Ω IT = 0.6875 A Ya con la IT se calcula I2 que produce V1 : I2 (V1) = (R3 / (R2 + R3)) * IT I2 (V1) = 0.625 A Ahora, V1 se reemplaza por un corto circuito y la corriente que procede de V2 se encuentra a partir del siguiente circuito: La I2 que produce V2 se calcula utilizando un divisor de corriente como se muestra a continuación: I2 (V2) = (R1 / (R1 + R2)) * IT Como no tenemos la IT hay que calcularla:

IT = V2/RT

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Como no tenemos la RT hay que calcularla: RT = R3+ (R1//R2) RT = 50 Ω + (10 Ω//5 Ω) RT = 53.33 Ω Ya con RT se calcula la IT:

IT = V2/RT IT = 20 V/ 53.33 Ω IT = 0.375 A Ya con la IT se calcula I2 que produce V2: I2 (V2) = (R1 / (R1 + R2)) * IT I2 (V2) = 0.25 A La solución final es la combinación algebraica de las dos corrientes. Ambas tienen el mismo sentido a través de R2, de manera que simplemente se suman: I2 = I2 (V1) + I2 (V2) I2 = 0.625 A + 0.25 A I2 = 0.875 A Clasificación de los amplificadores La primera clasificación que podemos hacer con los amplificadores viene determinada por las frecuencias con las que van a trabajar. Si las frecuencias están comprendidas dentro de la banda audible los amplificadores reciben el nombre de amplificadores de audio frecuencia. En las transmisiones se utilizan otros amplificadores que trabajan con la gama alta de frecuencias, las radio frecuencias (amplificadores de R.F). Dentro de las dos gamas de amplificadores podemos hacer una clasificación atendiendo a su forma de trabajo: a) Amplificadores de tensión: son los que su principal misión es suministrar una tensión mayor en su salida que en su entrada b) Amplificadores de potencia: aquellos que, aparte de suministrar una mayor tensión, suministran también una mayor corriente (amplificación de tensión y amplificación de corriente y, por ende, amplificación de potencia) En este tema únicamente vamos a entrar en los amplificadores de potencia, que son los que nos interesan para iniciar el campo de la reparacion de amplificadores de audio

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Clases de amplificadores de potencia Este tipo de amplificadores pueden entregarnos en su salida toda la señal de entrada o una parte de la misma; atendiendo a esta característica, los amplificadores de potencia, podemos clasificarlos de la siguiente forma: Amplificadores de clase A: un amplificador de potencia funciona en clase A cuando la tensión de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule durante todo el período de la señal de entrada. Amplificadores de clase B: un amplificador de potencia funciona en clase B cuando la tensión de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule durante un semiperíodo de la señal de entrada. Amplificadores de clase AB: son, por así decirlo, una mezcla de los dos anteriores, un amplificador de potencia funciona en clase AB cuando la tensión de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule durante menos de un período y más de un semiperíodo de la señal de entrada. Amplificadores de clase C: un amplificador de potencia funciona en clase C cuando la tensión de polarización y la amplitud máxima de la señal de entrada poseen valores tales que hacen que la corriente de salida circule durante menos de un semiperíodo de la señal de entrada.

Amplificador de potencia en contrafase de clase B Uno de los principales inconvenientes de los amplificadores en clase A es que, en reposo, están consumiendo corriente por lo que el rendimiento de conversión se hace bastante bajo. Para mejorar este rendimiento, y por tanto aprovechar al máximo la potencia entregada por la fuente de alimentación, los amplificadores utilzados en los equipos de audio se suelen construir en clase B

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Señal de entrada y salida para amplificadores clase A y clase B Por norma general, los amplificadores que se van a hacer trabajar en clase B, se montan con transistores que trabajen en contrafase (push-pull); con el fin de minimizar los armónicos que se pueden generar en este tipo de montajes, estos amplificadores adoptan una serie de montajes determinados. En la figura que hay arriba, vemos como el amplificador en clase A (en azul), debido a que su curva de respuesta es casi continua, la continuación en las senoides de la señal de salida es uniforme; en el amplificador de clase B (en rojo), debido al desplazamiento de las curvas, se produce un pequeño salto entre las senoides de la señal de salida (se producen armónicos). A este salto entre las dos senoides es a lo que se le conoce como distorsión de cruce del amplificador; el "aplanamiento" al que tiende la señal es debido a que en la señal de salida se producen armónicos impares de la frecuencia de la señal. En este tipo de montajes, una cuestión a tener en cuenta (muy importante) es que los dos transistores deben tener las mismas características en cuanto a tensiones, ganancias, etc. Si no ponemos dos transistores con las mismas características, puede ocurrir que, uno de los semiciclos tenga mas amplitud que el otro (debido a que un transistor tiene mas ganancia que otro) con lo que aumentaríamos la distorsión de la etapa. Para minimizar el efecto de la distorsión de cruce, los transistores se suelen polarizar de forma que se les introduce una pequeña polarización directa. Con

esto conseguimos desplazar las curvas y disminuimos dicha distorsión de cruce. En el montaje de la figura superior, la resistencia Re (resistencia de emisor) debe ser muy pequeña (menor de 1 W ) ; el valor de esta resistencia, junto con los valores de R1 y R2, deben escogerse de forma que los transistores trabajen con las condiciones de polarización correctas y que tengan una buena estabilidad térmica. El condensador sirve para el desacoplo

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armónico; a veces, en paralelo con R2 se coloca un diodo con el fin de mejorar la estabilidad térmica. En este tipo de circuitos, el rendimiento de conversión suele estar cerca del 78%, mientras que en los de clase A este rendimiento suele estar en torno al 36,4% (aprovechamos la potencia de la fuente de alimentación más de el doble, por eso se recurre a este tipo de montaje). Amplificador en contrafase simétrico complementario En el esquema anterior hemos visto un montaje con dos transistores NPN, a veces se recurre a montar dos transistores de tipo complementario (uno NPN y otro PNP), en este caso el esquema lo vemos en el gráfico siguiente. Este montaje, además, tiene la particularidad de ser un amplificador en clase B sin transformador de salida, recibe el nombre de amplificador en contrafase simétrico complementario. La señal de entrada se aplica simultáneamente a la base de los dos transistores, en el semiciclo positivo el que conduce es el transistor PNP, mientras que el NPN está bloqueado. En el semiciclo negativo el que conduce es el transistor NPN; el PNP, en este caso, está bloqueado.

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Cuando se aplica una señal, durante la semionda positiva, el transistor Tr1 comienza a conducir mientras que Tr2 se lleva a la situación de bloqueo. Por el altavoz pasa la señal convenientemente amplificada por Tr1. En la semionda negativa ocurre todo los contrario: es Tr2 el que conduce mientras que Tr1 se lleva a la situación de bloqueo. Por el altavoz, como vemos en el gráfico pasan las dos semiondas, una entregada por Tr1 y la otra entregada por Tr2; ambas semiondas recorren el altavoz en sentido contrario

INTRODUCCIÓN Si existe un elemento estrella en los sistemas electrónicos analógicos ese elemento es sin duda el amplificador operacional. Con él podremos amplificar señales, atenuarlas, filtrarlas, etc. Los sistemas de control analógico encuentran en el amplificador operacional un elemento de conmutación sumamente simple. El conocimiento a nivel básico del amplificador operacional proporciona al diseñador una herramienta de valor incalculable.

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

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EL MODELO IDEAL Un amplificador operacional es un dispositivo electrónico activo siendo capaz de ofrecer una tensión de salida en función de una tensión de entrada. Considerando el amplificador operacional ideal, es una aproximación muy precisa y perfectamente válida para el análisis de sistemas reales. Un amplificador operacional presenta cinco patillas.

Dos de ellas son las entradas del dispositivo; la primera de ellas llamada entrada inversora se halla indicada en los esquemas con un signo menos, la otra denominada entrada no inversora se indica mediante un signo más. Otro de las patillas del amplificador operacional corresponde a la salida del dispositivo mientras que las dos

restantes corresponden a la alimentación requerida por el dispositivo (±Vcc). Una vez que nos hemos familiarizado con las patillas podemos pasar a indicar las características de un amplificador operacional. Debido a que en ningún momento entraremos en el diseño interno del circuito deben ser asumidas. Recordamos una vez más que son características teóricas, si bien las reales se aproximan a las teóricas: Características del OPAM:

Ancho de banda infinito (podemos trabajar con señales de cualquier frecuencia).

Tiempo de conmutación nulo Ganancia de tensión infinita. Impedancia de entrada infinita. Impedancia de salida nula. Corrientes de polarización nulas. Tensión de desplazamiento nula (si bien no es estrictamente cierto,

diremos que la diferencia de potencial entre las entradas inversora y no inversora nula).

Margen dinámico ±Vcc (la tensión de salida puede a nivel teórico alcanzar el valor de la tensión de alimentación, en la práctica se aproxima pero no puede ser igual ya que se producen saturaciones en el dispositivo).

AMPLIFICADOR INVERSOR La configuración más sencilla es la inversora. Dada una señal analógica (por ejemplo de audio) el amplificador inversor constituye el modo más simple de amplificar o atenuar la señal (en el ejemplo propuesto modificar el volumen de la señal).

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Se comenzará por la configuración más adecuada para nuestros propósitos: el modo amplificador inversor. Hemos afirmado anteriormente que la impedancia de entrada del dispositivo es infinita, por lo cual no circulará corriente en el interior del amplificador operacional y las resistencias R1 y R2 estarán dispuestas en serie. Por encontrarse estas resistencias dispuestas en serie la corriente que atravesará ambas será la misma, podemos afirmar por tanto:

A continuación se va a demostrar como Va es nula. Si tenemos en cuenta que la ganancia de tensión de un amplificador operacional debe atender a la relación salida/entrada:

Al ser una de las características del opam la ganancia en tensión infinita podemos intuir que la única solución válida es disponer a la entrada del opam de una tensión nula.

Al llegar a este punto se destaca que no debe confundirse la entrada del opam constituida por las patas inversora y no inversora con la entrada de la etapa amplificadora inversora. Se llega a la conclusión de que la diferencia de potencial en la entrada del operacional debe ser nula. Puesto que en el circuito la pata no inversora se halla conectada a tierra el valor de Va será nulo o de lo contrario la diferencia de tensión en la entrada del opam no sería nula.

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Al analizar a continuación el resultado obtenido se puede ver claramente que la tensión de salida es proporcional a la tensión de entrada, siendo el factor de proporcionalidad una constante que definimos con las resistencias R1 y R2. Se acaba de diseñar el primer amplificador, ya que este simple amplificador operacional puede atenuar o amplificar las señales aplicadas a su entrada. El nombre de inversor viene dado por el signo negativo presente en la fórmula. Es decir, el montaje invierte la fase de la señal; este detalle no puede pasarse por alto para señales que requieran cuidar su fase. Finalmente debemos destacar la presencia de la resistencia R3, cuya misión no es sino la de compensar los posibles efectos no deseados debidos a imperfecciones en el funcionamiento de los amplificadores operacionales reales. En concreto busca disminuir el efecto nocivo de unas intensidades de polarización residuales presentes en las entradas del ampop (lo que conlleva una impedancia de entrada elevada pero no infinita). AMPLIFICADOR NO INVERSOR Este circuito presenta como característica más destacable su capacidad para mantener la fase de la señal. El análisis se realiza de forma análoga al anterior.

Se ha razonado que la diferencia de tensión en las patillas de entrada del amplificador operacional ha de ser nula, por lo que la tensión presente en la patilla inversora será la misma que la presente en la no-inversora. Por hallarse las resistencias R1 y R2 en serie, la corriente que las atravesará será la misma y conocida, ya que sabemos el valor de R1 y las tensiones en sus extremos (Vin y 0):

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Resulta sencillo despejar de esta expresión la ganancia:

Se puede apreciar como no existe signo negativo en la expresión (no se invierte la señal), siendo además la ganancia siempre superior a la unidad. Este circuito no permite por consiguiente atenuar señales. Se hará una puntualización con respecto a la conveniencia de uso del inversor / no inversor. La inversión de fase no resulta significativa en el tratamiento de señales alternas, ya que dichas señales varían entre semiciclos positivos y negativos. Un amplificador inversor aplicado a una señal alterna tiene como resultado una simple inversión de fase. Sin embargo en señales de continua el resultado es bien distinto. Si deseamos duplicar una tensión continua e introducimos a la entrada de un amplificador inversor 2V a la salida tendremos - 4V (negativos), lo cual puede ser un inconveniente en determinadas aplicaciones. La elección de una etapa u otra depende por consiguiente de las condiciones concretas de diseño. AMPLIFICADOR MEZCLADOR O SUMADOR Esencialmente no es mas que un amplificador en configuración inversora. Difiere de este último en la red resistiva empleada en sustitución de la resistencia R1 utilizada en el ejemplo de configuración inversora.

El desarrollo matemático es el mismo. Debido a la ganancia de tensión infinita del amplificador para que la tensión de salida sea un número finito la tensión de entrada debe ser nula. Puesto que una de las patillas (la no-inversora en este caso) se encuentra conectada a tierra a través de la resistencia Re, la otra patilla (patilla inversora) debe presentar también este valor. Debido a la impedancia de entrada infinita del amplificador, la suma de intensidades que atraviesen las resistencias R1,R2,...Rn será igual a la intensidad que atraviese la resistencia Rs (según la primera ley de Kirchhoff). Por tanto podemos afirmar que:

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Despejando la tensión de salida:

Al llegar a este punto se debe particularizar la presente configuración para obtener un sumador. Si se afirma la igualdad entre las resistencias R1=R2=...=Rn y además se hace que este valor coincida con el de la resistencia Ro se obtiene una tensión de salida igual a la suma algebraica de tensiones de entrada (con la correspondiente inversión de fase). Nótese la importancia de esta particularización para la comprensión de los antiguos calculadores analógicos:

CIRCUITO SEGUIDOR Esta sencilla configuración ofrece una tensión de salida igual a la tensión de entrada, no produciéndose ganancia alguna.

El montaje se emplea fundamentalmente como adaptador de impedancias, ya que no consume corriente en su entrada (impedancia de entrada infinita) ofreciendo señal en su salida (impedancia de salida nula).

Vout =Vin

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Su nombre está dado por el hecho de que la señal de salida es igual a la de entrada, es decir, sigue a la señal de entrada. AMPLIFICADOR DIFERENCIAL Este circuito presenta como característica notable la amplificación de la diferencia entre las dos tensiones de entrada. Presenta el inconveniente de que la impedancia de entrada del amplificador disminuye sensiblemente y además las dos resistencias R1 y las dos R2 deben ser exactamente iguales.

Puesto que sabemos que las tensiones de las patillas inversora y no inversora deben ser iguales, podemos afirmar que tanto las resistencias R1 y R2 superiores como las R1 y R2 inferiores se encuentran en serie. Planteando las ecuaciones:

De estas dos igualdades (donde Va es la tensión de entrada tanto en la patilla no inversora como en la inversora) podemos obtener la tensión de salida en función de los valores R1, R2 y las tensiones de entrada Para ello despejamos lo valores Va de ambas expresiones obteniendo:

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Igualando ambas expresiones resulta trivial obtener la expresión final de la tensión de salida:

Como se puede ver esta configuración amplifica o atenúa la diferencia existente en las dos entradas V2 y V1. En la siguiente tabla se muestran los 11 amplificadores operacionales y los dos amplificadores de instrumentación, y se aportan datos de las características eléctricas más importantes de cada uno de ellos. Entre estos operacionales, se encuentra el LM741, el operacional cuyo uso está más extendido mundialmente, y del cual pueden verse en esta tabla sus ventajas e inconvenientes. También señalar que los parámetros incluidos en la tabla son los valores típicos de los dispositivos (no máximos ni mínimos).

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ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS LM741 Este dispositivo es un amplificador de propósito general bastante conocido y de uso muy extendido. Sus parámetros son bastante regulares, no teniendo ninguno que sea el mejor respecto a los de los demás, pero en conjunto presenta una alta impedancia de entrada, pequeños offset (de corriente y de voltaje) en la entrada y buenos parámetros. LM725 Este amplificador es un modelo bastante similar al LM741, pero que mejora bastantes de sus parámetros. Tiene unos valores para la corriente y el voltaje de offset de entrada menores, su corriente de polarización también es menor y su CMRR más elevado. Sin embargo, la impedancia de entrada de este dispositivo es inferior a la que presenta el LM741. LF411 Este dispositivo posee excelentes parámetros. Tiene uno offset de entrada y una corriente de polarización de valores muy bajos. Además su impedancia de entrada es la más elevada de todas (junto con el MAX430). Es uno de los amplificadores operacionales de National Semiconductors para aplicaciones de máxima precisión. OPA124 Este chip es el que presenta los valores más bajos de corriente offset de entrada y de corriente de polarización de entrada. Posee una impedancia de entrada elevadísima, la cual se presenta como una resistencia en paralelo con un condensador. Es uno de los mejores amplificadores operacionales que he analizado. NE5533 Este chip es el que posee (a nivel general) peores prestaciones de todos los amplificadores que se encuentran en el estudio. Su impedancia de entrada es la menos alta de todas y su corriente de polarización la más elevada. Es un amplificador para aplicaciones en las que no se requiera de alta precisión. NE/SE5532 Este dispositivo está diseñado a partir de dos amplificadores operacionales con alta ganancia que se colocan de manera opuesta para presentar compensación en los parámetros. También está pensado para que pueda operar en un rango amplio de voltajes de alimentación. Posee el bandwith (ancho de banda) más alto de todos los amplificadores que se han analizado. NE/SE5514 Este dispositivo se presenta como un amplificador operacional para aplicaciones con altas exigencias. Presenta una corriente de polarización bastante baja y unas corrientes y voltajes de offset con valores también bajos. La impedancia de entrada de este dispositivo es una de las más altas de todos

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los amplificadores que he analizado y por ello este dispositivo es apropiado cuando trabajemos con un elemento que disponga de una impedancia de salida muy elevada. NE/SE5230 Este amplificador operacional presenta una característica diferenciadora respecto al resto de amplificadores y que no está mostrada en la tabla, la cual consiste ven que está especialmente diseñado para trabajar con voltajes de alimentación muy bajos. De este modo este operacional se puede alimentar con ±18V o con ±1,5V. Otros amplificadores, con tensiones de alimentación tan bajas no pueden funcionar correctamente, por lo tanto este dispositivo es ideal cuando haya que utilizar un amplificador operacional en una placa en la cual se quiera utilizar un mismo voltaje (por ejemplo niveles TTL) para alimentar toda la circuitería. Sus parámetros son en general buenos presentando pequeños valores de offset a la entrada. NE/SE532 Este chip posee buenos parámetros, pero dos de ellos destacan sobre los demás. Es el amplificador con mayor rango de voltaje de entrada ±16 V y también es el que posee mayor límite en la corriente de salida. Este amplificador puede atacar cargas con un valor de corriente casi el doble a la de otros amplificadores. MAX430 Este amplificador presenta unos parámetros que le acercan a los de los amplificadores de instrumentación. Esta diseñado para presentar una alta precisión. Posee el valor de offset de entrada más bajo de todos los amplificadores y también los valores más altos de rechazo al modo común CMRR y al voltaje de alimentación PSRR. También cabe destacar que posee la impedancia de entrada más alta de todos los amplificadores, y me hace pensar que aunque el fabricante presenta este dispositivo como un amplificador operacional, su estructura tal vez esté compuesta por tres operacionales como los amplificadores de instrumentación. MXL1001 El fabricante presenta a este dispositivo como un amplificador operacional de precisión. Posee muy buenos parámetros y cabe destacar que es el dispositivo con uno de los mayores rangos de voltaje de entrada (±14 V). Me ha llamado la atención que en la documentación técnica de este sensor, el fabricante aporta una imagen ampliada del diseño PCB que posee el amplificador operacional internamente y señala sobre el dibujo los diferentes lugares desde donde surgen los pines hacia el exterior del chip. Todas las características de los circuitos que se han descrito, son importantes, puesto que, son las bases para la completa fundamentación de la tecnología de los circuitos amplificadores operacionales. Los cinco criterios básicos que describen al amplificador ideal son fundamentales, y a partir de estos se desarrollan los tres principales axiomas de la teoría de los amplificadores operacionales, los cuales son:

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1. La tensión de entrada diferencial es nula. 2. No existe flujo de corriente en ninguno de los terminales de entrada. 3. En bucle cerrado, la entrada (-) será regulada al potencial de entrada (+)

o de referencia. Estos tres axiomas se han descrito en todos los circuitos básicos y sus variaciones. En la configuración inversora, los conceptos de corriente de entrada nula, y de tensión de entrada diferencial cero, dan origen a los conceptos de nudo de suma y tierra virtual, donde la entrada inversora se mantiene por realimentación al mismo potencial que la entrada no inversora a masa. El funcionamiento esta solamente determinado por los componentes conectados externamente al amplificador.

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Ejercicio 4:Cuestionario

INSTRUCCIONES: Marca con una X la respuesta correcta. 1) Un diodo polarizado en directa funciona como un interruptor: Cerrado, sin dejar pasar así la corriente. Abierto, sin permitir el flujo de corriente. Cerrado, permitiendo el flujo de corriente. Abierto, permitiendo así el flujo de corriente 2) ¿Un diodo polarizado en inversa funciona como un interruptor? Cerrado, sin dejar pasar así la corriente. Abierto, sin permitir el flujo de corriente. Cerrado, permitiendo el flujo de corriente. Abierto, permitiendo así el flujo de corriente 3) ¿De cuantos diodos consta un rectificador de onda completa sin ser tipo puente? De dos. De uno. De cuatro. De seis. 4) ¿Qué parte del ciclo rectifica un rectificador de onda completa? El medio ciclo negativo. El ciclo completo. El medio ciclo positivo y la mitad del negativo. El medio ciclo positivo.