Taller del laboratorio No. 3 DIODO ZENER Y AMPLIFICADOR OPERACIONAL

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Taller del laboratorio No. 3[pic 2]

DIODO ZENER Y AMPLIFICADOR OPERACIONAL

En esta guía se estudiará el diodo Zener como regulador de tensión, así como la aplicación de circuitos integrados con amplificadores operacionales.

1. Objetivos

1. Objetivo general

Determinar las características I vs.V del diodo Zener, estudiar su aplicación en fuentes reguladas y analizar y diseñar circuitos con amplificadores operacionales en configuraciones básicas.

1. Objetivos específicos

Comprobar de forma experimental el modelo característico del diodo Zener.

Diseñar fuentes de tensión constante bajo condiciones variables en la señal de entrada o en la carga.[pic 3]

Estudiar el funcionamiento de amplificadores operacionales en configuración de Inversor, No-Inversor y SumadorRestador.

1. Equipos e instrumentos requeridos

Componente de simulación.

Diodos Zener 1N4733, 1N4738.[pic 4]

Modelos spice de los integrados LM348, LM741 o LF353.

1. Desarrollo de la práctica

A lo largo de esta guía se describen las actividades sugeridas para realizar previo a la ejecución de las simulaciones y experimentos solicitados. Es importante que tenga en cuenta que este taller está pensado para desarrollarse en dos semanas de clase, por lo que usted necesitará administrar el tiempo de una manera adecuada, incluyendo la presentación de avance en el documento para la primera semana de desarrollo.

1. Previo a la ejecución de las simulaciones y montaje

Consulte las hojas de datos de los diodos Zener requeridos.

Verifique las aplicaciones de los diodos Zener y la polarización correcta de los dispositivos.[pic 5]

Consulte las tensiones máximas y mínimas para la polarización de los amplificadores operacionales seleccionados.

Consulte los principios de funcionamiento del amplificador operacional.[pic 6]

Consulte el concepto de ancho de banda

1. Cálculos previos a la simulación

[pic 7] Consulte el modelo spice del diodo Zener 1N4738 y úselo dentro del circuito de la Figura 1 . Asumiendo que V1 = VZ +10V , calcule el valor de R2 de tal manera que cuando R1 = 0Ω la corriente en el diodo cumpla

Iz < Izmax; y el valor de R1 de tal manera que cuando R1 = R1max la corriente en el diodo cumpla Iz ≈ Izmin. Es importante que además de ejecutar el cálculo solicitado, estime los cambios debidos al ajustar los valores de las resistencias a valores comerciales (especifique también valores de potencia).

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Figura 1: Circuito de caracterización de un diodo Zener.

[pic 9] En el circuito de la Figura 2, use la referencia 1N4733 para el diodo Zener (D1) y calcule el valor de R1 de tal manera que no se exceda la potencia máxima del diodo Zener (Z1) y que la tensión en la carga sea la indicada por el fabricante, teniendo en cuenta una variación en la fuente V1 con valores en el rango 5−12 V . Es importante que se incluyan cálculos de la potencia disipada por las resistencias en orden de acercarse a las posibles limitantes que se encontrarían en la ejecución en laboratorio. Además, para este ejercicio debe usar únicamente valores comerciales de resistencias y potencias de los mismos, razón por la cual debe sustentar la elección final hecha de dichos valores.

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Figura 2: Circuito de fuente regulada por diodo Zener.

[pic 11] Busque en las páginas de los fabricantes de integrados con amplificadores operacionales los modelos Spice de las referencias sugeridas. Seleccione el valor de las resistencias del circuito mostrado en la Figura 3 para obtener una salida de 12 Vpk cuando la señal de entrada es una sinusoidal de 3 Vpk y frecuencia 1kHz. Aplique una tensión de polarización VCC adecuada teniendo en cuenta el valor máximo indicado en la hoja de datos y el requerimiento de amplitud máxima de la señal a la salida.

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Figura 3: Amplificador No-Inversor

[pic 13] Seleccione el valor de las resistencias del circuito mostrado en la Figura 4 para obtener una salida de 2 Vp−p cuando la señal de entrada es una sinusoidal de 1Vp−p y frecuencia 1kHz. Aplique una tensión de polarización VCC adecuada teniendo en cuenta el valor máximo indicado en la hoja de datos.

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Figura 4: Amplificador Inversor

[pic 15] Diseñe un sumador-restador que permita obtener una tensión de salida de 2,5 Vp en el circuito de la Figura 5 cuando Vin1 es una señal cuadrada de 2 Vp−p a 10kHz y Vin2 es una señal cuadrada de 3 Vp−p a 10kHz. Aplique una tensión de polarización VCC adecuada teniendo en cuenta el valor máximo indicado en la hoja de datos. Verifique la función de transferencia.

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Figura 5: Amplificador Sumador Inversor

1. Simulación

1. Diodos zener

[pic 17] Simule el circuito mostrados en la Figura 1 y compruebe los cálculos realizados previamente, centrándose en la verificación del cumplimiento de lo valores extremos para la corriente a través del diodo Zener Iz. ¿Estos valores se vieron afectados por la selección de valores comerciales?. Discuta lo encontrado.

[pic 18] A partir del mismo circuito de la Figura 1, obtenga en el simulador una curva que muestre la dependencia del valor de la corriente en el diodo (Iz) con respecto a las variaciones de la resistencia R1 (debe evidenciar la respuesta al variar R1 desde 0Ω hasta un valor máximo establecido por usted). ¿Qué puede inferir a través de esta gráfica?, ¿Qué otras variables se pueden relacionar con esta curva?.

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