ITESM, Campus Monterrey

Depto. de Ingeniería Eléctrica

Laboratorio de Electrónica Industrial

Práctica 1 Instrumentación y Circuitos Temporizadores Objetivos Particulares •

Conocer las características, principio de funcionamiento y aplicaciones de los circuitos temporizadores.

•

Conocer las características, funcionamiento y uso de los instrumentos del laboratorio como son el generador de funciones y el osciloscopio en diferentes mediciones.

•

Diseñar circuitos temporizadores tipo “One Shot” con el 74123

Introducción Instrumentación electrónica es la parte de la electrónica, principalmente analógica, que se encarga del diseño y manejo de los aparatos electrónicos, sobre todo para su uso en mediciones. La instrumentación electrónica se aplica en la transducción y procesamiento de la información proveniente de variables físicas y químicas, a partir de las cuales realiza el monitoreo y control de procesos, empleando dispositivos y tecnologías electrónicas. Una parte de la instrumentación es, como su nombre indica, el estudio de los instrumentos electrónicos. Éstos pueden ser parte del sistema que realizará la medición o ser el propio sistema. Algunos instrumentos son el multímetro, el osciloscopio, sondas, etc. Otros equipos no están directamente diseñados para las mediciones, como las fuentes de alimentación. Un circuito temporizador es un controlador muy estable capaz de producir retardos precisos en tiempo u oscilaciones. Las aplicaciones como osciladores, generadores de pulso, generadores de rampa u onda cuadrada, multivibradores de un disparo y alarmas contra robo, requieren de un circuito capaz de producir intervalos de tiempo medido, como lo realiza un temporizador. Un tipo de temporizador muy común es el “One Shot” en cual es posible realizar con el TTL 74123.

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Práctica 1

Circuitos Temporizadores

Pre-reporte 1.1

Obtenga las hojas de datos del fabricante del circuito integrado 74123. Presente brevemente los aspectos más importantes como el pin-out, rangos de operación, etc. Para esta práctica no olvides imprimir el procedimiento.

1.2

Investigar y definir las siguientes características del temporizador 74123. • • • • •

Voltaje mínimo a la salida en estado alto. Voltaje máximo a la salida en estado bajo. Voltaje máximo de alimentación. Corriente máxima demandada de la fuente. Corriente máxima a la salida.

1.3

Describa brevemente como opera el 74123 y realice un diagrama interno de éste circuito integrado.

2.1

Diseñe un oscilador monoestable utilizando el temporizador 74123, mostrando los cálculos realizados, para cada uno de los siguientes tiempos de duración del pulso: • •

1 mseg. 25 mseg.

2.2

Dibuje un diagrama eléctrico que muestre todas las conexiones y los valores de los componentes de su diseño.

3.1

Defina cómo calcular, de una señal periódica, el voltaje efectivo VRMS, el voltaje promedio o de corriente directa VCD y el voltaje efectivo de la componente de alterna VCA.

3.2 Defina para las formas de onda triangular, cuadrada y senoidal, como las que se muestran en el punto 1.1 del procedimiento de la práctica, cómo calcular VRMS, VCD y VCA para cada tipo de onda. 3.3 A continuación enuncie el teorema de Fourier, explique qué es un espectro de frecuencias y defina que es la distorsión armónica total o THD (Total Harmonic Distortion). 4.1

Dibuje una representación física donde muestre la identificación de terminales de los dispositivos semiconductores empleados en el diseño de su circuito, con el fin de facilitar la implementación del mismo. Esta información es obtenida de las hojas de especificaciones del fabricante de los dispositivos. Considere en su diseño valores comerciales disponibles para los componentes utilizados.

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Práctica 1

Circuitos Temporizadores

Procedimiento 1.1

En el generador de funciones que tiene disponible en el laboratorio, realice los ajustes necesarios en los controles para obtener las siguientes formas de onda en el Osciloscopio. Obtenga los parámetros requeridos tomando en cuenta las escalas de voltaje y de tiempo que se muestran en las figuras. Observe que el generador de funciones tiene dos salidas, Output y Output TTL. Para cada una de las formas de onda generadas realice lo siguiente:

Una triangular:

Output TTL

Una cuadrada:

Output TTL

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Práctica 1

Circuitos Temporizadores

Una senoidal:

Output TTL

1.2

Analice en el osciloscopio la salida Output del generador de funciones.

1.3

Ajuste el osciloscopio para que tenga la misma escala de voltaje y de tiempo que las figuras.

1.4

Utilice las funciones de sincronización y disparo (Trigger) del osciloscopio para mostrar las formas de onda en el osciloscopio estáticas y con la misma fase que en las figuras.

1.5

Observe ahora en el osciloscopio la salida Output TTL del generador de funciones.

1.6

Registre la forma de onda observada a la salida Output TTL del generador de funciones.

1.7

Especifique claramente cuáles son las similitudes y cuáles son las diferencias entre las dos salidas del generador de funciones.

2.1

Para la forma de onda senoidal antes construida realice las siguientes mediciones.

2.2

Realice en el osciloscopio las mediciones de periodo, frecuencia, valor máximo, valor mínimo y valor de pico a pico de las formas de onda.

2.3

Obtenga en el osciloscopio las mediciones del voltaje efectivo total de la señal (VRMS), la componente de CD o voltaje promedio (VCD) y calcule el valor efectivo de la componente de alterna (VCA).

3.1

Implemente el circuito diseñado en el inciso 2.1 de su pre-reporte.

3.2

Para el circuito implementado, utilizando el equipo de medición adecuado, mida el voltaje de salida y la duración del pulso de tal manera que coincida con el diseño requerido. Para probar su circuito utilice como entrada el generador de funciones.

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Práctica 1

Circuitos Temporizadores

4.1

Ajuste el circuito implementado para tener a la salida una señal con una frecuencia de 1KHz. Observe ahora en el osciloscopio el espectro de frecuencias para esta señal y realice las siguientes mediciones:

4.2

Mida la magnitud de la fundamental y de las primeras 3 armónicas para obtener los primeros 3 coeficientes de la serie de Fourier de la señal.

4.3

Calcule la distorsión armónica total (THD) de la señal anterior. Recuerde que al medir el espectro de frecuencias en el osciloscopio la magnitud de la fundamental está en decibeles y debe convertirse a voltaje para el cálculo del THD.

4.4

Determine la armónica de menor orden (LOH), que será la armónica con frecuencia más cercana a la fundamental y que supere o sea igual al 3% de la fundamental.

Reporte Para esta práctica no es necesario entregar un reporte. Solo basta con llevar el pre-reporte a la sesión del laboratorio.

Listado de Componentes • • • •

Temporizador 74123 Resistencias según diseño Capacitores según diseño Potenciómetro según diseño

Bibliografía. Muhammad H. Rashid. Electrónica de Potencia: Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones, Prentice Hall, 2ª. Edición, 1995. Sergio Franco Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits, McGraw-Hill , 3ª Edición, 2002.

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