INSTITUTO TECNOLOGICO DE COSTA RICA II SEMESTRE 2005 ESCUELA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA EL-2107 LABORATORIO EN CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA Profesor: Ing. Marvin Hernández C. Laboratorio 4 Divisor de tensión con carga 1. Objetivo Describir a partir de mediciones, el funcionamiento del divisor de tensión en vacío y con carga para diferentes tensiones de salida. 2. Cuestionario introductorio El divisor de tensión es un circuito de múltiples aplicaciones en electrónica. Consiste de una red serie de elementos pasivos (resistencias, condensadores o bobinas) cuya función es tomar una muestra de la tensión de entrada Vo y atenuarla a la salida, tal que VL siempre será menor que Vo. La tensión de salida VL puede utilizarse para poner un voltaje de referencia en un amplificador comparador por ejemplo. En general, VL servirá para alimentar otras etapas del circuito en el cual este dispositivo está insertado. Cualquiera que sea la aplicación, siempre se va a tener una resistencia de carga RL conectada en paralelo a R2 como lo muestra la figura 1. Si la resistencia de carga RL está desconectada, se dice que la salida está en vacío, lo cual significa que RL = . Si, por el contrario, la salida se encuentra cortocircuitada, RL = 0, entonces se dice que la salida está en corto. Note que una salida en corto implica que la tensión de salida es nula, es decir VL = 0 V y la corriente entregada en ese caso será máxima, Ilmáx. 2.1 A partir de la figura 1, deduzca una expresión matemática para la tensión de salida en vacío, en función de los valores de las resistencias del divisor, esto es VL = f(R1, R2, Vo). 2.2 Llámese a la relación VL/Vo = k y exprésela como k = f(R1, R2). 2.3 Ahora obtenga una relación semejante, en el caso en que el circuito se encuentre cargado, esto es, con la resistencia RL conectada en paralelo a R2, como se muestra en la figura 1. Encuentre VL/Vo = f(R1, R2, RL). 2.4 Si se denomina p = RL/R2 , demuestre que: VL p k Vo 1 k p 2.5 Con las expresiones de k y de p, llene la última fila y la última columna de la Tabla 1 del instructivo a partir de los valores ahí indicados. 2.6 Con una tensión de alimentación de Vo = 10 V, use la fórmula dada en el punto 2.4 para calcular todos los valores teóricos de los voltajes de salida VL de la tabla. Copie la Tabla 1 y llénela con los valores teóricos. 1 3. Equipo de medición 1 Fuente de corriente continua 1 Multímetro digital Potenciómetros de 100 K, 10 K , 1K Placa universal, cables y puentes 4. Circuito de medición. R1+R2 corresponde al potenciómetro de 1 K en todo el experimento. I1 R1 + Vo - IL --R2 + I2 RL + V VL _ - Figura 1 Divisor de voltaje 5. Procedimiento 5.1 Ajuste el voltaje Vo = 10 V. Este valor no se cambiará en el resto del experimento. A continuación siga las instrucciones cuidadosamente paso a paso. 5.2 Monte el circuito de la figura 1. Para ello ajuste primero la resistencia R 2 del potenciómetro, según el valor indicado en la fila superior de la tabla 1, seguidamente, conecte R2 al circuito. NO conecte todavía la resistencia de carga RL. 5.3 Mida la tensión VL en vacío (sin carga o sea RL = ) 5.4 Ajuste en otro potenciómetro el primer valor de la resistencia de carga RL = 20 K indicado en la tabla 1. 2 5.5 Conecte RL en paralelo con R2 y mida la tensión VL de salida. Anote su valor en el espacio reservado para este efecto en la primera columna de la tabla 1. 5.6 Retire el potenciómetro RL del circuito y reajuste su valor al siguiente indicado en la tabla 1 (misma columna RL = 0.4 K ). Conéctelo de nuevo y mida su tensión. Cuide NO invertir el potenciómetro. Proceda así para los restantes valores de RL de esa columna. 5.7 Repita este procedimiento para las siguientes columnas, reajustando al inicio R2. NOTA: Las mediciones de resistencia deben llevarse a cabo fuera del circuito de medición. TABLA 1 Valores de voltaje de salida VL, voltios R2 (K) RL (K) VL (V) RL (K) VL (V) RL (K) VL (V) RL (K) VL (V) k 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 20 40 60 80 100 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 p 6. EVALUACION: 6.1 A partir de los resultados experimentales, grafique la relación VL / Vo versus k para cada caso en el mismo sistema de ejes coordenados. Trace una curva que pase por los puntos cuyo parámetro p es el mismo. Identifique cada curva con el parámetro p correspondiente. Realice el gráfico lo más grande posible, recuerde que k = VL / Vo y p = RL /R2 . 6.2 ¿Cómo afecta la magnitud de la carga RL al voltaje de salida VL respecto al voltaje medido en vacío, es decir, sin carga, para un valor de R 2 constante. 6.3 Calcule como verificación, VL / Vo para p = 2 cuando k = 0.5. Ubique este punto en el gráfico del punto 5.2 y márquelo en forma explícita. ¿Debería quedar dicho punto en alguna de las curvas trazadas por Ud.? 3 6.4 Los divisores de tensión se usan ampliamente entre otras aplicaciones, para poner voltajes de referencia en amplificadores. Como regla de cálculo se utiliza el siguiente criterio; la corriente por la carga R L, IL debe ser apenas una décima parte de la corriente que pasa por la resistencia R2 a fin de no cargar mucho el divisor. Dimensione Ud. ahora el siguiente divisor de tensión. Diseño: El divisor de voltaje de la figura 2, debe suplir una tensión de 1.6 V entre los puntos AB del amplificador mostrado, la corriente de entrada al transistor IL será de 30 A. Si la fuente de alimentación Vo = 12 V, dimensione los valores de las resistencias R1 y R2. Obtenga además las potencias que consumirá cada una. Calcule los valores en el siquiente orden: RL , I2 , R2 , I1 , VR1, R1. I1 R1 RC IL = 30μA + Vo = 12 V Transistor A I2 R2 + 1.6 V - RE B Figura 2 Etapa de polarización de un amplificador con transistor 4