análisis paramétrico de componentes

Capítulo 7.
Página1
Estudio de componentes electrónicos
7
ANÁLISIS PARAMÉTRICO DE
COMPONENTES
1. ASPECTOS
TEÓRICOS
COMPONENTES (2)
DE
LA
MEDIDA
1.1 Generalidades (2)
1.2 Valores verdaderos, efectivos e indicados (2)
1.3 Factores que afectan a las medidas (2)
1.4 Resistencias (3)
1.5 Condensadores (6)
1.6 Deducción de los factores D y Q en bobinas (20)
1.7 Deducción de los factores D y Q en condensadores (20)
1.8 Relaciones entre Ls y Lp y entre Rs y Rp (21)
1.9 Relaciones entre Cs y Cp y entre Rs y Rp (24)
1.10 Relaciones entre elementos serie y paralelo (27)
1.11 Mediciones de los parámetros de un condensador (28)
1.12 Medida de los parámetros de un cristal (29)
2. EL ANALIZADOR DE IMPEDANCIAS HP 4194A (31)
2.1 Características del HP 4194A (31)
2.2 Controles del HP 4194A (32)
3. EVALUACION DE CIRCUITOS EQUIVALENTES (36)
3.1 Evaluación con circuitos eqivalentes de 2 elementos (36)
3.2 Evaluación con circuitos equivalentes de 3 elementos (37)
3.3 Cuadro resumen de circuitos equivalentes (38)
4. EJEMPLOS DE PROCESOS DE MEDIDA (39)
4.1
4.2
4.3
4.4
Evaluación de condensadores (39)
Evaluación de bobinas (39)
Evaluación de cristales (41)
Evaluación de cables (42)
5. MEDIDAS DE GANANCIA / FASE (43)
5.1 Análisis paramétrico de filtros (43)
5.2 Evaluación de amplificadores (48)
5.3 Compresión de ganancia (50)
6. OBTENCIÓN DE GRAFICAS IMPRESAS (50)
7. APÉNDICE : MENUS (51)
DE
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página2
1. ASPECTOS TEÓRICOS EN LA MEDIDA DE
COMPONENTES.
1.1.- GENERALIDADES
Un componente real (resistencia, condensador, inductancia) no es una pura
resistencia o reactancia, sino que todo componente es una combinación de resistencia,
capacidad e inductancia.
En general la Impedancia (Z) la podemos definir como: la oposición que un
componente o circuito, ofrece al paso de la corriente a una determinada frecuencia. La
impedancia (Z) contiene una parte real (R) y una parte imaginaria (X), y por tanto se puede
representar en coordenadas rectangulares (R±jX) o en forma polar: |Z| Φ
1.2.- VALORES VERDADEROS, EFECTIVOS E INDICADOS
En todo componente podemos considerar tres conceptos o formas de expresar su
valor, que hay que tener en cuenta cuando se realiza una medida.
a)
Valor verdadero: es el valor de un circuito o componente (resistor, inductor,
condensador) que excluye los efectos de sus componentes parásitos. En muchos casos, el
verdadero valor viene expresado por una relación matemática, que tiene en cuenta la
composición física ideal de los componentes. En el mundo real, el valor verdadero sólo tiene
un interés académico.
b)
Valor efectivo: tiene en cuenta los efectos de las componentes parásitas. Es
la resultante algebraica de los vectores reales e imaginarios; por tanto depende de la
frecuencia.
c)
Valor indicado: Es el valor que nos indica un instrumento, que puede
diferir del que nos indica otro, pues dependerá de la mayor o menor precisión de cada
instrumento. Todos los valores indicados tienen diferencias ,comparados con los valores
efectivos. Las diferencias pueden tener diversas causas. Cuanto más se aproxime el valor
indicado al valor efectivo tanto mejor será la medida.
Con la medida efectuada mediante un instrumento intentamos aproximarnos al
valor efectivo, que es el que importa en la práctica, sin que lleguemos a conocerlo
exactamente, pues, no hay ningún instrumento perfecto. De aquí la necesidad de dar los
límites entre los cuales está comprendido el valor medido.
1.3.- FACTORES QUE AFECTAN A LAS MEDIDAS
El valor medido o indicado puede venir afectado por las condiciones en que se hace la
medida.
Ejemplo: La medida de la capacidad de un diodo varicap (= diodo cuya capacidad
varia con la tensión) vendrá afectado.
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página3
1- por la tensión de polarización de continua
2- por el nivel de alterna con que se realice la medida
3- por la temperatura a que se realice la medida
Como puede suponerse cada uno de estos factores no tienen la misma importancia. Se pueden
clasificar en 1er, 2º y 3er orden según su influencia.
1.4.- RESISTENCIAS
1.4.1.- DEFINICIÓN
La definición más comúnmente aceptada es: Resistencia es la propiedad de un
conductor que determina la corriente que circula, para una diferencia de
potencial aplicada entre sus extremos.
La unidad absoluta es el "ohm", que es la resistencia que presenta un circuito que al
aplicarle 1 voltio deja pasar 1 amperio.
1.4.2.- FACTORES QUE AFECTAN A LA RESISTENCIA
La resistencia de los conductores depende de muchos factores, tales como:
Material
Dimensiones
Impurezas
Temperatura
Frecuencia
En algunos casos, como en los semiconductores, influyen también la iluminación, la
diferencia de potencial aplicada, los campos magnéticos o la presión.
1.4.3.- VALOR VERDADERO, EFECTIVO E INDICADO DE UN
RESISTOR
Todo resistor real además de resistencia presenta reactancia.
Valor verdadero (True) es la resistencia que presenta a la corriente continua.
El valor efectivo tiene en cuenta la componente reactiva y depende de la frecuencia.
El valor indicado es el que marca el aparato y depende de su precisión.
1.4.4.- TIPOS MÁS IMPORTANTES DE RESISTENCIAS
La construcción de resistencias puede hacerse a partir de muy diversos materiales y
tecnologías. Las resistencias más usadas son:
a)
b)
c)
Las de película de carbón.
Las bobinadas, hechas con diversos metales o aleaciones.
Las de película metálica, formadas por metales u óxidos.
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página4
1.4.5.- RESISTORES DE PELÍCULA DE CARBÓN
Los resistores de película de carbón son los más usados por su bajo coste. Están formados
por una película de carbón o grafito y resina, depositado sobre un cilindro de cerámica o
cristal.
Ilustr. 1
La resistencia varía con la frecuencia. En las resistencias bobinadas puede aumentar
la resistencia debido a que la corriente tiende a pasar por la superficie; (efecto pelicular)
pero también puede disminuir la impedancia. Este efecto es debido a la capacidad
distribuida. El circuito equivalente sería el de la Ilustr. 1.
Posteriormente se comprobarán las variaciones de la resistencia equivalente de
varios resistores en función de la frecuencia. Mediante el circuito equivalente se hallará la
componente reactiva.
1.4.6.- RESISTORES BOBINADOS
Los resistores bobinados los podemos dividir en dos grandes grupos.
a)
b)
c)
Los de uso general.
Los de precisión.
Estos utilizan dos técnicas algo diferentes para minimizar la inductancia del
bobinado.
Una consiste en dividir el bobinado en secciones, las cuales van alternando el sentido
del bobinado.
Ilustr. 2
La otra, consiste en disponer el bobinado en distintas capas, las cuales van
cambiando el sentido del bobinado. Los resistores bobinados de propósito general, al
estar bobinados en un sólo sentido, presentan una inductancia serie importante. El circuito
equivalente sería el mostrado en la Ilustr 2
Para un mismo tipo de material, al aumentar la resistencia, aumenta también la
inductancia ya que requiere más espiras.
Con respecto a la frecuencia, tenemos que la resistencia aumenta al aumentar la
frecuencia debido al efecto peculiar, pero en algunos casos, el aumento de la resistencia
equivalente puede quedar contrarrestada por la capacidad parásita (Co).
Capítulo 7.
Práctica:
Estudio de componentes electrónicos
Página5
Posteriormente se medirán distintos tipos de resistores bobinados de algunos
ohmios, algunos centenares de ohmios y de KΩ.
Se comprobará:
a) Cómo varía la R con la frecuencia.
b) Como varia la XL con la frecuencia
c) Se Hallará el circuito equivalente.
1.4.7.- RESISTORES DE PELÍCULA METÁLICA (METAL FILM)
Los resistores de carbón y los bobinados no pueden, hoy día, satisfacer todas las
necesidades del mercado.
Los resistores de película metálica, por su pequeño coeficiente de temperatura
(típicamente de 0'005% ºC y su excelente respuesta a alta frecuencia, cumple con muchas de
las exigencias que pide el mercado. Su principal elemento parásito es la capacidad
distribuída, que es muy pequeña ( de 0'2 a 0'6 pF).
Práctica:
Posteriormente se medirán varios resistores de película metálica. Mediante
el circuito equivalente se hallarán los elementos parásitos para compáralos
con los similares de carbón o bobinados.
1.4.8 - DEDUCCIÓN DE LA RESISTENCIA EQUIVALENTE DE
UN RESISTOR
Circuito equivalente:
Como podemos comprobar en la parte real influye la frecuencia y la capacidad parásita.
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página6
1.4.9.- MEDIDA DE RESISTORES:
La medida de resistencias está basada en la ley de Ohm.
Si la medida se hace en continua, automáticamente se eliminan las componentes
reactivas. La ley de Ohm da el verdadero valor de R sólo si se utiliza una tensión continua.
Si utilizamos una señal alterna, lo que medimos es la "Resistencia Equivalente
Serie" (ESR), que como se puede ver en el apartado anterior, es algo menor que R por el
efecto de la capacidad parásita y la frecuencia
1.4.10.- MEDICIÓN DE RESISTORES MEDIANTE “4 HILOS”
Para medir resistencias pequeñas con precisión es esencial
utilizar la técnica de 4 hilos y un generador de corriente
constante. Esta técnica permite eliminar la resistencia de las
conexiones.
Un par de terminales llevan la corriente al DUT en serie con
un amperímetro. El otro par de terminales miden la caída de
tensión en los extremos mismos del DUT. El voltímetro es de
muy alta impedancia de modo que la corriente que pasa por él
es totalmente despreciable. Nuestro aparato utiliza la técnica
de 4 hilos.
Los factores secundarios que pueden afectar la medida son:
a)
La F.E.M generada por los termopares formados por los contactos entre los
terminales del DUT y los del aparato.
b)
La resistencia de los contactos por falta de limpieza o de presión.
c)
La precisión del instrumento.
1.5.- CONDENSADORES
1.5.1.- DEFINICIÓN
En esencia, un condensador consta de 2 placas metálicas separadas por un
material dieléctrico o aislante. Su capacidad viene definida como la relación entre la carga
almacenada y el voltaje aplicado.
C=
Q
V
Para 2 placas separadas por un dieléctrico, la capacidad viene dada por la siguiente
fórmula:
C = K Eο
A
d
donde: K es la constante dieléctrica relativa (referida al vacío) del material aislante entre
Capítulo 7.
las placas.
Estudio de componentes electrónicos
Eo =
A=
d=
Página7
es la permisibidad del vacío.
es la superficie enfrentada de las placas.
es la distancia entre placas.
Nota: El valor obtenido por esta fórmula sería la capacidad "verdadera" (En su cálculo no
intervienen los efectos parásitos de la inductancia)
1.5.2.- IMPORTANCIA DEL DIELÉCTRICO
El dieléctrico es el que "identifica" el condensador, no las placas. Los condensadores
se clasifican por su dieléctrico. La constante K depende del dieléctrico, que es el principal
responsable de la "calidad" del condensador (determina el factor de perdidas, D).
El dieléctrico es quien "almacena" la carga eléctrica debido a la polarización de las
moléculas o dipolos por el campo eléctrico.
La constante dieléctrica del "vacío" se toma como término de comparación o
referencia ( K=1 ), la del aire es prácticamente igual.
La constante K de cualquier otro dieléctrico se expresa por la relación entre la
capacidad de un condensador con dicho dieléctrico y su capacidad usando como dieléctrico
el vacío.
K=
C
Co
La constante dieléctrica (K) guarda la misma relación con las permeabilidades del material
y de vacío. Así
K=
E
Eo
La constante dieléctrica del material depende de la interacción entre el campo eléctrico
aplicado y los centros de las cargas localizadas (dipolos moleculares).
Las "pérdidas" en un dieléctrico ( D) dependen:
a) De la absorción del dieléctrico
b) De la resistencia de aislamiento
c) De la corriente de fugas
A continuación se indica la constante K de los materiales más usados en condensadores:
Material
Vacío
Aire (1 atmósfera)
Teflón
Polipropileno
Polietileno (Mylar)
Papel impregnado
Mica
K
1
1,00059
2
2,5
3
2a6
3 a 6,8
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Oxido de aluminio
Vidrio
Oxido de tantalio
Cerámica
Página8
7
4 a 9,5
10 a 25
20 a 12.000
1.5.3.- LA ABSORCIÓN DIELÉCTRICA
Si cortocircuitamos momentáneamente un condensador cargado, cuyo dieléctrico sea
sólido y lo dejamos abierto por unos instantes, podremos observar que se vuelve a cargar en
parte.
Esta carga resulta de un fenómeno complejo llamado absorción dieléctrica, o más
claramente " % de absorción dieléctrica".
La causa de este fenómeno, en parte, es debida a la resistencia serie que determina
una constante de tiempo (RC). Además, en el proceso de polarización, parte de la corriente
de carga es absorbida por los dipolos del dieléctrico.
Los efectos de la absorción dieléctrica, quedan englobados en el
pérdidas.
factor de
El efecto práctico es reducir la capacidad al aumentar la frecuencia y
producir un tiempo de retraso en los procesos de carga y descarga.
1.5.4.- ELEMENTOS PARÁSITOS DE UN CONDENSADOR Y
DEDUCCIÓN DE LA RESISTENCIA SERIE
EQUIVALENTE
Los elementos parásitos de un condensador estandar son:
- La Resistencia serie (R's)
- La Inductancia serie (Ls)
- La Resistencia paralelo (R'p)
Si hallamos la Impedancia (Z) del circuito equivalente, podemos ver los factores que
influyen en la parte real y en la imaginaria.
⎛ 1 ⎞
R′p
⎟⎟
R′p ⎜⎜
jω C
⎝ j ω C ⎠ = R′s + j ω L +
Z = R′s + j ω L +
1
j ω R′p C + 1
R′p +
jω C
jω C
⎡ jω L - ω 2 R p' L C + R p' ⎤
= Rs + j ω L +
= R 's + ⎢
⎥
1 + j ω R p' C
1 + j ω R′p C
⎣
⎦
'
R p'
⎡ 1 - j ω R p' C ⎤
⎢1 - j ω R ' C ⎥
∑p ⎦
⎣
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página9
j ω L + ω 2 R′p L C - ω 2 R′p L C + j ω 3 R p' 2 L C 2 + R′p - j ω R p′ 2 C
= R′s +
1 + ω 2 R p′ 2 C 2
'
s
=R +
R p'
1 + ω 2 R p′2 C 2
ω L - ω R p' 2 C + ω 3 R p′ 2 L C 2
+ j
1 + ω 2 R p′ 2 C 2
(----------- Parte real-------------------)
( ------------------------Parte imaginaria----------------------)
Vemos que la Resistencia Serie Equivalente (parte real) es mayor que la R serie
y que disminuye con la frecuencia.
También podemos observar que para bajas frecuencias la Ls es despreciable, así
como la R´p frente a la impedancia del condensador. En este caso quedaría un circuito RC.
En cambio para altas frecuencias la impedancia de Ls se hace grande y en cambio
la de Cs es despreciable. En este caso quedaría un circuito RL.
Vemos también, de acuerdo con la fórmula anterior, que la R.S.E: es mayor que la
resistencia serie R's.
El circuito equivalente de un condensador se puede
representar por una capacidad en serie con la resistencia
equivalente.
Lógicamente la inductancia queda englobada como resultante de C y de L.
Capacidad equivalente
Cuando en un condensador, existe además de la capacidad una inductancia; veamos
qué sucede con la reactancia y con la capacidad equivalente, (que es la que medimos con el
analizador).
En el circuito equivalente de la figura adjunta, vemos que al aumentar la frecuencia
la reactancia inductiva aumenta mientras que la capacitiva disminuye. Llega un momento
que son iguales, ( resonancia) para luego predominar la inductiva .
Podemos escribir que:
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página10
X c eq = X c + X L
1
j ω C eq
=
1
j ωc
+ j ω L=
1 − ω2 L C
j ωC
j ω C = j ω C eq - j ω 3 L C C eq
C = C eq - ω 2 L C C eq
C = C eq ( 1 - ω 2 L C )
Ceq=
C
1 - ω2 L C
Vemos que la Ceq es mayor que C y que aumenta con la frecuencia hasta llegar a la
resonancia
1.5.5.- TIPOS DE DIELÉCTRICOS
• Condensadores cerámicos
Los diferentes tipos de dieléctricos se identifican y clasifican según los coeficientes de
temperatura de los materiales de los que están hechos los condensadores.
Existen dos grupos básicos (Clase I y Clase II) que son los utilizados en la fabricación de
los condensadores cerámicos. Existe un tercer grupo (Clase III) que se identifica por tener
una fina capa de titanato de bario utilizado en la producción de condensadores cerámicos de
disco.
DIELÉCTRICO DE CLASE I
Este grupo identifica los dieléctricos lineares, los cuales muestran una relación lineal
entre la polarización y la tensión.
Estos materiales muestran las características más estables, debido a que son
formulaciones no ferro-eléctricas, basadas la mayoría en el TiO2 con constantes dieléctricas
por debajo de 150.
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página11
Normalmente existe un código de letras y números que definen los coeficientes de
temperatura correspondientes a los dieléctricos de clase I. Estas asociaciones están
definidas en el estándar 198 de la asociación de las industrias electrónicas (EIA):
Tolerancia
Multiplicador
Coeficiente
del
a aplicar a la
de
coeficiente de
Temperatura columna (a)
tempratura
(ppm/ºC)
(ppm/ºC)
C = 0.0
0 = -1.0
G = 30
M = 0.1
1 = -10
H = 60
P = 1.5
2 = -100
J = 120
R = 2.2
3 = -1000
K = 250
S = 3.3
4 = -10000
L = 500
T = 4.7
5 = +1
M = 1000
U = 7.5
6 = +10
N = 2500
7 = +100
8 = +1000
9 = +10000
El dieléctrico más común utilizado para los condensadores cerámicos de Clase I es el
C0G (coeficiente de temperatura: 0.0 ppm/ºC, Tolerancia coeficiente de temperatura:
±30ppm/ºC) que corresponde a la especificación MIL: N0P (negativo-positivo-cero).
DIELÉCTRICO DE CLASE II
Dentro de los dieléctricos de clase II están los ferro-eléctricos. Este tipo de
dieléctricos se caracterizan por tener una respuesta no lineal a la polarización o la carga
respecto a la tensión, debido a la estructura de cristal del material. Los condensadores
cerámicos ferro-eléctricos son aquellos que muestran un ciclo de histéresis de la polarización
debido al campo aplicado. La histéresis varía en función de la temperatura, como puede
observarse en la figura siguiente:
Los dieléctricos de este tipo ofrecen mayores constantes dieléctricas que los
dieléctricos de clase I, aunque poseen menor estabilidad en cuanto a temperatura, tensión,
frecuencia y tiempo.
Debido a la gran diversidad de propiedades de los condensadores cerámicos ferroeléctricos encontramos una sub-clasificación en 2 categorías, definidas por las
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página12
características de temperatura:
•
•
Medium-K: Los condensadores con una K media poseen una tolerancia
máxima de ±15% a una temperatura de referencia de 25ºC hasta un margen
de temperaturas de entre -55ºC hasta 125ºC. Estos materiales, generalmente,
tienen constantes dieléctricas que varían entre 600 y 4000. Entre estos tipos
encontramos el X7R.
High-K: En este caso los condensadores de K alta tienen unos coeficientes de
temperatura superiores a los de X7R. Por otra parte las constantes
dieléctricas pueden variar entre 4000 hasta 18000, con cambios en los
coeficientes de temperatura muy bruscos.
En la tabla que se muestra a continuación, podemos ver las descripciones dadas por
la EIA para dichos dieléctricos:
Límite inferior
de
Temperatura
X = -55ºC
Y = -30ºC
Z = +10ºC
Limite superior
de
Temperatura
2 = +45ºC
4 = +65ºC
5 = +85ºC
6 = +105ºC
7 = +125ºC
8 = +150ºC
Tolerancia
A = ±1.0%
B = ±1.5%
C = ±2.2%
D = ±3.3%
E = ±4.7%
F = ±7.5%
(especial)
P = ±10%
R = ±15%
S = ±22%
T = ±22% / -33%
U = ±22% / -56%
V = ±22% / -82%
Normalmente el más utilizado es el X7R (±15% de tolerancia desde -55ºC hasta
125ºC) correspondiente a los dieléctricos cerámicos de K media. Por otra parte dentro de los
dieléctricos de K alta se suele utilizar el Z5U (+22% de tolerancia, hasta un -56% para unas
temperaturas de entre 10 y 85ºC) y el Y5V (de +22% hasta -82% de tolerancia para unas
temperaturas de entre -30 y 85ºC)
De todas formas existe otro tipo de dieléctrico utilizado sobre todo en ámbitos
militares denominado BX. Este dieléctrico pertenece a la familia de K medias y tiene un
límite de temperatura de voltaje a parte de los límites vistos en la tabla anterior. El
dieléctrico BX está limitado a un cambio máximo de su capacidad de un ±15%, desde -55ºC
hasta 125ºC, y a un cambio máximo de +15%-25% aplicando la tensión de trabajo.
Básicamente las características del BX son similares a las del X7R con la condición añadida
de que el coeficiente de temperatura y de tensión (combinados) no deben superar el +15%25%. La gráfica que refleja su comportamiento es la siguiente:
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página13
Comparación:
C0G
(NP0)
X7R
Z5U
Y5V
Dieléctrico ultra-estable de condensadores cerámicos clase I, con una
dependencia insignificante de sus propiedades eléctricas con la temperatura,
frecuencia y tiempo.
Dieléctrico estable de condensadores cerámicos de clase II, con cambios en sus
propiedades con la temperatura, tensión, frecuencia y tiempo. Normalmente se
suelen utilizar para aplicaciones de bloqueo, acoplamiento, by-pass y
discriminaciones frecuenciales.
Dieléctrico de propósito general de condensadores cerámicos de clase II, con
una constante dieléctrica elevada y con grandes variaciones de sus
propiedades con los efectos de la temperatura y las condiciones de prueba.
Poseen una gran capacidad por unidad de volumen y por ello son aptos para el
uso en aplicaciones de acoplamiento, bypass, así como en aplicaciones de
filtrado, supresión de transitorios y aplicaciones de carga y almacenamiento.
• Condensadores de plástico
Dentro de los denominados condensadores de plástico, podemos encontrar diferentes
materiales dieléctricos:
ƒ T = Tereftalato de polietileno (PET)
ƒ P = Polipropileno (PP)
ƒ N = Naftalato de polietileno (PEN)
El Prefijo ‘M’ que se suele añadir en algunas identificaciones significa que el
dieléctrico tiene capas metalizadas.
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página14
1) Los dieléctricos MFP y MFT están construidos con una combinación de capas laminadas de metal y plástico metalizado.
MKT: Condensador metalizado de Tereftalato de polietileno.
MKP: Condensador metalizado de Polipropileno.
MKN: Condensador metalizado de Naftalato de polietileno.
Dependiendo del tipo de dieléctrico tendremos unas respuestas respecto a la
temperatura o a la frecuencia:
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página15
De todas maneras dependiendo del fabricante podemos encontrarnos otro tipo de iniciales:
BF: Capas metalizadas de poliéster (tereftalato de polietileno)
FKS ≡ MKT
FKP ≡ MKP
FKM ≡ MFP y MFT
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página16
Condensadores de Poliéster
Variación de la capacidad en función de la temperatura
Variación de la resistencia de aislamiento respecto a la temperatura.
Variación del factor de disipación en función de la frecuencia
Aplicaciones: Aplicaciones de desacoplamiento, acoplamiento y bloqueo.
Propiedades: - Buena relación precio-rendimiento.
- Buena relación capacidad-volumen.
- Sustituyen bien a los condensadores electrolíticos de baja calidad y a los de
tántalo.
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página17
Condensadores de Polipropileno
Variación de la capacidad en función de la temperatura
Variación de la resistencia de aislamiento respecto a la temperatura.
Variación del factor de disipación en función de la frecuencia
Aplicaciones: Sample & hold, circuitos aisladores, circuitos resonantes, Convertidores,
aplicaciones de audio...
Propiedades: - Factor de disipación bajo.
- Tolerancias alrededor de 1%.
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página18
Condensadores Metalizados
Variación de la capacidad en función de la temperatura
Variación de la resistencia de aislamiento respecto a la temperatura.
Variación del factor de disipación en función de la frecuencia
Aplicaciones: Filtros de TV y HiFi, aplicaciones industriales de potencia, iluminación…
Propiedades: - Margen de temperatura hasta 110ºC
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página19
• Condensadores de mica
Los condensadores de mica se caracterizan por tener una capacidad elevada en un
volumen relativamente pequeño, sin poner en compromiso el dieléctrico de mica en cuanto a
términos de alta eficiencia. Al mismo tiempo garantizan una tolerancia de un 1% (suele ser
la tolerancia estándar) y capacidades de entre 4 y 100000pF y combinan un factor de calidad
(Q) elevado junto con una elevada resistencia de aislamiento.
Se caracterizan por tener una estabilidad en tiempo, temperatura y tensión bastante
buena. Pero al igual que los condensadores de tántalo, no son aptos para circuitos de
protección, ya que actúan como un corto circuito frente a sobre tensiones.
Normalmente se utilizan en aplicaciones, tanto profesionales como militares, que
requieran una alta precisión como por ejemplo, osciladores, circuitos lógicos y de
transmisión…
• Condensadores de tántalo
Dentro de los condensadores de tántalo podemos encontrar dos tipos: Los condensadores
de tántalo húmedo y los condensadores de tántalo sólido.
Los condensadores de tántalo se caracterizan por soportar muy bien elevadas
temperaturas. Por tanto presentan mejor estabilidad en temperatura, tiempo y mecánica
(vibraciones y golpes). Por ello se suelen utilizar en aplicaciones mecánicas, como motores…
Por otra parte no soportan muy bien los transitorios de sobre tensión, ya que quedan en
corto circuito, por tanto mejor no usarlos en circuitos de protección.
Al igual que los condensadores electrolíticos, poseen polaridad.
El tipo de dieléctrico que se utiliza en estos casos es una película de óxido de tántalo
(Ta2O5). Gracias a su permitividad se pueden realizar condensadores sub-miniatura un 50%
más pequeños que los de aluminio grabado. Suelen utilizarse para aplicaciones de
desacoplo, filtrado y en circuitos transistorizados.
• Condensadores electrolíticos
Los condensadores electrolíticos se caracterizan también por tener una elevada
capacidad en volúmenes reducidos. Se consiguen valores realmente grandes para εr, y
reducidos para el espesor del dieléctrico, por lo que suelen se de una capacidad elevada.
También podemos dividir a los condensadores electrolíticos en dos tipos:
•
Condensadores electrolíticos de aluminio: El tipo de dieléctrico que suelen
utilizar es la alumina (Al2O3), que posee propiedades de semiconductor. Este tipo de
condensadores están polarizados, por lo que no es apto para el uso de corrientes
alternas. Normalmente este tipo de condensadores se utilizan en aplicaciones de
radio y TV, para aplicaciones de desacoplo y en filtros de enlace. De todas formas la
fiabilidad que aportan es relativamente débil bajo condiciones normales de
temperatura, tensión y humedad.
Capítulo 7.
Página20
Estudio de componentes electrónicos
A continuación podemos ver una clasificación de los diferentes tipos de condensadores
electrolíticos (para una empresa en concreto, AVX):
1.5.6.- COMPARACIÓN DE LOS DIFERENTES DIELÉCTRICOS
PET
(KT/MKT)
PEN
(MKN)
PP
(KP/MKP)
PPS
(MKI)
NPO
X7R
Tantalum
3.3
(positive as
temperatur
e rises)
3.0 (positive
as
temperature
rises)
2.2
(negative
as
temperatur
e rises)
3.0 (very
constant over
temperature
range)
12...40
700...2000
26
_
_
_
_
_
_
_
Dielectric
absorption
(%)
0.5
1
0.05...0.10
0.05
0.6
2.5
n.a.
C/C with
temperature
(%)
+/- 5
+/- 5
+/- 2.5
+/- 1.5
+/- 1
+/- 15
+/- 10
DC voltage
coefficient (%)
insig.
insig.
insig.
insig.
insig.
-20
insig.
C aging rate
(%/h dec.)
insig.
insig.
insig.
insig.
Insig.
2
n.a.
Dissipation factor
(%)
1 kHz
10 kHz
100 kHz
2.5
8
0.8
1.5
3.0
0.8
1.5
3.0
0.05
0.08
0.25
0.2
0.25
0.5
0.10
0.10
0.10
ESR
low
low
very low
very low
Low
moderate to
high
high
10,000
1,000
10,000
1,000
100,000
10,000
10,000
1,000
10,000
1,000
1,000
500
100
10
Capacitance
range from (pF) to
(µF)
>1000...>10
>1000...>10
>100...>10
>10000...>1
>1...>0.01
>100...>2.2
>10000...>100000
Capacitance
tolerance
(+/- %)
5/10/20
5/10/20
1/2.5/5/10
2.5/5/10/20
5/10
10/20
10/20
Self healing
yes
yes
yes
yes
No
no
no
Typical failure
mode at end of life
open
open
open
open
short
short
short
Reliability
high
high
high
high
High
moderate
low
Piezoelectric
effect
no
no
no
no
yes
yes
yes
Resistance to
thermal and
mechanical shock
high
high
high
high
moderate to
low
moderate to
low
high
Dielectric
constant
1 kHz/23°C
Operating
temperature
(°C)
IR (M
25 °C
85 °C
55/+105
55/+125
55/+100
55/+140
55/+125
55/+125
55/+125
x µF)
Capítulo 7.
Página21
Estudio de componentes electrónicos
Non-linear
distorsion
(3rd harmonic)
very low
very low
very low
very low
low
high
n.a.
Polarity
no
no
no
no
no
no
yes
1.6.- DEDUCCIONES DE LOS FACTORES “D” Y “Q”
EN BOBINAS
SERIE:
Ilustr. 15 Circuito equivalente serie
I _ X Ls ω L s
;
Q = Pr = 2
=
Rs
Pa
I _ Rs
2
D = Rs
ω Ls
Q=
ω Ls
Rs
PARALELO:
2
1 / ω Lp
V / X Lp
Rp
P
r
Q=
= 2
=
=
ω Lp
1 / Rp
V / Rp
Pa
D=
Q=
ωL p
Rp
Rp
ωL p
Ilustr. 16 Circuito equivalente paralelo
Capítulo 7.
Página22
Estudio de componentes electrónicos
1.7.- DEDUCCIÓN DE LOS FACTORES D Y Q EN
CONDENSADORES
PARALELO:
2
1
V / Rp
=
D = Pa = 2
V / 1 / ω Cp ω C p Rp
Pr
Q = ω Cp Rp
D=
1
ω C p Rp
Ilustr. 17 Circuito equivalente paralelo
SERIE:
Ilustr. 18 Circuito equivalente serie
D = Pa
Pr
=
2
I _ Rs = ω
C s Rs
1
2
_
I
ω Cs
Q=
1
D = ω C s Rs
ω C s Rs
Considerando que el Q o el D de un componente es una característica propia que no depende
de qué modelo se utilice para representarlo, se puede deducir las relaciones entre
Ls
↔
Lp
;
Rs
↔
Rp
Cp
↔
Cs
;
Rp
↔
Rs
Capítulo 7.
Página23
Estudio de componentes electrónicos
1.8.- RELACIONES ENTRE LS Y LP Y ENTRE RS Y RP
Sean los esquemas serie y paralelo:
Para el serie:
r r
Z = Rs + jωLs
Para el paralelo
Z=
(1)
j ω Lp ⋅ Rp
Rp + j ω Lp
Multiplicando por el conjugado
( j ω Lp ⋅ Rp ) ( Rp - j ω Lp ) j ω Lp Rp + ( ω Lp ) Rp
Z=
=
2
2
2
2
Rp + ( ω Lp )
Rp + ( ω Lp )
2
2
2
V / ω ⋅ Lp
Rp
P
r
=
Recordando el concepto de Q =
=
2
ω Lp
V / Rp
Pa
y dividiendo numerador y denominador de la anterior igualdad por ( ω L p ) nos queda
2
Z =
j ω L p ⋅ Q2 + R p R p + j ω L p Q2
=
2
2
1+Q
Q +1
igualando la (1) y la (2) queda
Rs + j ω Ls =
2
Rp + j ω Lp Q
1 + Q2
igualando las partes reales y las imaginarias tenemos
Rs =
Rp
1 + Q2
y
j ω Ls =
j ω L p Q2
1 + Q2
(2)
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
1
⎧
_ Rp ( 3 )
=
R
s
⎪
1 +Q2
⎪⎪
Luego⎨
⎪
2
⎪ Rp =( 1 + Q ) _ Rs ( 4 )
⎪⎩
Recordando que Q =
1
tendremos también
D
Página24
2
⎧
Q
_ Lp
(5)
=
⎪ Ls
2
1
+
Q
⎪⎪
⎨
⎪
2
⎪ L p = ( 1 + 2Q ) _ Ls ( 6 )
⎪⎩
Q
1
⎧
(7 )
⎪ Ls = 1 + 2 L p
D
⎪⎪
⎨
⎪ =( 1 + 2 ) _
D
Ls ( 8 )
⎪ Lp
⎩⎪
Vemos que cuanto mejor es el Q, esto es, D más pequeña, mayor es la
semejanza entre las Ls y Lp (menor importancia tiene el 1 frente a la Q2.
Por otra parte cuanto menor sea el Q, mayor parecido tendrán la Rs y la Rp
pero peor la Ls y la Lp.
En general las medidas se hallan para Ls y Cs a menos que se especifique lo
contrario, ya sea por el constructor o por el usuario.
Conocida la Rs y la Ls ó Cs se puede hallar la Rp y la Lp o Cp por las fórmulas que las
relacionan.
NOTA IMPORTANTE : Los analizadores de impedancias, miden únicamente la
impedancia Z y el ángulo φ de desfasaje entre la impedancia y la resistencia. Todos los
demás valores se obtienen por cálculo.
Ejemplo: sean los valores medidos por un analizador de impedancias Z=204 mΩ y ϕ= -32º a
una frecuencia de 10 MHz. Hallar Rs Xc , Cs , Q, D, Cp , Rp .
Soluciones :
Podemos observar que la R coincide con Rs o sea que utiliza el modelo serie.
Los valores paralelo los hallará a partir de las relaciones.
Representaremos los valores medidos en el gráfico adjunto. Hallaremos:
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página25
R s = R = Z cos ϕ = 204 cos 32º = 170 mΩ
X c = Z sin ϕ 204 sin 32º = 112 mΩ
Cs =
Q=
1
1
=
= 142 mΩ
2Π f X c 2Π x 10.106 x 112.10- 3
1
1
=
= 0,66
6
ϖC R 2 Π x 10.10 x 142.10- 9 x 170.10- 3
D=
C p = Cs
1
1
=
= 1,5
Q 0,66
1
1
= 142. 2
= 43
1,5 + 1
D +1
2
2
R p = Rs .
D + 1 = 245
2
D
Como práctica puedes hacer otro ejemplo en el que mides la Z y la φ y luego calculas
el resto. Terminas comprobando con el aparato si te dan los mismos valores que tu has
hallado.
1.9.- Relaciones entre Cs y Cp y entre Rs y Rp.
Para el caso de condensadores seguiremos el mismo proceso. Sean los esquemas
serie y paralelo:
Serie
Serie Z = R s +
1
j ω Cs
(1)
Capítulo 7.
Página26
Estudio de componentes electrónicos
Paralelo
Rp
Rp
jω Cp
jω Cp
Rp
=
=
Z =
1
j ω C p R p + 1 1+ j ω C p R p
Rp +
j ω Cp
jω Cp
Multiplicando por el conjugado:
Rp - j ω C p Rp
Z=
2
2
1 + ω2 C p Rp
2
Teniendo en cuenta que D =
1
y D2 =
ω C p Rp
1
2
ω C p Rp
2
Arreglamos la anterior dividiendo cada término por ω 2 C p
Rp
2
ω C p Rp
2
Z=
2
1
+
j ω Cp
1
2
ω2 C p Rp
2
Rp
2
D Rp +
=
+1
2
2
2
1
j ω Cp
D +1
2
(2)
Igualando (1) y (2) queda
Rs +
1
j ωC
2
D Rp +
1
j ω Cp
D +1
=
2
Igualando las partes reales (9) y (10):
D2 +1
Rp =
RS
D2
2
D Rp
Rs = 2
D +1
(9)
(10)
Vemos que cuanto más pequeñas son las pérdidas (menor D) Rs será muy
distinta de Rp
Igualando las partes imaginarias
1
j ω Cs
1
=
=
1
j ω Cp ( D2 + 1 )
1
2
C s = ( D + 1) C p
( 11 )
2
Cs Cp ( D + 1 )
Cp =
1
Cs
2
D +1
( 12 )
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página27
Vemos que cuanto más pequeñas son las pérdidas (menor D) más semejante
son la Cs y la Cp.
La resistencia equivalente serie es típicamente más grande que la resistencia
"óhmica" de los conductores y de la lámina que está físicamente en serie en el condensador.
La resistencia equivalente serie incluye también el efecto de las pérdidas del dieléctrico y
por tanto depende de la frecuencia (Ver pág. 8, el estudio de condensadores).
Por esto al aumentar la frecuencia, la Rs
equivalente disminuye, ya que las pérdidas a
través del condensador disminuyen pues en el
circuito equivalente (el adjunto) al aumentar la
frecuencia disminuye Xc y la corriente tiene un
mejor paso por C. (Ver pág.9).
La capacidad indicada Ci se aproxima tanto más a la capacidad efectiva Ce cuanto
más adecuado sea el circuito equivalente utilizado.
Para determinar cual es el modelo más adecuado de medida hay que
considerar las magnitudes relativas de la reactancia capacitiva Xc y de Rs y Rp.
Así para un condensador pequeño tendremos que
X c=
1
2 π fo C
Xc es grande, lo que supone Rp significativa frente a Xc.
En cambio Rs es despreciable frente a Xc. Luego el circuito general lo podemos
reducir a un circuito de sólo dos elementos como se muestra en las figuras siguientes.
Circuito general
Circuito despreciando Rs
Consecuentemente la medida se hará en paralelo por ser el circuito más semejante
a la realidad
Capítulo 7.
Página28
Estudio de componentes electrónicos
1.10.- RELACIONES ENTRE ELEMENTOS SERIE Y
PARALELO
Ilustr. 23 Circuitos serie y paralelo
Serie
En función
de paralelo
Rs =
Rp
1+ Q2
Q
1+ Q2
1+ Q2
Cs = C p
2
Q
2
Ls = L p
Rp
2
Q
≈Xp
≈
2
Xs= X p
Si
Q>10
Q
1+ Q2
≈ Cp
≈ Lp
Si
Q<0,1
≈ Rp
2
R p = R s (1+ Q )
≈ X p Q2
Cp
≈ 2
Q
≈ L p Q2
2
Q =
Paralelo
En función
de serie
X p= Xs
1+ Q2
2
Q
2
Q
C p = Cs
1+ Q2
L p = Ls
1+ Q2
2
Q
Cp 2
Ls
=
Rp
2
C s Rs L p
Rp Rp
wL 1
=
Q = Xs = s =
Rs = wCp Rp =
wLp Xp
Rs Rs wCs
Si
Q>10
≈ Rs Q
≈ Rs
≈ Xs
≈ Cs
≈ Ls
Si
Q<0,1
2
≈ X 2s
Q
≈ Cs Q
≈ L s2
Q
2
Capítulo 7.
Página29
Estudio de componentes electrónicos
1.11.- MEDICIONES DE LOS PARÁMETROS DE UN
CONDENSADOR
De un condensador mide la resistencia equivalente serie (Cs - Rs). De la comparación
de la resistencia con la reactancia del condensador (Xc) deduce si es más interesante dar los
valores del modelo paralelo Cp y Rp .
Si Rs es despreciable frente a Xc y Rp es comparable a Xc, convendrá medir la
capacidad Cp y dar la Resistencia paralelo (Rp). Esto sucede en condensadores pequeños, ya
que X c =
1
al ser C pequeña, Xc es grande y por tanto comparable con Rp, mientras Rs
ω C
es despreciable.
El circuito equivalente, cuando la capacidad sea pequeña, será:
Lo contrario sucede para condensadores grandes en que Xc es pequeña y la Rp lo
modifica poco, mientras que Rs es más comparable a Xc que en el caso anterior.
Para condensadores grandes (C elevada) el circuito equivalente sería
Nota: Cuanto más adecuado es el modelo más se aproximará la
Ver explicación de las equivalencias entre serie y paralelo.
medida al valor efectivo.
Como norma general, para una frecuencia de 1 KHz, diríamos que: Para valores
menores de 10 nF utilizar el circuito equivalente paralelo, esto es, medir la Cp y la
Rp.
Para valores mayores de 10 µF utilizar el circuito equivalente serie, medir
Cs y Rs.
Para valores entre 10 nF y 10 µF, las diferencias serán pequeñas y se podrá
utilizar uno u otro ó seguir las indicaciones del fabricante u otras normas.
Se puede seguir la misma norma para frecuencias mayores. Los siguientes esquemas
son aclaratorios de lo comentado.
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
1.10.1.MEDICIONES
CONDENSADORES
EN
DISTINTOS
Página30
TIPOS
DE
De los distintos tipos de condensadores:
a) de papel o poliestireno.
b) de policarbonato.
c) de Stiroflex
d) cerámicos cilíndricos y de placa.
1.-
Mide la Cs y Rs y Cp, Rp. Deduce que tipo de modelo es más correcto.
2.-
Comprueba en cada caso el factor de pérdidas (D)
3.-
Observa que en general, en el mismo tipo de condensador, cuando más
pequeño es el condensador, menor es el factor de pérdidas.
4.-
Compara los distintos tipos de condensadores para ver hasta que
frecuencia pueden trabajar, es decir a qué frecuencia pasan a ser
inductancias. Para ello es muy importante haber hecho las
compensaciones.
1.11.- MEDIDA
CRISTAL
DE
LOS
PARÁMETROS
El circuito equivalente de un cristal es el siguiente:
DE
UN
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página31
Presenta dos resonancias, una en serie y otra en paralelo. Para la resonancia en
serie tendremos una impedancia mínima, mientras que para la resonancia en paralelo será
máxima.
La gráfica de la impedancia y de la fase en función de la frecuencia, si se utiliza la
escala log., presentarán una forma como la siguiente:
El valor de frecuencia que da el fabricante, está comprendido entre los dos picos.
En esta práctica se trata de obtener una gráfica de la impedancia y del ángulo de
fase de un cristal, así como determinar con la máxima precisión posible los siguientes
parámetros del cristal:
Zs, Zp, Fs, Fp, Ca, R, Cb, L, y Q de los cuales se pueden medir directamente todos los
valores en el circuito equivalente excepto C1 y el Q
C1 = Ca + Cb.
El valor de Q será:
Q=
1
2π F s C1 R s
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página32
2.- ANALIZADOR DE IMPEDANCIAS “HP 194A”
El equipo que vamos a utilizar en esta práctica es un "Analizador de Impedancias
y de Ganancia-Fase" de la casa HP.
El HP 4194A presenta dos funciones de medida de componentes electrónicos y
circuitos. Es un analizador de alta definición que combina medidas gráficas y análisis de
parámetros lo que nos permite una gran variedad de aplicaciones. Entre ellas:
-
Evaluación de las características de impedancia, básico para el desarrollo de nuevos
materiales.
-
Medida de puntos programados para mediciones de alta velocidad, en la clasificación
de una línea de producción.
-
Evaluación y análisis de componentes y características para el diseño de circuitos
electrónicos fiables.
Este informe, mediante una explicación básica del uso y funcionamiento del aparato,
presenta ejemplos típicos de como el HP4194A se puede usar para el estudio y
desarrollo de componentes y diseño de circuitos.
2.1.- CARACTERÍSTICAS DEL 4194A
-
Velocidad en la evaluación mediante análisis gráfico y numérico en color.
-
Posibilidad de dos gráficos superpuestos para comparación
-
Cursores para elegir un punto del gráfico.
-
Una función de simulación de multiparámetros que automáticamente calcula
3 ó 4 elementos del circuito equivalente basándose en la mediada de
impedancias.
-
Una función que permite medir en unos puntos programados.
-
Otra función de pasa no pasa (Go/NoGo) basada en calcular los límites
inferior y superior.
-
Un programa (ASP) de autosecuencias.
-
Compensación automática de los errores producidos por los sistemas de
fijación y las conexiones tanto en la medida de impedancias como en las de
Ganancia y Fase. Puede hacerse en todos los puntos o bien por interpolación.
-
La posibilidad de hacer un volcado de la pantalla en una impresora o plotter.
-
Gran precisión y resolución en la evaluación de los componentes como puede
verse en el cuadro siguiente.
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página33
Indicamos a continuación un resumen de la precisión y resolución del HP 4192A.
Medida de impedancia
Margen
100 Hz a 40 MHz
Ganancia-Fase
Margen
10 Hz -100 MHz
Precisión
0,1 dB / 0,5º
Precisión
0,17%
Resolución
1 mΩ
Resolución
0,001 dB / 0,01º
Los menús y los softkeys proporcionan formas simples juntamente con funciones
abundantes:
El 4194A tiene 6 menús para medidas gráficas, análisis de parámetros, reproducción
y evaluación de tratamientos. Mediante la combinación de menús y sentencias se logra
simplificar las operaciones de evaluación de tratamiento y análisis. Además lleva un
conjunto de sentencias para el control de barridos en frecuencia.
Con la función ASP podemos llevar a cabo la detección de frecuencias resonantes en
resonadores y cabezales magnéticos, la definición de parámetros en filtros pasa banda,
gráficos de constantes secundarias en líneas de transmisión y otras operaciones que pueden
ser automáticamente realizadas.
Estos resultados se pueden sacar por plotter o impresora a través de un bus de 8
bits de I/O del 4194 o bien a través del HP-IB (Hewlett Packard Interface Bus). Mientras
sacamos resultados el 4194 quedará inoperante.
2.2.- CONTROLES
pág. 23
La numeración de estos controles viene en función de la numeración mostrada en la
1) PANTALLA:
Podemos distinguir en ella tres partes. La 1ª formada por las partes
superior e inferior, donde se visualizan los datos y donde existe un
cursor para introducir la información que deseemos incluir.
La 2ª constituida por la parte central donde se visualizan las gráficas
y la 3ª (margen derecho) donde aparecen los distintos parámetros que
podemos elegir pulsando las teclas softkeys.
2) SOFTKEYS:
Las teclas de menú y las teclas softkeys proporcionan una manera
sencilla de realizar las medidas.
Además hay teclas para seleccionar el inicio y final del barrido; o bien
seleccionar la frecuencia central y el ancho del barrido (teclas del
grupo 11).
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página34
Capítulo 7.
3)
Estudio de componentes electrónicos
Página35
MENÚ: En él distinguimos:
1 - FUNCTION: Nos permitirá seleccionar medidas de impedancia o
ganancia-fase. Para seleccionar los diferentes parámetros usaremos los
botones del grupo 2
2 - SWEEP: Nos permite seleccionar el tipo de barrido. También se opera a
través de 2). Si estamos midiendo impedancias podemos seleccionar FREQ,
DC BIAS ó OSC LEVEL, mientras que para medidas de ganancia/fase sólo
podemos variar FREQ ó OS. LEVEL. Para OS. LEVEL podemos escoger
V, dBm o dBV.
Cuando hacemos barridos, además de operar con 2, los ajustes de márgenes
se realizan con teclas de los grupos 11 y 13.
3 - COMPEN: Nos permite hacer la compensación de las conexiones. En los
ejemplos del informe se verá como llevar a cabo la compensación.
4 - DISPLAY: Nos permite presentar de formas distintas los resultados:
a)
En forma gráfica o en forma de tabla de valores.
b)
Gráficos de valores de A y B en función de la frecuencia.
c)
En forma rectangular A-B. Son los llamados diagramas circulares,
útiles para evaluar los componentes bajo distintas perspectivas: por
ejemplo para evaluar la variación del Q en los resonadores.
d)
Comparar dos gráficas superponiéndolas.
e)
Visualizar un sólo parámetro o los dos.
f)
Elegir el tipo de escala, lineal o logarítmica.
g)
Realizar escalados automáticos.
h)
Eliminar o no la rejilla.
i)
Situar el cursor en máximos o mínimos.
5 - MKR / L CURS: Al seleccionar MKR / L CURS aparecen una serie de
posibilidades, como son trabajar con un Marker, con dos Markers,... una
línea, línea y marker de referencia.
Al seleccionar una de estas teclas, se intensifica en verde. Si ahora pulsamos
"Menú" nos aparecerán las distintas posibilidades en otro submenú.
Al pulsar la tecla "Return" nos devuelve al 1er menú.
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página36
Notas:
1º)
El movimiento de los Markers siempre lo podemos hacer con el
mando Rotativo MARKER/LCURSOR.
2º)
Cuando trabajamos con impedancias se utilizan los marker
"o" y "*", y cuando trabajamos en "Ganancia/Fase" se utiliza un marker y la "línea"
6- MORE MENÚS. En éste se podrá encontrar:
-PROGRAM: Para introducir un programa (ASP) que luego el 4194
ejecutará.
-COPY: Para realizar copias (impresora, plotter...).
-SELF TEST: Se realiza un diagnóstico automático interno.
-EQU-CKT: Nos servirá para la simulación de circuitos y
aproximación de los mismos a través de la introducción de los
diferentes parámetros que lo componen.
-SET-PROG TABL: Parecido a PROGRAM pero sólo se introducirán
los puntos del barrido a estudiar. Lo hará con la función GO/NO GO.
4) SWEEP MODE Para seleccionar el modo de barrido ( manual, repetitivo, ...).
5) TRIGGER:
Nos indica si el barrido se produce por una señal interna o externa.
6) COPY:
El "copy" nos permite pasar lo que tenemos en la pantalla a la
impresora (ver la forma de hacerlo en la página 39).
7) INTEG TIME:
Indica las 3 velocidades de barrido. A menor velocidad más
resolución.
8) AVERAGING:
Para seleccionar el nº de promedios que hace antes de visualizar el
resultado.
9) MARKER/
L CURSOR:
10) EDIT:
Mueve el cursor por toda la pantalla.
Teclas que, conjuntamente con el grupo 11 y 13 nos permiten editar
programa.
11) PARAMETER: Pulsando una de estas teclas antes de una cantidad, nos permite
introducir los diferentes parámetros (frecuencia, nivel del oscilador...).
12) SAVE/GET:
Para guardar con figuraciones en memoria. Con save podemos
guardar hasta cinco configuraciones. Se ha de pulsar después de la
tecla save una memoria (0-4) y luego Enter. Para recuperarlas pulsar
GET el nº y ENTER.
13) ENTRY:
Teclado numérico.
14) ENTRY:
Para introducir las unidades (MHz, KHz, Hz, V, dBm, dBV).
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
15) INPUT
OUTPUT:
Página37
Para seleccionar el modo de salida del Generador (single o dual) y
condicionarla.
señal de entrada al analizador (Impedancia, atenuación)
16) IMPEDANCIA
Conexiones para la medida de impedancias
17) GANANCIA FASE
Conexión para la medida de Ganancia-Fase
3.- EVALUACIÓN DEL CIRCUITO
EQUIVALENTE
Los componentes (R, la C y la L) que se usan para describir los elementos de un
circuito ideal, sólo son validos para un rango de frecuencias limitado.
Para frecuencias más altas aparecen los efectos de los elementos parásitos, de los
cuales ya se habló al inicio de la práctica. Por tanto es posible que para frecuencias elevadas,
no sean aplicables los valores medidos a bajas frecuencias (1KHz).
Por este motivo, los diseñadores tienen que tener presente que el circuito equivalente
que utilicen sea válido para el margen de frecuencias a utilizar.
Para bajas frecuencias puede ser suficiente un circuito equivalente de dos elementos
(resistencia e inductancia o bien resistencia y capacidad).
Para mayores frecuencias se necesitará un circuito equivalente de 3 o más
elementos. Así en una bobina para bajas frecuencias bastará tener presente su inductancia
y su resistencia serie, mientras que para altas frecuencias se tendrá que valorar también la
capacidad entre espiras.
En la Ilustr. 30 se da un cuadro de los circuitos equivalentes de 3 elementos para
distintos componentes reales.
En el apartado 3.3 trataremos de los circuitos equivalentes de 3 elementos .
3.1.- EVALUACIÓN DE COMPONENTES CON
CIRCUITOS EQUIVALENTES DE 2 ELEMENTOS
.
Dentro de un margen limitado de frecuencias, las características del componente
se ajusta a dos parámetros ideales (una resistencia equivalente y una capacidad o inductancia equivalente).
Se podrían examinar los circuitos equivalentes serie y paralelo para cada componente.
En la Ilustr. 29 se muestran las características de impedancia y fase de una inductancia real. La línea seguida representa los valores medidos de Impedancia y fase. Las
líneas de puntos y rayas representan los valores calculados a partir del circuito
equivalente serie, (L,R).
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página38
Ilustr. 29
Las líneas de puntos representan los valores obtenidos a partir de un circuito equivalente paralelo (L,R)
Podemos notar que a bajas frecuencias el circuito equivalente serie tiene valores
muy próximos a los medidos mientras que el circuito equivalente
paralelo, no los tiene.
Ilustr.
23
PROCESO PARA EL ESTUDIO DE UN COMPONENTE COMO CIRCUITO
DE DOS ELEMENTOS (parte real y parte imaginaria)
Se conecta el componente a estudiar en los terminales de impedancia, 10 Hz a 40
MHz, y se siguen los pasos indicados a continuación.
Nota: Para más precisión se puede hacer aquí la compensación.
Hard Key
Soft Key
a.-
FUNCTION ⇒
IMPEDANCE
|Z|Θ
b.-
SWEEP
⇒
LOG SWEEP
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
⇒
c.-
DISPLAY
d.-
INTEG TIME ⇒
MED
Página39
MENÚ ⇒ AUTO SCALE A ⇒ MORE 1/3 ⇒ AUTO SCALE B
(Para promediar el ruído)
3.2.- EVALUACIÓN DE COMPONENTES CON CIRCUITOS EQUIVALENTES DE 3 ELEMENTOS
Para obtener las características de impedancia en un margen amplio de frecuencia
debemos usar circuitos equivalentes que tengan como mínimo 3 componentes. El 4194
también dispone de este tipo de circuitos tal y como se vio en el apartado 3.1.
Si queremos calcular los parámetros de un componente real usando un circuito
equivalente de tres elementos haremos, después de realizar los pasos expuestos en 3.1.
-
MORE MENÚS
⇒
EQV CKT
Seleccionamos uno de los circuitos A, B, C, D o E.
-
CAL EQV. PARA ⇒ MORE 1/2 ⇒ SIMULATE f CHAR
Los valores son independientes de la posición del cursor. La R que da es la que
tendría en la resonancia.
DISPLAY
SUPER-IMPOSE (El resultado de la simulación lo
superpone con línea más fina a los valores medidos,
para compararlos).
RECALL A ON/OFF (Permite activar y borrar la línea
fina)
RECALL B ON/OFF
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página40
3.3.- CUADRO RESUMEN DEL CIRCUITO EQ. DE 3
ELEMENTOS
Ilustr. 30 Guía de selección de los circuitos equivalentes.
- circuito A:
Para bobinas con altas pérdidas en el núcleo. En este tipo de componentes
decrece el valor de Q al aumentar la frecuencia.
- circuito B:
Para bobinas en general y resistencias. El factor Q de este tipo de bobinas
aumenta con la frecuencia.
- circuito C:
Para condensadores de valor bajo, con valores de Q altos, con pérdidas
resistivas causadas por fugas de corriente.
- circuito D:
Para condensadores de valor alto o con altas pérdidas por la resistencia de las
bornas o electrodos. Para estos elementos se incrementa D al aumentar la
frecuencia.
- circuito E:
Para vibradores y resonadores (de cristal, cerámicos, ferrita).
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página41
4.- EJEMPLOS DE LOS PROCESOS DE
MEDIDA
4.1.- EVALUACIÓN DE CONDENSADORES
Criterio
Antes de empezar a evaluar los diferentes condensadores debemos tener en cuenta
que no podemos comparar condensadores que trabajen a diferentes márgenes frecuenciales.
Por ello podemos realizar las siguientes comparaciones:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Condensadores cerámicos multicapa entre sí.
Condensadores cerámicos de disco entre sí.
Condensadores cerámicos multicapa con los cerámicos de disco de valores más
cercanos.
Condensadores de poliéster laminados (KT) con los de poliéster metalizados (MKT).
Condensadores de poliéster de valor más bajo con los cerámicos de valor más alto.
Condensadores de poliéster, sulfato de polifenileno, polipropileno, poliestireno entre
sí.
Condensadores de mica con los anteriores (Los de mica son mejores y muy parecidos
a los de estiroflex).
Condensadores de tántalo con los electrolíticos. (Dentro de los electrolíticos existen
los de aluminio sólido, que están basados en electrolíticos de dióxido de manganeso, y
son similares a los de tántalo, pero más baratos).
Condensadores electrolíticos entre sí.
Medidas con los condensadores electrolíticos
1. Factor de disipación o tg. de pérdidas en función de la capacidad. Para ello
será necesario polarizar el condensador añadiendo una cierta tensión (Bias)
entre 6V y 25V. Por lo que tendremos que tener en cuenta la polarización del
condensador a la hora de colocarlo en el soporte (no confundir las patas)
2. Variación de la tolerancia a 120Hz
3. Frecuencia de resonancia.
4. Valor mínimo de la capacidad y frecuencia a la que sucede.
5. Impedancia a 120Hz.
6. Variación de δ en función de la capacidad.
7. Comparar la constancia del producto entre la resistencia y la capacidad.
4.2.- EVALUACIÓN DE BOBINAS
Examinaremos una bobina o miraremos sus características frecuenciales de
impedancia, su frecuencia de resonancia así como el valor de los componentes que forman su
circuito equivalente. También podremos obtener la evolución frecuencial del Q.
¡Recuerda! El Analizador sólo mide el módulo (Z) y el argumento (φ). Todos los
demás parámetros se calculan a partir de Z y φ.
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página42
Pasos a seguir:
a.-
Limpieza de pantalla.
BLUE (ON)
R
S
T
EXECUTE
b.Compensación del aparato: Coloca el tipo de barrido y los márgenes de
frecuencia que vas a utilizar en lugar de los valores máximos (100Hz a 40MHz.), para
aprovechar la máxima resolución posible.
c.-
Tipo de barrido:
SWEEP
LOG SWEEP
(barrido logarítmico)
d.-
Elección de la función:
FUNCION
e.-
IMPEDANCE
⎢Z⎢ - ϕ
Compensaciones
1-
Compensación de las admitancias. Los terminales han de estar en
circuito abierto y la función en impedancia
COMPEN
2.-
ZERO OPEN
Compensación de las impedancias. Los terminales en cortocircuito .
ZERO SHORT
3.-
EXECUTE
EXECUTE
Activa las compensaciones
OPEN OFS
on/off
SHORT
on/off
OFS
f.-
Poner SWEEP MODE en REPEAT.
g.-
Fijar la escala de A en logarítmica y eliger las escalas automáticas de A y B.
DISPLAY
MENU
A SCALE
LOG
AUTO
SCALE A
MORE 1/3
AUTO
SCALE B
h.Medir de la frecuencia de resonancia: En el bloque SWEEP MODE se pondrá el
cursor en el
máximo de A:
MKR/
LCURS
i.-
MENU
o MKR
→ MAX(A)
Fijar el inicio y el final del barrido de acuerdo con los márgenes que interesa.
STAR
finic.
STOP
ffinal
Capítulo 7.
Página43
Estudio de componentes electrónicos
Si el modo de barrido está en manual, pulsa START
j.-
Para obtener los parámetros del circuito equivalente (B):
MORE
MENUS
k.-
EQV
CKT
CKT
B
CALC
PARA
EQV
Para simular la respuesta del componente, mediante el circuito equivalente en
función de la frecuencia
MORE
1/2
SIMULATE
f CHAR
Nota: Podemos variar el valor de los componentes que forman el circuito equivalente,
y ver el efecto de cada elemento.
l.-
Para ver cómo varía el Q con la frecuencia:
FUNCTION
IMPEDANCE
LS - Q
NOTA: El proceso para la medida de un condensador es similar
4.3.- EVALUACIÓN DE CRISTALES
Son componentes basados en los efectos piezoeléctricos del dieléctrico que que
pueden oscilar a una frecuencia de forma muy estable especialmente si se mantiene la
temperatura uniforme.
El modo de proceder es:
a.-
Limpieza de pantalla.
CLEAR LINE ⇒
BLUE ⇒
RST
⇒
ENTER ⇒
EXECUTE
b.-
Compensación del aparato (ver apartado 4.1.e).
c.-
Colocación de la frecuencia central y el span.(con la máxima precisión y un
Span pequeño)
CNTR fcentra
SPAN fspan
(La frecuencia central dependerá de cada cristal)
d.-
Pulsar el START de SWEEP MODE.
e.-
Elección del autoescalado:
DISPLAY
f.-
MENU
A SCALE
LOG
AUTO
SCALE A
MORE
1/3
AUTO
SCALE B
Obtención de las frecuencias resonante y antiresonante:
Capítulo 7.
MKR/
LCURS
g.-
o MKR
o MKR →
MIN (A)
MENU
o MKR →
MAX (A)
Para calcular el circuito equivalente:
MORE
MENUS
i.-
Página44
Estudio de componentes electrónicos
EQV
CKT
CKT
E
CALC
PARA
EQV
Para realizar la simulación:
MORE
1/2
SIMULATE
f CHAR
4.4.- EVALUACIÓN DE CABLES
-
Estudia la atenuación por metro en función de la frecuencia. (Ganancia Fase)
-
Halla la longitud del cable a partir del primer mínimo producido por las ondas
estacionarias (ver capítulo 3 y también lo dicho el la práctica 6). (Ganancia Fase)
-
También lo puedes hacer hallando la frecuencia en que se produce el primer mínimo
de Impedancia (Impedancias)
-
Halla la capacidad y la inductancia por metro como en la práctica anterior.
(Impedancias)
5.- MEDIDAS DE GANANCIA/FASE:
5.1.- ANÁLISIS PARAMÉTRICO DE "FILTROS"
A continuación se describe la utilización del Analizador de Impedancias HP 4194A
para la evaluación de filtros. Para concretar más la explicación nos referiremos a un
filtro paso banda de 5,5MHz y de poca calidad
Los parámetros a medir serán:
1 - pérdida de inserción;
2 - frecuencias de corte , ancho de banda y factor de forma
3 - atenuación relativa de la banda de atenuación
4.- rippler
5 - retardo de grupo, basado en la relación:
El modo de proceder es el siguiente:
a.- Limpieza de pantalla (ver ejercicios anteriores).
∆ Φ
∆ F
Capítulo 7.
Página45
Estudio de componentes electrónicos
b.- Elección de la función.
GAIN PHASE
Tch/Rch (db) - θ
c.- Elección de la frecuencia central del filtro y el span.
CNTR
fcristal
SPAN
fspan
En el caso del ejemplo sería ffiltro = 5.5 MHz
y
Span = 2MHz
d.- COMPENSACIÓN:
Dado que la compensación solamente es válida para el tipo de barrido y la banda
de frecuencias en que se hace la compensación, es conveniente hacer la
compensación cuando ya se ha hecho el estudio previo del circuito y por lo tanto ya
se sabe las condiciones de medida.
Para realizar la compensación: Sustituir el dispositivo a medir por una T de
BNC. En el caso de utilizar la salida dual, la conexión que va al canal R se puede
dejar tal cual. Luego pulsar:
COMPEN
OFS REF
STORE
A OFFSET
on/off
B OFFSET
on/off
Si tenemos SWEEP MODE en SINGLE, pulsamos START.
e.- Ajuste automático de las escalas:
DISPLAY
MENU
AUTO
SCALE A
MORE
1/3
AUTO
SCALE B
Nota: La escala ha de ser la lineal. Si se usa la log. sale invertido.
5.1.1.- PÉRDIDA DE INSERCIÓN
Las pérdidas de inserción se definen como el valor mínimo de la
atenuación dentro de la Banda de Paso (respecto a la señal de entrada)
PROCESO
MKR/
LCURS
MENU
o MKR →
MAX (A)
Nos marcará los dB que se pierden por el hecho de insertar el filtro.
5.1.2.- FRECUENCIAS DE CORTE, ANCHO DE BANDA y
FACTOR DE FORMA
Frecuencias de corte a -3dB
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página46
MKR/LCURS ⇒ Menu ⇒ oMKR → MAX(A) ⇒ Return ⇒ oREF-LCURS ⇒ menú ⇒
DLCURS= -3dB
En el display aparecen las dos frecuencias de corte.
Para que nos dé el ancho de banda bastara pulsar la tecla WIDTH read
Ancho de banda es el conjunto o gama de frecuencias cuya atenuación es inferior
en 3 dB respecto de otra que se toma como referencia; normalmente la frecuencia de
menor atenuación.
Ancho de la banda atenuada. Comúnmente se toma la que corresponde a una
atenuación de 60 dB. Puede tomarse otro valor de referencia, según los casos. En
nuestro filtro tomaremos la correspondiente a -30 dB ya que el filtro es de baja
calidad y no llega a atenuar 60dB. Entre una y otra tenemos la banda de
transición.
Factor de Forma: Es la relación entre el valor del ancho de la banda atenuada
(–30dB) y el valor del ancho de la banda de paso ( –3dB).
El factor de forma nos da una idea de lo estrecho o abrupto que es el filtro. Así
un filtro que tenga un ancho de banda de paso de 10 KHz y un ancho de banda
atenuada de 20 KHz, el factor de forma (SF) valdría 2. Uno que tuviera 10 KHz
de banda de paso y 100 KHz de banda atenuada, el FS valdría 10. El primero sería
mucho más estrecho o abrupto.
SF =
ancho de banda a - 30 dB
ancho de banda a - 3 dB
Nota: El factor de forma (S.F.) indica las veces que el ancho de banda a -30 dB es
mayor que a -3dB.
Frecuencia central:
fc =
(LCURSR * LCURSL) =
5.1.3.- ATENUACIÓN RELATIVA DE LA "BANDA
ATENUADA"
Una vez definida la banda de frecuencias que nos interese atenuar podemos hallar la
atenuación relativa de la banda atenuada (valor menos atenuado de la banda
atenuada, respecto al valor menos atenuado de la banda de paso.
Proceso:
a) Seleccionar los dos markers:
MKR/LCURS ⇒ oREF *MKR ⇒ oMKR → MAX(A)
b) Mediante el mando rotatorio llevar el marker * al punto menos atenuado de la banda
atenuada. La diferencia entre los dos markers es la atenuación relativa pedida.
Capítulo 7.
Página47
Estudio de componentes electrónicos
5.1.4.- MEDIDA DEL RIZADO EN UN FILTRO "PASO-BANDA"
El "ripple" del paso de banda, es la diferencia entre el valor mínimo y el máximo de
la atenuación, dentro del paso de banda.
Se puede hacer de manera manual llevando al marker “o” al máximo y luego al
mínimo y hacer la diferencia.
Si lo queremos hacer de manera más técnica seguiremos el siguiente
proceso:
a.-
Selección de la frecuencia central y el Span adecuados para visualizar el
filtro.
CNTR
b.-
Nº
Nº
Compensación y medida después de la compensación. Para ello
desconectar el DUT y sustituirlo por una Te . Luego pulsar:
COMPEN
c.-
SPAN
OFS REF
STORE
CONECTAR
DUT
A OFFSET
on/off
B OFFSET
on/off
Para medir el "ripple": 1º Hallaremos las frecuencias de corte a -3dB.
MKR/LCURS ⇒ oMKR ⇒ Menu ⇒ oMKR → MAX(A) Return oREFLCURS ⇒ menú ⇒ DLCURS= -3dB
2º Seleccionamos el barrido de frecuencias correspondiente al paso-banda
que nos ha dado en el primer apartado
d-
Escalamos la gráfica:
DISPLAY
e-
AUTO SCALE A
Llevamos el marker “o” al valor mínimo:
MKR/
LCURS
f-
menú
∗&o MKRS
Menú
More 1/2
oMKR→
(A)
MIN
Colocamos los dos markers en el mínimo:
More 2/2 ⇒ SMKR= ⇒ BLU M K R ⇒ EXECUTE
g-
Llevamos el marker “o” al valor máximo dentro de la banda de paso:
More 1/2 ⇒ o MKR MAX(A)
h-
Hallamos la diferencia entre el máximo y el mínimo para terner el valor del
rezado
Return ⇒ oREF *MKR
Capítulo 7.
Página48
Estudio de componentes electrónicos
5.1.5.- VARIACIÓN DEL RETARDO DE GRUPO DENTRO DEL
“PASO DE BANDA”
La variación del "retardo de grupo" es la diferencia entre el valor máximo y el
mínimo, del retardo de grupo, dentro de un margen de frecuencias.
La "apertura" es el intervalo o incremento de frecuencia ( ∆F) que se utiliza. Dicho
incremento normalmente se expresa en % del span.
Puede variar entre el 0,5% y el 100% del SPAN. Por defecto el Analizador toma
el 0,5%.
Proceso:
a.-
Para medir el retardo de grupo hay que pulsar la tecla:
Tch/Rch-dB-τ
Recordemos que Retardo de grupo = ∆θ/∆F
b.-
Para mostrar y autoescalar el retardo de grupo:
DISPLAY
c.-
menu
DISP A
on/off
more
1/3
DISP B
on/off
AUTO
SCALE B
Para cambiar el incremento de frecuencias
∆f
GREEN
nº
EXECUTE
NOTA: Recordemos que para actuar las teclas rotuladas en azul o en verde
hay que pulsar antes la tecla azul o verde respectivamente situadas a la
derecha.
d.-
Para mostrar la desviación máxima del retardo de grupo en el margen de
frecuencias estudiado, llevamos el marker "o" al valor mínimo; luego el
marker "*" al mismo valor y finalmente llevamos el marker “o” al valor
máximo:
MKR/
LCURS
SMKR=
e.-
o
&
MKRS
BLUE
*
M
menu
K
R
more
1/2
oMKR→
MIN(B)
EXECUTE
Hallamos la desviación del retardo de grupo.
more
1/2
more 2/2
oMKR→
MAX(B)
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
retur
n
oREF
*MKR
Página49
aparece
la
desviación del Retardo de Grupo
5.2.- EVALUACIÓN DE AMPLIFICADORES:
En esta aplicación estudiamos las características de un amplificador operacional de
calidad media.
Estudiaremos:
1 - Ganancia en lazo abierto
2 - Ganancia en lazo cerrado
3 - Ancho de banda
4 - Frecuencia de ganancia unidad
5 - Producto de la ganancia por el ancho de banda
6 - Característica de compresión de ganancia
5.2.1.- MEDIDA DE “GANANCIA / FASE” EN LAZO ABIERTO
En este apartado, como en el siguiente, se trata de obtener la respuesta del
amplificador en función de la frecuencia (Bode).
La forma más usual de presentar el Bode es en un barrido logarítmico y una
escala logarítmicos.
La impedancia con que cargamos el amplificador puede ser con 50 Ω o con 1 MΩ.
La tensión que aplicaremos a la entrada será de -50 dBm para el circuito abierto y
de -30 dBm para el cerrado.
En este tipo de amplificadores no se pueden utilizar frecuencias de MHz.
Ilustr. 31 Amplificador en lazo abierto.
Capítulo 7.
Página50
Estudio de componentes electrónicos
Proceso:
a.-
Hacer las conexiones indicadas en el esquema ( Ilustr.31)
Utilizaremos la salida en SINGLE del Generador
La entrada TEST INPUT también en 1 MΩ 20 dB
b.-
Ajustaremos el nivel del Oscilador a -50 dBm
GAIN
PHASE
c.-
Tch/Rch
(dB)- θ
SINGLE
OSC LEVEL
-
5
0
dBm
START
OFS REF
STORE
A OFFSET
on/off
B OFFSET
on/off
Θ SCALE
EXP
Ajustamos la escala.
DISPLAY
e.-
LOG
SWEEP
Compensación: Sustituir el amplificador por una T. La salida del
generador (Single) a la T, y de la T a T channel con los mismos cables que
se van a utilizar en la medida. Conviene poner el margen de frecuencias que
se van a utilizar antes de hacer la compensación.
COMPEN
d.-
SWEEP
menu
AUTO
SCALE A
more
1/3
AUTO
SCALE B
Para medir la frecuencias de corte a -3dB.
menu
oMKR→
MAX(A)
return
oREF
LCURS
menu
DLCURS=
-
3
EXECUTE
f.El ancho de banda unitario, definido como el límite superior de frecuencia
cuando la ganancia es 0 dB, lo podemos hallar del siguiente modo:
MKR/
LCURS
LINE
CURSOR
5.2.2.- MEDIDA DE LA
CERRADO
meun
LCURS=
0
EXECUTE
“GANANCIA / FASE”
EN
BUCLE
Capítulo 7.
Página51
Estudio de componentes electrónicos
Ilustr. 32 Amplificador en lazo cerrado
a-
Utilizar el esquema de la Ilustr. 32.
Los apartados a realizar son los mismos que el lazo abierto. El proceso es similar al
del apartado anterior sólo cambia las conexiones y el nivel del oscilador que ahora
será de - 30dB.
c.
Comprobar si cumple la caída de 6 dB/octava
d.
Señala las diferencias básicas que has encontrado entre los dos casos.
5.3.- COMPRESION DE GANANCIA
Se trata de ver como varía la ganancia con la tensión de entrada. Para tensión de
entrada elevada, la ganancia disminuye.
Hazlo con el circuito realimentado (bucle cerrado), con la impedancia de 50 Ω, y la
atenuación de 20 dB.
Proceso:
a.-
Selecciona el tipo de barrido y la variación del nivel de barrido que será
de –50 dBm a – 10 dBm de nivel, para una frecuencia de 300Hz
SWEE
P
b.-
more
½
OSC LVL
(dBm)
Selecciona los niveles de inicio, final y el step así como la frecuencia:
START
-
STEP
0
5
0
•
dBm
2
DBm
STOP
-
SPOT
FREQ
1
0
dBm
3
0
0
SPOT
FREQ
Hz
Capítulo 7.
c.-
Página52
Estudio de componentes electrónicos
Visualización de la gráfica autoescalada.
DISPLAY
menu
AUTO
SCALE
A
more
1/3
disp B
on/off
6. - OBTENCIÓN DE GRÁFICAS IMPRESAS
El procedimiento a seguir es:
MORE
MENUS
COPY
MENUS
DUMP
MODE
MORE
MENUS
HPIB
DEFINE
TALK
ONLY
COPY
Nota: La impresora no funciona por ser una impresora con GPIB y ya no hay
cartuchos para estas impresoras.
Capítulo 7.
7-
Estudio de componentes electrónicos
APÉNDICE: MENÚS
Página53
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página54
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página55
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página56
Capítulo 7.
Estudio de componentes electrónicos
Página57