Prácticas de laboratorio de Electrónica Analógica para la carrera de Ingeniería Eléctrica

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Prácticas de Laboratorio de Electrónica Analógica para la carrera de Ingeniería Eléctrica.” Autor: Camilo Dieguez Carbajales. Tutor: Ing. Maddiel Alemán López. Santa Clara 2017 "Año 59 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Prácticas de Laboratorio de Electrónica Analógica para la carrera de Ingeniería Eléctrica.” Autor: Camilo Dieguez Carbajales Email: cdieguez@nauta.cu. Tutor: Ing. Maddiel Alemán López Email: maddiel.aleman@nauta.cu. Santa Clara 2017 "Año 59 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. "Lo importante es no dejar de hacerse preguntas" Albert Einstein.

(5) ii. DEDICATORIA. A mi familia, en especial a mi madre, mis primos, mis tías, mi novia y a todo aquel que de una manera u otra siempre me apoyó..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mi familia que me han guiado todos estos años y gracias a ellos soy lo que soy. A mi novia por su apoyo incondicional. A mi tutor por su tiempo dedicado y conocimientos transmitidos. A mis compañeros del aula: Yanamarys y Arian. A todas las personas que han contribuido en el transcurso de mi carrera y que me han brindado todo su cariño, ayuda y confianza. A todos GRACIAS..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. . Realizar una búsqueda bibliográfica para identificar referentes de guías de prácticas de laboratorio de electrónica para la docencia elaboradas por universidades tanto extranjeras como cubanas.. . Descripción de la asignatura Electrónica Analógica para la carrera de Ingeniería Eléctrica.. . Elegir los contenidos y circuitos a incluir en la guía de prácticas de laboratorio.. . Simular y validar los resultados de los circuitos incluidos en las prácticas de laboratorio.. . Elaborar el informe final del trabajo de diploma.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. Los laboratorios virtuales son una actividad fundamental de aprendizaje dentro de la asignatura Electrónica Analógica. Actualmente los estudiantes de la carrera ingeniería eléctrica no cuentan con un material que le guíe en el desarrollo de estos laboratorios virtuales. Por lo que se propone crear y desarrollar un conjunto de prácticas de laboratorio simuladas que sirvan como guía para el desarrollo de los mismos. Para ello se consultaron materiales similares de universidades reconocidas y documentos normativos de la Facultad de Ingeniería Eléctrica acerca de la carrera y la asignatura en particular. Como resultado se elaboraron y desarrollaron 5 prácticas de laboratorio virtuales correspondientes a los temas: diodo de unión, punto de operación de transistores BJT y FET, aplicaciones de los diodos, amplificadores de pequeña señal y amplificador operacional. Para la simulación de los circuitos se utilizó la herramienta de software Proteus 8 Professional. De esta forma quedaron disponibles un conjunto de prácticas de laboratorio virtuales que pueden ser usadas como material docente para la enseñanza de la asignatura Electrónica Analógica en la carrera de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería Eléctrica..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO ....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................... iii TAREA TÉCNICA ...............................................................................................................iv RESUMEN ............................................................................................................................ v INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1.. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO COMO FORMA DE. ENSEÑANZA.. 4. 1.1. Importancia de las prácticas de laboratorio. ..................................................... 4. 1.2. Características de las prácticas de laboratorio................................................. 6. 1.2.1. Estructura de las prácticas de laboratorio. ............................................... 10. 1.3. Las universidades del mundo y los laboratorios dentro de su currículum. 12. 1.4. Caracterización de las herramientas de simulación más utilizadas en la. facultad de Ingeniería Eléctrica. .................................................................................. 17 1.5. Selección de la herramienta de simulación a utilizar. ................................... 19. 1.6. Consideraciones finales del capítulo................................................................ 20. CAPÍTULO 2.. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS. .......... 21. 2.1. Caracterización de la asignatura Electrónica Analógica. .............................. 21. 2.2. Caracterización de las prácticas de laboratorio. ............................................ 24.

(10) vii 2.2.1. Práctica de Laboratorio 1: Diodo semiconductor. ................................... 24. 2.2.2. Práctica de Laboratorio 2 : Punto de operación del BJT y FET. .......... 27. 2.2.3. Práctica de Laboratorio 3: Aplicaciones de los diodos. ......................... 30. 2.2.4. Práctica de Laboratorio 4: Amplificadores de pequeña señal. ............. 32. 2.2.5. Práctica de Laboratorio 5: Amplificador Operacional. ............................ 34. 2.3. Consideraciones finales del capítulo................................................................ 36. CAPÍTULO 3.. RESULTADOS DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO .......... 38. 3.1. Resultados del laboratorio 1 .............................................................................. 38. 3.2. Resultados del laboratorio 2 .............................................................................. 41. 3.3. Resultados del laboratorio 3 .............................................................................. 45. 3.4. Resultados del laboratorio 4 ................................................................................... 52. 3.5. Resultados del laboratorio 5 ................................................................................... 56. 3.6. Consideraciones finales del capítulo ................................................................ 61. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................. 62 Conclusiones .................................................................................................................. 62 Recomendaciones ......................................................................................................... 62 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 64 ANEXOS .............................................................................................................................. 66 Anexo I Prácticas de Laboratorios. ............................................................................. 66.

(11) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Actualmente, la importancia de la Electrónica llega a prácticamente todos los ámbitos laborales y educacionales, se encuentra en la vida diaria en forma de teléfonos, receptores de radio, televisores, equipo de audio, aparatos domésticos, computadoras y equipos para control y automatización industrial. La Electrónica se ha convertido tanto en un estímulo como en una parte integral del crecimiento y desarrollo tecnológico actual. La Electrónica, a diferencia de las Matemáticas, no es una ciencia exacta, por lo que el alumno debe aprender a realizar aproximaciones razonables, elegir el método más conveniente, contrastar la teoría con la práctica (experimentación real), interpretar el significado de los resultados y a utilizar adecuadamente la simulación.(CÁRDENAS, 2016) Las prácticas en laboratorios forman una parte muy importante de la formación en todos los programas docentes, ya que éstas permiten a los alumnos una demostración y aprendizaje de los conceptos e ideas mediante instrumentos y situaciones reales.(MASEDO, 2012) A nivel internacional, en las universidades donde se imparten las asignaturas de Electrónica. Analógica,. las. prácticas. de. laboratorio. se. encuentran. en. correspondencia con los objetivos del plan de estudio y los medios con que se cuenta para el desarrollo de las actividades. (SANTÍN, 2011) En las universidades alrededor del mundo como la Universidad Veracruzana se utilizan guías, manuales y otros documentos de consulta para apoyar el desarrollo de la docencia. En la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Central.

(12) INTRODUCCIÓN. 2. “Marta Abreu” de Las Villas, se han desarrollado varias investigaciones con la finalidad de mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje de la asignatura Electrónica Analógica. Se han confeccionado videos, mapas conceptuales, objetos de aprendizaje, programas entrenadores, el sitio en Moodle, etc. para las actividades de aprendizaje de diferentes asignaturas.(CÁRDENAS, 2016) Dentro del plan de estudio de la carrera de Ingeniería Eléctrica se encuentra como una de sus asignaturas la Electrónica Analógica, que a pesar de contar con una extensa bibliografía en formato digital no cuenta con una guía de prácticas de laboratorio virtuales. Es por esto que surge la necesidad de preguntarse: ¿Cómo elaborar un conjunto de prácticas de laboratorio virtuales, que contribuyan a la enseñanza de la asignatura Electrónica Analógica en la carrera ingeniería eléctrica? Por lo que se propone como objetivo general: Elaborar y desarrollar un conjunto de prácticas de laboratorio virtuales para la enseñanza de la asignatura Electrónica Analógica en la carrera Ingeniería Eléctrica. Para dar solución al objetivo general propuesto, se declaran los siguientes objetivos específicos: 1. Recopilar información bibliográfica sobre las prácticas de laboratorios como forma de enseñanza en las principales universidades técnicas del mundo. 2. Elección de los principales temas y circuitos a incluir en las prácticas de laboratorios. 3. Elaboración de las guías de las prácticas de laboratorios virtuales. 4. Simulación de los circuitos electrónicos incluidos en las prácticas de laboratorios. 5. Elaboración del informe final del trabajo de Diploma. En el desarrollo de la investigación se da respuesta a las siguientes interrogantes científicas: 1. ¿Cuál es el estado actual de las prácticas de laboratorios como forma de enseñanza en las carreras técnicas a nivel mundial?.

(13) INTRODUCCIÓN. 3. 2. ¿Cómo realizar la elección de los temas y circuitos a incluir en el manual de prácticas de laboratorios? 3. ¿Cómo realizar el montaje y simulación de los circuitos seleccionados? Con este Trabajo de Diploma se pretende contribuir al desarrollo de la enseñanza de la electrónica analógica en la carrera Ingeniería Eléctrica al quedar constituido un conjunto de prácticas de laboratorio que tribute a los mejores resultados de los laboratorios virtuales. Con el desarrollo de este trabajo de Diploma, se contribuye a ampliar el material docente con que cuenta la asignatura Electrónica Analógica en la carrera Ingeniería Eléctrica, específicamente en los laboratorios como forma de enseñanza. El trabajo queda estructurado en: introducción, tres capítulos, conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos. En la introducción se define la importancia, actualidad y necesidad del tema que se aborda y se dejan explícitos los elementos del diseño teórico. En el Capítulo I se realiza la caracterización de las Prácticas de Laboratorios como forma de enseñanza, su importancia en la formación de ingenieros y el uso de guías de laboratorios en universidades cubanas y en universidades alrededor del mundo. Se exponen además las características dos de las herramientas de simulación disponibles. El Capítulo II se dedica a la descripción de la asignatura Electrónica Analógica y de cada una de las prácticas de laboratorio virtuales. El Capítulo III se dedica a los resultados finales del montaje y simulación de los circuitos. En las conclusiones se presentan los principales resultados del trabajo que dan cumplimiento a los objetivos trazados como origen de la investigación. Las Referencias Bibliográficas dan origen a la conformación del cuerpo investigativo. Se incluyen en el Anexo I las cinco prácticas de laboratorio virtuales de Electrónica Analógica diseñadas para la carrera de Ingeniería Eléctrica..

(14) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 4. CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO COMO FORMA DE ENSEÑANZA.. En el siguiente capítulo se aborda la importancia de las prácticas de laboratorio, su estructura, se analizan las características de las prácticas de laboratorio, así como su uso en universidades alrededor del mundo y en universidades cubanas. También se caracterizan las herramientas de simulación más utilizadas y se expone el porqué de la selección de la utilizada. 1.1 Importancia de las prácticas de laboratorio. La práctica de laboratorio se introduce en la educación a propuesta de John Locke hace casi trescientos años, al entender la necesidad de realización de trabajos prácticos-experimentales en la formación de los alumnos, y a finales del siglo XIX ya formaba parte integral del currículo de las ciencias en Inglaterra y Estados Unidos. Desde entonces, se ha mantenido una fe inamovible en la tradición que asume la gran importancia del trabajo práctico para la enseñanza de las ciencias. (DÍAZ, 2015) En las últimas décadas se han desarrollado investigaciones sobre las prácticas de laboratorio que permiten renovar los trabajos prácticos tradicionales; generando un amplio consenso en torno a la orientación del trabajo experimental como una actividad investigativa que juega un papel primordial en la familiarización de los estudiantes con la metodología científica. Sin. duda, el trabajo práctico y, en. particular las actividades de laboratorio, constituyen un hecho diferencial propio de la enseñanza de la ciencia y la tecnología.(QUIROGA, 2013).

(15) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 5. El Nacional Research Council afirma que enseñar efectuando investigaciones y prácticas ofrece al personal docente la oportunidad de que sus alumnos desarrollen aptitudes para enriquecer el conocimiento técnico y científico. Lo anterior apoya la importancia de la construcción y documentación de un marco teórico para la enseñanza y el aprendizaje de la ciencia y la tecnología a través de una docencia basada en el trabajo práctico y la investigación.(DÍAZ, 2015) La aplicación de las diferentes alternativas de aprendizaje es una opción frente al desarrollo de la enseñanza tradicional, en la que prevalece la clase magistral. La enseñanza tradicional no resulta completamente eficaz para un aprendizaje significativo, recomendando el empleo de métodos menos pasivos para el estudiante, afirmando que los mismos perciben el laboratorio como un lugar donde están activos. Es decir, que innovar en las prácticas de laboratorio teniendo en cuenta lo que el alumno ya sabe juega un papel fundamental en lo que este aprende.(TORRES, 2005) En síntesis, las prácticas de laboratorio aportan a la construcción en el estudiante de cierta visión sobre la ciencia, en la cual ellos pueden entender que acceder a la ciencia no es imposible y, además, que la ciencia no es infalible y que depende de otros factores o intereses (sociales, políticos, económicos y culturales). La actividad experimental hace mucho más que apoyar las clases teóricas de cualquier área del conocimiento; su papel es importante en cuanto despierta y desarrolla la curiosidad de los estudiantes, ayudándolos a resolver problemas y a explicar y comprender los fenómenos con los cuales interactúan en su cotidianidad. (DÍAZ, 2015) En el área de ingeniería, un laboratorio bien diseñado es una valiosa herramienta que contribuye a reforzar la enseñanza y en el que los alumnos pueden lograr una mayor comprensión imposible de lograr por otros medios. Estos pueden verificar un modelo, validar y limitar suposiciones y predecir rendimientos. Las prácticas de laboratorio deben favorecer el análisis de resultados por parte de los estudiantes; la elaboración de un informe final, en el que se especifique. claramente el. problema planteado, las hipótesis emitidas, las variables que se tuvieron en.

(16) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 6. cuenta, el diseño experimental realizado, los resultados obtenidos y las conclusiones; y, finalmente, producir una evaluación coherente con todo el proceso de resolución de problemas con criterios referidos al trabajo científico y al aprendizaje profundo. (DÍAZ, 2015) 1.2. Características de las prácticas de laboratorio.. Un material de orientación está compuesto por un conjunto de elementos destinados a contribuir al desarrollo de tareas dentro de un ámbito específico en centros educativos. Es un proceso de ayuda y acompañamiento continuo, en todos sus aspectos, con objeto de mejorar el proceso educativo. Las prácticas de laboratorio tienen como objetivos instructivos fundamentales que los estudiantes adquieran las habilidades propias de los métodos de la investigación científica, amplíen, profundicen, consoliden, realicen, y comprueben los fundamentos teóricos de la asignatura mediante la experimentación empleando los medios de enseñanza necesarios, garantizando el trabajo individual en la ejecución de la práctica. Esta forma organizativa persigue objetivos muy similares a los de las clases prácticas, lo que la diferencia es la fuente de que se valen para su logro. En las prácticas de laboratorio los objetivos se cumplen a través de la realización de experiencias programadas con el apoyo de un manual. Según un manual de prácticas de laboratorio podrá ser utilizado en el proceso de enseñanza y aprendizaje como un medio didáctico, junto con los recursos materiales y educativos, lo que en conjunto puede cumplir diversas características. Entre las más frecuentes están (CÁRDENAS, 2016): . Proporcionar explícitamente información del tema en estudio, de sus métodos y procedimientos.. . Guiar el aprendizaje de los alumnos al instruir, ayudar a organizar la información, relacionar conocimientos, crear nuevos conocimientos y aplicarlos.. . Ejercitar habilidades, entrenar al alumno en técnicas, métodos y acciones que exigen una determinada respuesta lógica o psicomotriz..

(17) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 7. . Motivar, despertar y mantener el interés por temas específicos.. . Evaluar los conocimientos y las habilidades que se tienen, a partir de ponerlos en práctica y del cuestionamiento de los resultados obtenidos. Propiciar, además, la corrección de los errores, explícitos o implícitos, de los alumnos.. El laboratorio virtual tiene un empleo especialmente pedagógico que permite comprender conceptos, leyes y fenómenos sin tener que esperar largos intervalos de tiempo y gastar en infraestructura. (PÉREZ et al., 1998) Proporcionar simulaciones en actividades previas a la ejecución de la práctica, al ofrecer entornos para la observación, exploración y experimentación. De esta manera el Manual de Prácticas del Laboratorio, es uno de los elementos más distintivos de la educación superior, por ser relevante en el proceso de formación, cualquiera que sea la orientación profesional y el área de especialización del alumno. En la interacción guía - espacio se puede conocer integralmente al estudiante respecto de sus conocimientos, actitudes y desenvolvimiento. En el diseño de una guía de laboratorio, taller o campo para una asignatura se recomienda considerar los siguientes aspectos: . Revisión del objetivo general y del contenido de la asignatura.. . Consulta de libros o artículos científicos acerca del problema que se plantea resolver, mismos que deben ser referidos en la bibliografía del manual de prácticas.. . Planificación del número adecuado de prácticas y de horas destinadas a esta actividad dentro del programa de la asignatura.. . Selección y enunciado de los apartados que permitan describir la práctica, como son introducción, objetivo, referencias del tema en estudio, instrucciones generales, metodología, material y equipo, cuestionario, resultados, análisis y discusión.. . Planificación, para cada actividad práctica, del tiempo que ocupará cada una de ellas contemplando un espacio para discutir sus resultados..

(18) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. . 8. Bibliografía recomendada, la cual deberá estar disponible en las sesiones de laboratorio o de campo.. . Evaluación: se deben formular de manera explícita los criterios para determinar el grado en que el estudiante ha alcanzado el objetivo de la actividad, lo que incluye el formato para el reporte escrito propuesto y la fecha de entrega.. Por su esencia, el proceso de realización de las prácticas de laboratorio constituye parte integrante del trabajo de los estudiantes, el cual está constituido por tres etapas: . Preparación previa a la práctica. . Realización de la práctica. . Conclusiones de la práctica.. La preparación previa a la práctica se desarrolla fundamentalmente sobre la base del estudio teórico orientado por el profesor como fundamento de la práctica, así como el estudio de las técnicas de los experimentos correspondientes. El desarrollo se caracteriza por el trabajo de los estudiantes con el material de laboratorio (utensilios, instrumentos, aparatos, y reactivos), la reproducción de los fenómenos deseados, el reconocimiento de los índices característicos de su desarrollo, la anotación de las observaciones, entre otras tareas docentes. Durante las conclusiones el estudiante deberá analizar los datos de la observación y arribar a las conclusiones y generalizaciones que se derivan de la práctica en cuestión. El profesor deberá tener en cuenta que el trabajo independiente en el laboratorio es muy complejo si se realiza conscientemente, por cuanto debe combinar las acciones físicas y mentales de forma paralela. Muchas veces los estudiantes se limitan a la reproducción mecánica de los pasos de la técnica del experimento. Esto en gran medida se puede evitar si el conjunto de experimentos propuestos en la técnica presupone un enfoque investigativo de los estudiantes para su realización..

(19) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 9. Este enfoque investigativo requiere de la existencia de una técnica de laboratorio tal, que en la misma no se de toda la información detallada, sino que una buena parte de dicha información debe ser extraída por el estudiante a partir del conocimiento de los objetivos. Este enfoque resume una de las posibles formas que pueda adoptar el experimento con carácter investigativo. En las prácticas de laboratorio predominan la observación y la experimentación en condiciones de laboratorio, lo que exige la utilización de métodos y procedimientos específicos para el trabajo. En relación con esto, es significativa la contribución de los métodos y procedimientos utilizados en el desarrollo de habilidades generales de carácter intelectual y docente (observación, explicación, comparación, elaboración de informes, entre otras), y, fundamentalmente en la formación y desarrollo de habilidades propias de cada asignatura que utilice esta forma de organización del proceso de enseñanza-aprendizaje. La preparación de las prácticas de laboratorio exige del profesor una atención especial a los aspectos organizativos, ya que su realización se basa fundamentalmente, en la actividad individual o colectiva de los alumnos de manera independiente. (MEDINA, SABA, SILVA, & DE GUEVARA DURÁN, 2011) Al igual que en otros tipos de clases, es necesario durante su preparación tener en cuenta: . Las etapas del proceso de enseñanza-aprendizaje: Motivación, Orientación, Ejecución, Evaluación.. . Determinar con precisión las características de la actividad de los estudiantes y las habilidades que se van a desarrollar.. . Garantizar las condiciones materiales que exige el cumplimiento de los objetivos propuestos.. . Estructura metodológica de la práctica de laboratorio.. Desde el punto de vista organizativo es necesario distinguir una secuencia o procedimientos que facilite la dirección, por el profesor, de la realización de la práctica de laboratorio, entre las que se encuentran las siguientes; orientación de.

(20) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 10. los objetivos y las tareas fundamentales a desarrollar y las técnicas operatorias básicas que se utilizarán: . Distribución de materiales.. . Trabajo independiente de los estudiantes.. . Discusión colectiva de los resultados obtenidos.. También es necesario no olvidar, que cualquier persona que trabaja en un laboratorio está expuesta a riesgos no sólo de orden biológicos sino también a los químicos, físicos, eléctricos, mecánicos y otros. Por eso es importante que los que trabajan en el laboratorio adquieran aptitudes y modos de proceder acordes con las normas, esto será determinante para su propia seguridad y la del colectivo. Hay que tener claro que si el personal desconoce o incumple las medidas establecidas para su seguridad de nada servirá la mejor ingeniería sanitaria, el óptimo diseño arquitectónico ni la tecnología más avanzada. La disminución del riesgo dependerá de la motivación del personal, de la infraestructura y la metodología. La información sobre las características del laboratorio es parte de la formación, aspecto claro para la eficacia de las actividades planea das dentro del programa educativo y, en particular, de la asignatura de estudio. Por ello se deberá propiciar la capacitación de todas las personas expuestas a los riesgos del laboratorio: alumnos, laboratoristas, personal de mantenimiento y limpieza, entre otros. (CÁRDENAS, 2016) 1.2.1 Estructura de las prácticas de laboratorio. La estructura de las prácticas de laboratorio debe estar compuesta por: 1. Título: Término o expresión que comunica la denominación o la temática a desarrollar; también se puede identificar como nombre de la práctica, que en ocasiones coincide con el objetivo a alcanzar y/o el método para su realización. 2. Objetivo(s): Incluyen reflexiones sobre lo que se pretende conseguir y como obtenerlo..

(21) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 11. 3. Materiales e instrumentos: Son todos los recursos materiales: equipos, accesorios e instrumentos empleados en la práctica. 4. Fundamentación teórica: Son conceptos relacionados al tema de la práctica, que facilitan el proceso y los objetivos a cristalizar, llegando con ello al establecimiento de definiciones conceptuales y operacionales. Las primeras se obtienen de los textos y segundas pueden construirse o adaptarse de otras conocidas, de acuerdo con las necesidades del trabajo. Contiene además esquemas, imágenes, ecuaciones, diagramas, etc. Su principal propósito es la contribución a la formación y organización de las ideas previas que el estudiante posee sobre un tema determinado. Las ideas previas permiten poseer conocimiento acerca de las concepciones con las que el estudiante enfrenta el aprendizaje de los conocimientos científicos; ponen de manifiesto que dicho aprendizaje lleva incorporado un problema de transformación conceptual y por lo tanto este proceso no sería una adquisición aparentemente; y su existencia muestra el desafío de enfrentar los procesos de aprendizaje bajo una óptica distinta. 5. Técnica operatoria: Son los procedimientos y/o acciones a desarrollar que describen las actividades que el estudiante debe realizar para recibir las impresiones sensoriales que indican la existencia de un concepto teórico o para medir una variable. Incluye los gráficos del montaje experimental e ilustraciones explicativas, y la cantidad y tipo de mediciones, donde se tienen en cuenta las medidas de seguridad y protección. Durante la técnica operatoria, queda a cargo del profesor llevar a cabo cuatro acciones fundamentales: . Emisión de preguntas problémicas, las que tienen sus orígenes en la enseñanza socrática, la estrategia educativa más antigua y aún hoy la más poderosa, para promover el pensamiento crítico. Con ella se formulan.

(22) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 12. preguntas a los estudiantes en vez de darles respuestas. Se moldea una mente inquisitiva y exploradora mediante el sondeo continuo, a través de preguntas sobre un tema. Esta estrategia actúa como el equivalente lógico de la voz interna crítica que despliega la mente al desarrollar habilidades de pensamiento crítico. . Experimentación y observación, acciones que de conjunto con el análisis de las situaciones problémicas y la búsqueda de respuestas a ciertas interrogantes, van construyendo diferentes conceptos a nivel empírico como aproximaciones sucesivas al concepto teórico.. . Formulación de hipótesis, a partir de los resultados de la experimentación.. . Confrontación, donde se ponen a prueba los datos que fundamentan la hipótesis, comprobando su veracidad.. 6. Conclusiones: Son procesos que permiten expresar la medida cuantitativa y cualitativa del proceso de asimilación o aprendizaje del estudiante respecto al cumplimiento de los objetivos propuestos, a través del procesamiento y expresión de los resultados experimentales mediante la tabulación de datos y la realización de gráficos. 7. Orientaciones para la confección del informe: Son las aclaraciones emitidas al estudiante para la ejecución del informe final de la práctica, donde se incluye la orientación de tareas complementarias a la misma. 8. Bibliografía: Son los textos de los que se deriva la fundamentación teórica. 1.3 Las universidades del mundo y los laboratorios dentro de su currículum. Las prácticas de laboratorio en las asignaturas de Electrónica Analógica, están orientadas a complementar y consolidar los contenidos adquiridos por los estudiantes en las conferencias, mediante el desarrollo de habilidades prácticas.

(23) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 13. donde el alumno es capaz de identificar, comprobar y concluir respecto al funcionamiento de cada uno de los circuitos utilizados en las actividades prácticas. Las prácticas de laboratorio presentes en las universidades, se encuentran vinculadas de forma directa con el programa de estudio propio de cada una de estas, basado en las particularidades de los cursos y los recursos materiales con los que cuenta cada institución. A continuación se expresan características propias de las prácticas de laboratorio de diferentes universidades extranjeras (SANTÍN, 2011): . Universidad Veracruzana, Facultad de Ingeniería: Cuenta con un Manual para Prácticas de Laboratorio orientado a los circuitos integrados. Contiene 5 prácticas, que tienen como objetivo principal: familiarizar al estudiante con los conceptos relacionados con amplificadores operacionales y sus aplicaciones lineales y no lineales, para complementar su formación. Las prácticas son orientadas al laboratorio real y se encuentran estructuradas de la siguiente manera.  Objetivos: Definen el objetivo propio de cada práctica.  Antecedentes: Breve reseña del contenido que se trata en cada práctica.  Teoría básica: Conceptos básicos que debe dominar el estudiante para realizar la práctica de laboratorio.  Trabajo previo: Análisis de los circuitos que se trabajan en el laboratorio.  Desarrollo de la práctica: Se orienta el montaje de los circuitos, los resultados obtenidos se reflejan respondiendo a interrogantes indicadas o a través del llenado de tablas.  Comentarios o Conclusiones: El estudiante debe responder una serie de preguntas, así hace referencia a su experiencia personal durante el desarrollo de la actividad práctica.. La figura 1.1 muestra un fragmento de las tablas de resultados..

(24) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 14. Fig. 1.1. Tabla de resultados. Universidad Veracruzana. . Universidad. de. Castilla-La. Mancha.. Tecnología. Electrónica.. Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, Automática y Comunicaciones: Cuenta con un conjunto de prácticas de Electrónica Analógica, las cuales están orientadas a las prácticas simuladas y reales. Se encuentran estructuradas de la siguiente manera:  Objetivos: Se definen los objetivos propios de cada práctica.  Duración: Se indica la duración de la actividad práctica.  Material: Muestra los materiales necesarios para el desarrollo de la actividad práctica.  Circuitos: Se muestran los circuitos con los cuales se va a trabajar en la práctica de laboratorio, se indica primeramente realizar un análisis teórico de ellos, luego simularlos y por último montarlos en el laboratorio.  Hoja de resultados: Está compuesta por tablas y gráficas que debe completar el estudiante con los resultados obtenidos en la actividad práctica. Se le entrega al profesor para evaluar la práctica de laboratorio. A continuación, se muestra en la figura 1.2 un fragmento de la hoja de resultados:.

(25) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 15. Fig. 1.3. Tabla de resultados. Universidad de Castilla -La Mancha. . Instituto Tecnológico de Massachusetts. Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática: Cuentan con un conjunto de prácticas de laboratorio orientadas al laboratorio real.. Éstas presentan la siguiente. estructura: . Visión General: Plantea de manera introductoria el tema de la actividad práctica y la secuencia en el desarrollo de la misma. Se indica de forma general lo que se realizará en cada ejercicio.. . Trabajo de Lectura: Está orientado a la preparación por parte del estudiante respecto al tema de la actividad práctica y la familiarización con los instrumentos que se van a emplear en ésta.. . Objetivos: Se exponen los objetivos que debe cumplir el estudiante durante el desarrollo de la práctica de laboratorio.. . Experimento: Se indica de forma muy detallada como realizar el montaje de los circuitos y las mediciones, se destacan aspectos importantes en los que no debe fallar el estudiante, los cuales pueden ocasionar daños en los componentes e instrumentos utilizados. Cada ejercicio se encuentra acompañado de tablas donde el alumno refleja los resultados obtenidos. Las prácticas no cuentan.

(26) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 16. con conclusiones pues durante el desarrollo de cada ejercicio se realizan. preguntas. relacionadas. con. el. funcionamiento. y. características de cada circuito en particular. La figura 1.3 muestra un fragmento de la tabla de resultados.. Fig. 1.3. Tabla de resultados. Instituto Tecnológico de Massachusetts. . Universidad de Huelva: Cuenta con un conjunto de prácticas que corresponden a la asignatura Electrónica Analógica, éstas se encuentran orientadas a los laboratorios simulados. Las prácticas al inicio presentan los componentes e instrumentos a utilizar, luego se indica la operatoria que se debe cumplir durante la práctica de laboratorio. Cada ejercicio presenta al final tablas, las cuales el alumno completa con sus resultados y preguntas relacionadas con el funcionamiento del circuito tratado en el ejercicio. A continuación se muestra en la figura 1.4 un ejercicio presente en una práctica titulada: “Diodo Zener. Rectificación y Filtro”..

(27) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 17. Fig. 1.4. Ejemplo de ejercicio. Universidad de Huelva . Manual de Prácticas del libro “The Art of Electronics”: Este Manual, contiene la parte real del libro The Art of Electronics (Horowitz and Hill, 1989), por lo cual no solamente posee prácticas orientadas a la Electrónica Analógica, sino también cuenta con prácticas destinadas a la Electrónica Digital y los Microprocesadores, cuyos contenidos también aparecen en el libro. En cada práctica, ofrece una lección donde reúne los aspectos más importantes que se tratarán, luego se describen de forma detallada las acciones a realizar en la práctica de laboratorio, además de indicar la posición de cada instrumento en el momento de realizar la medición. También en el texto existen preguntas con el objetivo de que el estudiante valore el funcionamiento de los circuitos tratados en los ejercicios.(SANTÍN, 2011). 1.4 Caracterización de las herramientas de simulación más utilizadas en la facultad de Ingeniería Eléctrica. En la facultad de Ingeniería Eléctrica se cuenta con varios softwares de diseño y simulación para la Electrónica, los cuales son adoptados como medios de enseñanza en las diversas asignaturas de dicha disciplina en función de los objetivos y habilidades establecidas en el programa analítico de las mismas. (BRITO, 2016).

(28) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 18. El uso de las herramientas de simulación, actualmente es imprescindible para el estudiante durante su preparación, ya que éstas brindan una serie de posibilidades, las cuales son difíciles de alcanzar durante el desarrollo de las prácticas reales, además, mediante el uso de las herramientas de simulación, el alumno puede experimentar libremente sin ningún riesgo de ocasionar daños materiales, y así logra explorar las características de cada circuito. (SANTÍN, 2011) . Multisim:(SANTÍN, 2011) Es una de las herramientas más populares a nivel mundial para el diseño y simulación de circuitos eléctricos y electrónicos.. Este. software. de. simulación. proporciona. avanzadas. características que permiten ir desde la fase de diseño a la de producción mediante el uso de una misma herramienta. Multisim cuenta con una base de componentes de más de 10.000 partes, lo cual permite que los estudiantes puedan experimentar con una variedad de topologías de circuitos, usando interactivamente el estándar industrial SPICE para simular los mismos. El software es educativo y resulta efectivo puesto que contribuye a mejorar el rendimiento escolar en los alumnos a través de su uso continuo. Este software fomenta el trabajo en grupo y el autoaprendizaje guiado. Los roles de los profesores y alumnos cambian, tomando estos un papel más activo. (CHANG LANDA, 2015) Este software posibilita que el estudiante durante el desarrollo de la simulación adquiera una serie de habilidades que les permiten prepararse para llevar a cabo con más facilidad el laboratorio real. Esta herramienta de simulación posee una serie de instrumentos, capaces de presentar los resultados en un formato semejante y en algunos casos igual al panel frontal de instrumentos reales que se comercializan. . Proteus: Es una herramienta que cuenta con dos módulos principales: ISIS y ARES. En ARES se diseñan placas de circuito impreso o PCB (Printed Circuit Board). Este manual sólo hará referencia al módulo ISIS y la simulación de circuitos. En el presente trabajo se hace una breve.

(29) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 19. descripción del módulo ARES. El Proteus es un programa desarrollado por la compañía inglesa Labcenter Electronics y hasta el momento sólo existe una versión en el idioma inglés. (MONTENEGRO VÉLEZ & ALVAREZ RENDÓN, 2014) El Programa ISIS, Intelligent Schematic Input System (Sistema de Enrutado de Esquemas Inteligente) permite diseñar el plano eléctrico del circuito que se desea realizar con componentes muy variados, desde simples resistencias, hasta alguno que otro microprocesador o microcontrolador, incluyendo fuentes de alimentación, generadores de señales y muchos otros componentes con prestaciones diferentes. Los diseños realizados en ISIS pueden ser simulados en tiempo real, mediante el módulo VSM, asociado directamente con ISIS. Una de las prestaciones de Proteus, integrada con ISIS, es VSM, el Virtual System Modeling (Sistema Virtual de Modelado), una extensión integrada con ISIS, con la cual se puede simular, en tiempo real, con posibilidad de más. rapidez;. todas. las. características. de. varias. familias. de. microcontroladores, introduciendo por el propio diseñador el programa que controlará el microcontrolador y cada una de sus salidas, y a la vez, simulando las tareas que queramos que se lleven a cabo con el programa. ARES, o Advanced Routing and Editing Software (Software de Edición y Ruteo Avanzado); es la herramienta de enrutado, ubicación y edición de componentes, que se utiliza para la fabricación de placas de circuito impreso, permitiendo editar generalmente, las capas superficiales (Top Copper), y de soldadura (Bottom Copper). (BRITO, 2016) Por lo tanto, como se ha descrito, ambos softwares constituyen excelentes herramientas de simulación, tanto para usarse con fines educativos como orientados a la producción. 1.5. Selección de la herramienta de simulación a utilizar.. De las herramientas de simulación anteriormente descritas se decide utilizar el Proteus 8 Professional ya que la misma combina un entorno de diseño potente.

(30) CAPÍTULO 1. LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS COMO FORMA DE ENSEÑANZA. 20. con una enorme capacidad de controlar la apariencia final de los dibujos de los circuitos. Los diseños realizados pueden ser simulados en tiempo real. Proporciona a sus usuarios las herramientas necesarias para medir y controlas variables físicas. En todo el mundo los profesores lo usan para enseñar teoría de electrónica y los ingenieros lo usan para diseñar y generar prototipos de circuitos. 1.6. Consideraciones finales del capítulo.. Por su esencia, el proceso de realización de las prácticas de laboratorio constituye parte integrante del trabajo de los estudiantes y es un proceso complejo a la vez que una forma de enseñanza altamente motivadora y efectiva. En el desarrollo exitoso de una práctica de laboratorio es necesario coordinar diversidad de factores como el correcto diseño de la misma por parte de los docentes, la preparación previa de los estudiantes, las condiciones, medios y materiales del laboratorio y los medios de protección de todo el personal implicado en la misma. De ahí que tanto en universidades extranjeras como cubanas se realicen esfuerzos para preparar y guiar de manera adecuada este tipo de actividades, lo cual es también el presente trabajo de diploma..

(31) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. 21. CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. En el presente capítulo se caracteriza la asignatura Electrónica Analógica para la carrera Ingeniería Eléctrica, también se realiza la descripción de las cinco prácticas de laboratorio virtuales diseñadas para la asignatura, particularizando en los principales detalles de cada uno de los circuitos electrónicos incluidos, así como la técnica operatoria que se va a llevar a cabo en cada una. 2.1 Caracterización de la asignatura Electrónica Analógica. La asignatura Electrónica Analógica se imparte en el primer semestre del tercer año de la carrera de Ingeniería Eléctrica. Tiene un total de 64 horas clases. No posee un examen final. La asignatura consta de evaluaciones sistemáticas en el desarrollo de las prácticas de laboratorio y persigue los siguientes objetivos generales educativos e instructivos: Objetivos Generales Educativos. . Contribuir a formar Ingenieros capaces de aplicar creadoramente los principios de la ideología marxista-leninista de forma tal que, en la explotación de la técnica, se manifiesten los más altos valores de la sociedad.. . Desarrollar las formas del pensamiento lógico y la capacidad de razonamiento mediante el desarrollo de habilidades que se deriven de la aplicación de conceptos, métodos, algoritmos y tecnologías modernas, que.

(32) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. 22. contribuyan a la formación de hábitos laborales indispensables en su formación profesional. . Formar una concepción de ahorro y uso racional de la energía y los recursos materiales, así como de la conservación del medio ambiente.. . Trabajar de forma organizada, independiente o en colectivo, autoinformándose y orientándose, siendo capaces de adaptarse a condiciones nuevas.. . Desarrollar la capacidad de adquirir conocimiento por sí mismo, a través del estudio sistemático.. . Desarrollar la capacidad de manejar la información científico-técnica y la utilización del idioma inglés y la computación aplicada a la explotación de los sistemas electrónicos.. Objetivos Generales Instructivos. . Conocer los principios físicos que gobiernan el funcionamiento de los dispositivos semiconductores tales como diodos y transistores.. . Analizar circuitos simples que incluyan dispositivos semiconductores.. . Diseñar circuitos que incluyan el uso de los dispositivos semiconductores.. . Analizar etapas amplificadoras que usen transistores FET y BJT.. . Analizar y diseñar circuitos que incluyan dispositivos micro-electrónicos tales como: Amplificadores Operacionales y Reguladores de Voltaje.. La asignatura cuenta con el siguiente programa analítico: Tema I. Dispositivos Semiconductores Fondo de tiempo: horas 40h (C14h, CP14h, L8h, EP6h) Objetivos . Conocer los principios físicos de los dispositivos semiconductores.. . Analizar y diseñar circuitos que incluyan dispositivos semiconductores.. Contenidos.

(33) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. . Diodo semiconductor. . Cálculo del punto de operación de BJT, FET.. . Amplificadores de pequeña señal con BJT y FET.. . Respuesta de frecuencia de los amplificadores de pequeña señal.. 23. Tema II. Amplificador Operacional. Fondo de tiempo: 16 horas (C6h, CP4h, L4h, EP3h) Objetivos . Conocer el principio de funcionamiento de los A.O.. . Analizar y diseñar circuitos con A.O.. Contenidos . Amplificador Diferencial. . Amplificador Operacional. . Aplicaciones lineales de los A.O. Tema III. Reguladores de Voltajes. Fondo de tiempo: 8 horas (C3h, CP2h) Objetivos . Conocer el principio de funcionamiento de los reguladores de voltaje. . Analizar y diseñar circuitos que usen reguladores de voltaje. Contenidos . Principales Reguladores de voltaje. Sistema de Evaluaciones. Evaluaciones sistemáticas en las clases prácticas laboratorios virtuales y pruebas parciales. . Prueba Parcial 1. Tema: Cálculo del punto de operación de FET y BJT. . Prueba Parcial 2. Tema: Amplificadores de pequeña señal.. . Prueba Parcial 3. Tema: Aplicaciones de los Amplificadores Operacionales..

(34) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. 24. 2.2 Caracterización de las prácticas de laboratorio.. 2.2.1 Práctica de Laboratorio 1: Diodo semiconductor. Para la siguiente práctica de laboratorio se trazan los objetivos siguientes: . Deducir el comportamiento de un diodo de unión ante las polarizaciones directa e inversa a través de la medición de los voltajes y corrientes a través de este.. . Analizar el comportamiento del diodo zener, comprobando las condiciones de conducción o no después y antes de entrar en la zona de ruptura.. Para el montaje del primer circuito se escoge el diodo de unión 1N4002. La elección de este diodo en particular responde a que las características de voltajecorriente del mismo vienen incluidas en el libro de texto de la asignatura (MILLMAN, 1987). Se construye un circuito sencillo que polariza el diodo 1N4002 en directo, el diodo se coloca en serie con un resistor de 500Ω (Fig.2.1.1). La fuente de alimentación se varía para lograr diferentes valores de la corriente que circula por el circuito. Para cada uno de estos valores se registra el voltaje y la corriente sobre el diodo. Luego se invierte la fuente de modo que el diodo quede polarizado en inverso y se repite el procedimiento anterior (Fig.2.1.2)..

(35) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. Fig. 2.1.1: Diodo polarizado en directo.. Fig. 2.1.2: Diodo polarizado en inverso.. 25.

(36) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. 26. Se construye además otro circuito con dos diodos zener en serie con un resistor de 1 KΩ (Fig. 2.1.3). Para el montaje del circuito se escogen los diodos 1N5271B y 1N985B al encontrarse estos en la base de datos del Proteus 8 y ambos tener igual voltaje de ruptura, igual a 100 V. La fuente de alimentación se varía de modo que ninguno de los dos diodos entre en la región de ruptura en un inicio, luego entraría en dicha región uno de los dos y al final ambos diodos zener. Se mide la caída de voltaje en el resistor para cada situación descrita anteriormente.. Fig. 2.1.3: Circuito con diodos zener.. Con la realización de esta práctica se espera que el estudiante sea capaz de arribar a las siguientes conclusiones:.

(37) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. . 27. El voltaje sobre el diodo 1N4002 cuando está polarizado en directo tiende a 0,7V y presenta altos valores de corriente al aumentar la fuente de polarización.. . El voltaje sobre el diodo 1N4002 es aproximadamente igual al de la fuente de alimentación cuando el diodo está polarizado en inverso. Esto es debido a la muy pequeña magnitud de la corriente inversa de saturación que provoca que la caída en el resistor sea casi despreciable.. . El diodo zener polarizado en inversa, si no supera el voltaje de ruptura se comporta como un diodo común. Cuando se supera el voltaje de ruptura la conducción de cátodo a ánodo aumenta teniendo que estar esta corriente entre los valores de Iz mínimo e Iz máximo, especificados por el fabricante en la hoja de datos del dispositivo.. 2.2.2 Práctica de Laboratorio 2 : Punto de operación del BJT y FET. Para la siguiente práctica de laboratorio se trazan los objetivos siguientes: . Analizar el comportamiento del punto de operación de los transistores BJT y FET ante variaciones de la red de polarización.. El primer ejercicio se desarrolla a partir del circuito de polarización por división de tensión, para la comprobación del movimiento del punto de operación entre las regiones de saturación y activa a través de la variación de uno de los resistores de la red de polarización, específicamente el resistor conectado al colector del BJT NPN 2N2222A (Fig. 2.2.1). Se corrobora además la conducción del transistor en ambas regiones mediante la medición del voltaje base-emisor el cual corresponde al de un diodo en conducción. La resistencia en el colector se varía para lograr diferentes valores para las corrientes que circulan por el circuito. Para cada uno de estos valores de resistencia se registra el voltaje colector-emisor y la corriente en el colector. En el segundo ejercicio se construye otro circuito con tres fuentes de voltaje de CD, cuatro resistores y el BJT 2N2222A (Fig. 2.2.2), se varía el valor de la fuente V1, conectada a la base y se registran los valores del voltaje de salida, voltaje.

(38) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. 28. base-emisor y la corriente en el colector para cada una de las variaciones de voltaje en V1. El tercer circuito de la práctica consta de un MOSFET canal P de enriquecimiento LP0701 (SUPERTEX, N.D), dos resistores y dos fuentes de voltajes conectadas a la compuerta y al drenador respectivamente (Fig. 2.2.3).. Fig. 2.2.1: Circuito con BJT auto-polarizado..

(39) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. 29. Fig. 2.2.2: Circuito con BJT con varias fuentes.. Fig. 2.2.3. Circuito con MOSFET. Se aspira que con el desarrollo de esta práctica el estudiante llegue a las siguientes conclusiones: . El punto de operación de un BJT se mueve entre las regiones activas, saturación y corte producto de variaciones de la red de polarización que pueden ser variaciones de resistores o de las fuentes de polarización..

(40) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. . 30. Cuando el dispositivo BJT está en corte tanto las uniones base-emisor como la colector-base se polarizan en inverso, cuando está en la región activa la unión base-emisor se polariza en directo y la base-colector en inverso y en la región de saturación ambas uniones están en directo.. . En la región de saturación el voltaje VCE es aproximadamente 0.2V y en la región de corte es aproximadamente igual al voltaje de la fuente de polarización.. . La conducción del MOSFET está condicionada por el voltaje que se aplique entre la compuerta y la fuente, para estos valores la corriente varía, variando el voltaje de salida del circuito que se toma entre el drenador y la fuente.. 2.2.3 Práctica de Laboratorio 3: Aplicaciones de los diodos. Para la siguiente práctica de laboratorio se trazan los objetivos siguientes: . Analizar las formas de onda de salida de los circuitos rectificador de media onda y limitador de un nivel.. Para el montaje del primer circuito, el rectificador de media onda, se escoge el diodo 1N4007. La elección de este diodo en particular responde a que las características de voltaje-corriente del mismo vienen incluidas en el libro de texto de la asignatura (MILLMAN, 1987). Se construye un circuito sencillo que polariza el diodo 1N4002 en directo, el diodo se coloca en serie con una fuente de señal sinusoidal y un resistor de 20KΩ (Fig. 2.3.1). Se aplica la señal al circuito para observar la misma en el resistor. Luego se le añade un capacitor en paralelo con la resistencia y se observa la señal, además se aumenta la capacitancia del capacitor y se observa la nueva señal en la salida..

(41) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. 31. Fig. 2.3.1. Rectificador de media onda. Para la elaboración del segundo circuito se utilizó el diodo 1N4007, una fuente de señal, una fuente de voltaje de CD y un resistor de 1KΩ, el resistor conectado en paralelo con la rama del diodo y la fuente de voltaje (Fig. 2.3.2). Se observa la onda de la fuente de señal en la entrada y en los terminales de la resistencia en el osciloscopio, se varía el valor de la fuente de voltaje para observar los cambios en la señal en la resistencia usando el osciloscopio.. Fig. 2.3.2. Recortador de un nivel..

(42) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. 32. Se aspira que con el desarrollo de esta práctica el estudiante llegue a las siguientes conclusiones: . Un rectificador de media onda deja pasar solo un semiciclo de la señal sinusoidal de entrada en dependencia de la posición del diodo.. . La señal en la salida de un rectificador de media onda se puede filtrar con el uso de un filtro capacitivo, para obtener una señal de naturaleza casi DC.. . La variación de la capacitancia actúa sobre el rizado de la señal de salida del filtro.. . Un limitador de voltaje polarizado recorta la señal sinusoidal en la salida a un valor determinado por la fuente de referencia asociada al diodo, La variación de esta fuente de referencia varia notablemente la forma de onda en la salida.. 2.2.4 Práctica de Laboratorio 4: Amplificadores de pequeña señal. Para la siguiente práctica de laboratorio se trazan los objetivos siguientes: . Comprobar el comportamiento amplificador de las etapas amplificadoras Emisor común con Re y Fuente común con BJT y JFET respectivamente.. Para el montaje del primer circuito se escoge el transistor PN5138 del cual contamos con el datasheet (SEMICONDUCTORS, N.D), cuatro resistores de valores: 10KΩ, 2KΩ, 1KΩ y 200Ω respectivamente y una fuente de voltaje de -12V (Fig. 2.4.1). Se miden los valores de la corriente en el colector y el voltaje colectoremisor y se comprueba que el dispositivo esté en la región activa a través de la medición de la polarización de sus uniones base-emisor y base-colector. A continuación se añade una fuente de señal y se comprueba con el osciloscopio que se esté enviando la señal deseada. Con una resistencia de 100Ω y un capacitor de 1µF se acople se conecta la fuente de señal a la base, además se conecta una resistencia de carga de 5KΩ entre colector y tierra. Se procede a registrar los valores de la corriente por el colector, por la base y el voltaje colectoremisor. Luego se utiliza el osciloscopio para observar la señal de salida y determinar si hay nivel DC en la misma, luego se coloca un capacitor de acople en.

(43) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. 33. la salida y se vuelve a observar la señal comprobándose que desaparece el nivel DC.. Fig.2.4.1. Amplificador emisor Común con Re. Para el montaje del segundo circuito se utilizó un JFET 2N3819, cuatro resistencias de 1MΩ, 200Ω, 1KΩ y 5KΩ respectivamente, tres capacitores de 10µF, 1µF y 1µF respectivamente y una fuente de señal sinusoidal igual a la del circuito anterior (Fig.2.4.2). Se procede a comprobar mediante el uso del osciloscopio la ganancia de dicho circuito..

(44) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. 34. Fig.2.4.2.Amplificador en fuente común.. Se aspira que con el desarrollo de esta práctica el estudiante llegue a las siguientes conclusiones: . Un amplificador con BJT en configuración emisor común ofrece una elevada ganancia de voltaje.. . La onda de salida está invertida 180 grados con respecto a la onda de entrada tanto en los circuitos EC como SC por lo que las ganancias son negativas.. . Los capacitores de acople acoplan la señal a la entrada de los amplificadores y a la resistencia de carga eliminando la componente de DC en dichas señales.. 2.2.5 Práctica de Laboratorio 5: Amplificador Operacional. Para la siguiente práctica de laboratorio se trazan los objetivos siguientes: . Familiarizarse con la forma de onda de salida de algunas aplicaciones de los Amplificadores Operacionales.. Para el montaje del primer circuito se utiliza el amplificador operacional LM741, que es uno de los AO más usados en la práctica, se le dan los valores de +Vcc y – Vcc igual a ±12V respectivamente, y se le coloca una fuente sinusoidal en la.

(45) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. 35. entrada inversora (Fig. 2.5.1), luego se procede a cambiar los valores de amplitud de la fuente sinusoidal y de ±Vcc respectivamente y procedemos a observar la señal de salida con el osciloscopio.. Fig. 2.5.1. Circuito con AO saturado. Para el montaje del segundo circuito también se utiliza el amplificador operacional LM741, se le dan los valores de +Vcc y –Vcc igual a ±12V respectivamente, y se le coloca un generador de señal cuadrada en la entrada inversora (Fig. 2.5.2) y se procede a observar la señal de salida con el osciloscopio.. Fig. 2.5.2. Circuito Integrador. En el tercer circuito de la práctica se usa un amplificador operacional LM741 en una configuración inversora (Fig. 2.5.3), se le aplica una señal sinusoidal a la.

(46) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. 36. entrada y se varía la resistencia de realimentación de modo que varié la ganancia del circuito y se comprueba con la observación de las señales en la salida.. Fig. 2.5.3. Amplificador Inversor. Se aspira que con el desarrollo de esta práctica el estudiante llegue a las siguientes conclusiones: . Un amplificador Operacional a pesar de que su ganancia teórica sea infinita, solo puede entregar a la salida un voltaje máximo igual a +/- VCC, en cuyo caso se dice que el AO está saturado.. . Un amplificador operacional en configuración Integrador devuelve en la salida una onda triangular cuando le entra una onda cuadrada.. . En un amplificador inversor se puede variar el rango de ganancias variando el arreglo de resistencias conectadas a la entrada inversora.. 2.3 Consideraciones finales del capítulo. En este capítulo se expusieron los temas de la asignatura y de ellos se seleccionaron los siguientes para el desarrollo de las prácticas de laboratorio: . Diodo semiconductor.. . Punto de operación del BJT y FET..

(47) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIOS.. . Aplicaciones de los diodos.. . Amplificadores de pequeña señal.. . Amplificador Operacional.. 37. También se describieron cada una de las prácticas diseñadas en cuanto a título, contenido, objetivos y conclusiones a las cuales se aspira que arribe el estudiante luego de su realización. Se considera de inestimable ayuda para el estudiante el contar con cada una de estas guías que le permiten conducir el aprendizaje, desde una perspectiva práctica cada uno de los temas que tocan las mismas..

(48) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO. 38. CAPÍTULO 3. RESULTADOS DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO. En el presente capítulo se muestran los resultados de las simulaciones de las técnicas operatorias de cada práctica de laboratorio virtual realizada, cada resultado está soportado por gráficos y tablas, que ayudan a la comprensión del principio de funcionamiento de cada circuito. 3.1 Resultados del laboratorio 1 Para el montaje del circuito se utiliza una fuente de voltaje de 1V, una resistencia de 500Ω y un diodo 1N4002 conectados todos en serie. Como se puede apreciar en la figura 2.1.1. Se varían los valores de la fuente de voltaje y se procede a medir la caída de voltaje y la corriente en el diodo. Tabla 3.1: Valores de las mediciones de voltaje y corriente en el Diodo1 (D1) V1(V). VD1(V). ID1(mA). 0. 0. 0. 0.5. 0.48. 0.03. 1. 0.61. 0.79. 2. 0.65. 2.7. 4. 0.69. 6.63.

(49) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO. 6. 0.7. 10.6. 8. 0.72. 14.6. 10. 0.72. 18.6. 15. 0.74. 28.5. 39. Al aumentar los valores de la fuente V1 el voltaje y la corriente en el diodo también aumentan, hasta aproximadamente 0.7 V el voltaje, manteniéndose constante para futuros aumentos de la corriente. Para el montaje del segundo circuito del circuito se utiliza una fuente de voltaje de 1V, una resistencia de 500Ω y un diodo 1N4002 conectados todos en serie, pero en este caso invirtiendo la fuente como se observa en la figura 2.1.2. Se varían los valores de la fuente de voltaje y se procede a medir la caída de voltaje y la corriente en el diodo. Tabla 3.2: Valores de las mediciones de voltaje y corriente en el Diodo1 (D1) V1(V). VD1(V). ID1(µA). 1. -1. 0.01. 5. -5. 0.05. 10. -10. 0.10. 15. -15. 0.15. Al aumentar los valores de la fuente V1 el voltaje en el diodo aumenta hasta ser aproximadamente el valor de la fuente, la corriente se mantiene con bajos valores correspondientes a la corriente inversa de saturación (Ios) del diodo..

(50) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO. 40. Para el montaje del tercer circuito se utiliza una fuente de voltaje de 80V, una resistencia de 1KΩ y dos diodos zener 1N5271B y 1N985B conectados todos en serie. Como se puede apreciar en la figura 2.1.3. Se aumentan los valores de la fuente de voltaje y se procede a medir la caída de voltaje en la resistencia y la corriente en el circuito. Tabla 3.3: Valores de las mediciones del voltaje en la resistencia (R3) y la corriente en el circuito. V2(V). VR3(V). Icircuito(mA). 80. 0.00001. 0.00001. 120. 0.00001. 0.00001. 210. 9.8. 9.8. Al aumentar los valores de la fuente V2, mientras no supere los voltajes de ruptura de los dos diodos éstos se comportan como diodos comunes polarizados en inversa, sin embargo al sobrepasar el voltaje de ruptura de ambos comienza la conducción y se observa una caída de voltaje en el resistor (R3) ya que comienza a circular una mayor corriente que oscila entre Iz mínima e Iz máxima especificada por el fabricante en la hoja de datos del dispositivo.. Fig. 3.1: Mediciones del voltaje en la resistencia (R3) y la corriente en el circuito..

(51) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO. 41. 3.2 Resultados del laboratorio 2 Para la elaboración del primer circuito se utilizó una fuente de voltaje de 12V, cuatro resistencias de 200Ω, 1KΩ, 6.2KΩ y 10KΩ respectivamente y el transistor 2N2222A ya que este se encuentra en el libro de texto de la asignatura. Como se puede apreciar en la figura 2.2.1. Se procede a ejecutar la medición del voltaje base-emisor para comprobar la conducción y como era de esperar la caída de voltaje corresponde a la de un diodo en conducción, aproximadamente 0.7 V como se ilustra en la Fig. 3.2.1.. Fig. 3.2.1: Comprobación de la conducción. Seguidamente se varía el valor de la resistencia R3 para realizar mediciones al voltaje colector-emisor y la corriente por el colector. Tabla 3.4: Valores de las mediciones de VCE e IC R3(KΩ). VCE(V). IC(mA). Región. 6.2. 0.1. 1.86. Saturación. 5.6. 0.14. 2.04. Saturación.

(52) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO. 3.9. 3.14. 2.16. Activa. 3. 5.07. 2.16. Activa. 2. 7.23. 2.17. Activa. 1. 9.39. 2.17. Activa. 0.51. 10.5. 2.17. Activa. 0.10. 11.3. 2.17. Activa. 42. Al variar los valores de la resistencia en el colector (R3) se puede apreciar cómo el punto de operación se mueve entra las regiones de saturación y activa. En las siguientes figuras se puede comprobar lo dicho anteriormente ya que para que el transistor esté en la región de saturación (Fig.3.2.2) tiene que darse la condición de que las uniones base-emisor y base-colector estén polarizadas en directa y para el transistor encontrarse en la región activa (Fig.3.2.3) deben estar las uniones base-emisor en directa y base-colector en inversa.. Fig. 3.2.2: Transistor en la región de saturación, BE y BC polarizados en directa..

(53) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO. 43. Fig. 3.2.3: Transistor en la región activa, BE polarizado en directa y BC polarizado en inversa. Tabla 3.5: Valores de las mediciones de VBE, IB, IC y VCE. V4(V). VBE(V). IB(mA). IC(µA). VCE(V). Región. -5. -0.66. 0.29. 590. -1.26. Corte. 0. 0. 0. 0. 0. Corte. 1. 0.0909. ˂0. 0.01. 1. Corte. 5. 0.45. <0. 1.38. 4.99. Activa. 10. 0.64. 0.00644. 1330. 1.46. Activa. 12. 0.65. 0.06. 1860. 0.10. Saturación. Al variar los valores de la fuente de voltaje (V4) se puede apreciar en la Tabla 3.5 el paso del punto de operación del transistor por las regiones de corte, saturación y activa..

(54) CAPÍTULO 3. RESULTADOS DE LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO. 44. Para la elaboración del segundo circuito se utilizaron tres fuentes de voltaje de 5V, -10V y -10V respectivamente, cuatro resistencias de 3KΩ, 360KΩ, 40KΩ y 27KΩ respectivamente y el transistor 2N2222A ya que este se encuentra analizado en el libro de texto de la asignatura (MILLMAN, 1987). El montaje del mismo se puede apreciar en la figura 2.2.2. Tabla 3.6: Valores de las mediciones de VO, VBE e IC. V1(V). VO(V). VBE(V). IC(mA). Región. -10. 3.50. -1. 0.50. Corte. 15. 0.13. 0.63. 1.62. Saturación. 30. 0.09. 0.64. 1.64. Saturación. Se puede apreciar que el transistor nunca alcanza la región activa, el mismo se mantiene entre corte y saturación. Para la elaboración del tercer circuito se utilizaron dos fuentes de voltaje de -40V y -12V respectivamente, estando una de ellas invertidas, dos resistencias, una de 1.14KΩ y otra de 100Ω respectivamente, se planeaba usar el MOSFET 3N163 ya que su descripción y análisis aparece en el libro de texto de la asignatura, pero al no aparecer en la base de datos del Proteus 8 se utiliza el LP0701(SUPERTEX, N.D) que posee características similares. Como se puede apreciar en la figura 2.2.3. Tabla 3.7: Valores de las mediciones de VDS e ID. VGG(V). VDS(mV). ID(mA). -40. 5.06. 9.67. -10. 6.89. 9.67. 0. 23.7. 9.66.