Diseño de guías de laboratorio para el curso de circuitos impresos.

Abstract

El laboratorio de circuitos impresos está conformado por varios módulos: generador de funciones a partir de un circuito integrado 555, modulación FSK, la implementación de compuertas lógicas, los parámetros del transistor, una etapa de amplificación por medio de transistores y como proyecto final la implementación de un bus de datos. Estos módulos se simularán en un programa computacional conocido como Circuit Maker 2000, siendo éste una herramienta muy útil en el estudio y realización de circuitos electrónicos. En este trabajo se presentarán las guías de laboratorio del alumno y del profesor correspondientes a los parámetros del transistor y la etapa de amplificación. Debido a que la implementación del bus de datos es el proyecto final sólo se incluirá, en la guía del profesor para la etapa de amplificación, una breve descripción y un diagrama sugerido. Para conocer, analizar y determinar los parámetros del transistor se debe manejar ciertos conocimientos teóricos sobre este componente electrónico. Siendo el transistor un componente de tres terminales se iniciara su estudio por medio de la “Teoría de dos puertos”; esta teoría se basa en analizar al componente por medio del análisis de dos puertos, uno de entrada y otro de salida, en los cuales se tiene a los voltajes y a las corrientes de entrada y salida como variables de interés a partir de las cuales se genera una serie de ecuaciones con la cual se encontraran varios parámetros característicos del transistor, entre estos podemos mencionar la “impedancia de entrada en corto circuito”, el inverso a la ganancia de voltaje o “parámetro de relación de voltaje de transferencia en un circuito abierto”, a la ganancia de corriente o “parámetro de relación de corriente de transferencia directa en corto circuito” y por último el “parámetro de admitancia de salida en un circuito abierto”, siendo estos parámetros conocidos como “parámetros híbridos del transistor” debido a que aparecen juntas las configuraciones de Thevenin y de Norton. En este trabajo se usará el transistor el la configuración de emisor común, para el análisis de esta configuración se harán ciertas suposiciones, las cuales se detallarán más adelante, y se tomará el modelo re para obtener datos del circuito equivalente. Conocido el análisis teórico del transistor se procederé a simular dichos parámetros por medio del uso del Circuit Maker 2000. Como primera instancia se generarán las curvas características del transistor (Ic Vrs Vce) por medio del análisis de la simulación del circuito que será proporcionado en la guía, luego teóricamente se calcularán las ecuaciones de la recta “Ic = m * Vce + b” y luego se calculará el Voltaje Early. Los resultados de estos cálculos se anotarán en sus respectivas tablas y servirán para introducirlos como valores iniciales de las distintas simulaciones que nos llevaran a la obtención de las curvas características del transistor. Una vez determinadas estas curvas se procederá a determinar y graficar, por medio de un segundo circuito, el parámetro de ganancia de corriente tanto para señales grande como para pequeñas señales, la resistencia colector-emisor y la resistencia baseemisor; concluyendo así con los parámetros y características del transistor. El segundo tema de este trabajo está enfocado a la etapa amplificadora, la cual tiene como objetivo fabricar y analizar un circuito en el cual se introduzca una señal de amplitud relativamente pequeña y se obtener una señal de la misma forma que la de la de entrada y con una mayor amplitud a su salida, llamando a este fenómeno amplificación. Para este fin se empleará un circuito que conste de un transistor y otros componentes como dispositivo de amplificacion o etapa de amplificación en configuración de emisor común, para esto se deben encontrar dos grupos de gráficas o curvas: las características de entrada o características estáticas de base y las características de salida o características estáticas de colector. En el laboratorio se obtendrán por medio del análisis DC de simulador. El transistor consta de tres regiones de regiones operativas, la de corte, la de saturación, y la activa siendo esta ultima la de mas interés en este trabajo. En la región activa se encuentra el punto Q, establecer correctamente este punto tiene como objetivo que la señal original será amplificada a su mayor intervalo y con la mejor fidelidad posible. Se empleará un circuito de auto polarización o polarización por divisor de voltaje para disminuir las variaciones en el punto Q producidas por alteraciones de la temperatura o variaciones de voltajes y corrientes del circuito. Una vez establecido y analizado el circuito de auto polarización se procederá a diseñar el circuito amplificador teniendo en cuenta varias especificaciones dadas en el laboratorio, luego se calculará la resistencia interna y se llevará a cabo la simulación del circuito. Al tener los datos y simulación del transistor en configuración de emisor común se procederá a construir y analizar un circuito de emisor-seguidor el cual se empleara como acoplador de impedancia. Por último se unirán los dos circuitos, emisor-seguidor y circuito de auto polarización para formar la etapa de amplificación y se someterá a un segundo programa conocido como Trax Maker el cual dará como resultado una plantilla gráfica que podrá ser utilizada para trasladar el circuito simulado a una placa de cobre y con esto se dará por terminada la práctica de la etapa amplificadora.