Trabajo Práctico Numero 6

Aplicaciones practicas de comparadores

Problema 1

Aplicando la configuración de comparadores, diseñar un circuito interruptor activado por sonido con las siguientes características:

-Sensor implementado con un micrófono capacitivo.

-Control de sensibilidad de micrófono variable.

-Alimentación por medio de la red eléctrica 220 Vca 50 Hz.

-Actuador a relé 1NA+1NC.

Diseño del circuito Simulado.

En esta simulación, hemos reemplazado la señal del micrófono por 12V fijos, que se meten a la entrada positiva del comparador por medio de un switch. Como la señal de entrada (Es decir, el sonido entrante) no va a ser siempre de 12 V fijos, hemos colocado en la otra entrada del comparador (-) un valor de referencia ajustable, para diferentes niveles de tensión entrante.

Si el valor de entrada es mayor que el valor de referencia, por medio de una resistencia de pull-up, el comparador aplica una señal alta (un "1" lógico) hacia la base del transistor. De esta forma, cerramos el circuito del relé y la llave NA del relé se cierra, cerrando asi el circuito de la red electrica de 220 Vca 50 Hz, prendiendo la lamparita.

Problema 2

Se desea implementar un detector de humo.

El proyecto requiere de la utilización de una celda fotorresistiva, de forma que según el nivel de humo presente en el ambiente haga activar una alarma sonora y lumínica.

Diseño del circuito Simulado.

En esta simulación, hemos cambiado la LDR (la fotorresistencia) por un Potenciómetro variable. De esta forma podemos simular los cambios que sufre una LDR por cambios de nivel de luz. Conectado a la entrada de una comparador, podemos (por medio de un valor de referencia conectado en la otra entrada del comparador) controlar la señal de la base del Transistor, y de esta forma activar y desactivar la alarma y la lamparita.



Trabajo Practico Numero 5: Aplicaciones no lineales de los A.O.

1. En el limitador representado en la figura 1 los diodos zeners son idénticos (02DZ4.7).

a) Dibujar el circuito en MULTISIM.

b) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito

Se puede observar que mediante la realimentación, este circuito tiene una ganancia de 100 veces. Si la entrada es de 5 Vp de señal triangular, a la salida "debería" salir 500 Vp. Esto no es asi, debido a que la salida del circuito esta limitada por la alimentación a la cual se le aplica al operacional (que es de masmenos 12 Volt) y a su vez, mas limitada aún por los 2 Zeners en la realimentación (En paralelo con la resistencia, y en serie entre ambos Zeners), siendo la tensión de salida de solo 5,7 Vp acercándose mucho a lo que sería una señal cuadrada.

c) Simular y analizar los resultados obtenidos.
d) Representar la señal de salida Vo (t).

2. En el siguiente circuito recortador de la figura 2 los diodos son idénticos y de silicio 1N914.

a) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.

En este circuito inversor, la ganancia es de potencialmente 100 veces. Como hemos dicho antes, la tensión de salida está limitada por la alimentación del A.O. y a su vez, en este caso, de dos diodos que recortan aún mas la señal de salida. Si la entrada es de 5V, la salida recortada por la alimentación y los diodos, será de aproximadamente 600 a 700 mV.

b) Simular el circuito en MULTISIM.

c) Representar Vo (t).

3. El circuito de la figura 3 representa un circuito amplificador limitador.

a) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.



b) Observar los cambios de la señal de salida cuando se produce una variación de las tensiones de referencia mediante los potenciómetros R1 y R2 de 1 de 1Kohm.

En esta imagen notamos 4 cambios en el semiciclo negativo, debido a variaciones del potenciómetro R1:
   A) Aquí, el potenciómetro esta al máximo. Se puede observar que el valor pico es mas elevado, de aproximadamente -5,6V y -5,8V.
   B) En estos puntos, el valor del potenciómetro se va alterando de 100% a 50%.
   C) En el punto C, el potenciómetro se encuentra al 50% de su capacidad resistiva. Valor de aproximadamente -4,2V y -4,4V.
   D) Por último, en el punto D, el valor del potenciómetro es 0. Valor de aproximadamente -3,8V y -3,9V.

En este gráfico, se encuentran 3 puntos en donde el semiciclo superior cambia de amplitud, debido a variaciones del potenciómetro R2:

   A) Potenciómetro al 0% de su capacidad resistiva. El valor pico es el menor posible para este circuito. Valor de aproximadamente 3,8V y 3,9V.

   B) Potenciómetro al 100% de su capacidad resistiva. El valor pico positivo de la onda, es el mayor posible para este circuito. Valor de aproximadamente 5,6V y 5,8V.

   C) Potenciómetro al 50% de su capacidad resistiva. El valor pico se encuentra en el medio de los dos extremos. Valor de aproximadamente 4,2V y 4,3V.

c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
d) Simular el circuito en MULTISIM.

4. Se desea implementar un rectificador de precisión de manera que con una señal de control podamos seleccionar que sea positivo o negativo.

a) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.

El circuito contiene un rectificador de media onda, a su salida, se encuentra un opreacional con configuracion inversora, el cual tiene la funcion de convertir el circuito en un rectificador de precisión positivo.
Se le conecta un switch a un operacional inversor para abrir o cerrar el circuito, mediante pulsos de control.En el caso de que se cerrara, el circuito sería un rectificador de presición negativo, en caso de abrirse, sería positivo.


b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.


c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
El circuito ya contiene valores comerciales

d) Simular el circuito en MULTISIM.



5. El siguiente circuito de la figura 4 es un detector de valor pico positivo.

a) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.

El circuito contiene una etapa, una es un rectificadr de tencion, y la otra es un integrador

b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.


c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.


d) Simular el circuito en MULTISIM.

Trabajo Practico Numero 4 : A.O. Integrador y Diferenciador

Ejercicio 1
Determinación de la respuesta en frecuencia para un circuito integrador con amplificador operacional inversor:
a) Dibujar el circuito de la figura 1 utilizando software aplicado.

b) Mediante la utilización del "Bode Plotter" graficar la respuesta en frecuencia de Magnitud, para un rango de 1 Hz a 100 KHz. Seleccione la escala vertical de la ganancia desde 0 dB a 30 dB.

c) Determine la frecuencia de corte y el ancho de banda (Marcar dichos valores en la curva de respuesta en frecuencia).

Frecuencia de corte: 158,7 KHz

Ancho de banda: 158,7 KHz

d) Mediante la utilización del "Bode Plotter" graficar la respuesta en frecuencia de Fase, para un rango de 1 Hz a 100 KHz. Seleccione la escala lineal del ángulo de la fase desde 90° a 180°.

e) Determinar el valor de la fase a la frecuencia de corte a 100 Hz, a 1 KHz y a 5 KHz.

Frecuencia de corte: 100 Hz

Frecuencia de corte: 1 KHz

Frecuencia de corte: 5 KHz

f) Calcular analíticamente la expresión de la transferencia de tensión en el circuito integrador práctico. ¿Cuál es el comportamiento de este circuito en función de la frecuencia?

Ejercicio 2
Análisis del comportamiento del circuito integrador con diferentes funciones en el dominio del tiempo.
a) Dibujar el circuito de la figura 2 utilizando software aplicado.

b) Aplicar una señal de onda cuadrada con el generador de funciones de 100 Hz y una amplitud de 1Vp. Observar las formas de onda de entrada y salida con el osciloscopio. Graficar la señal de entrada en el Canal A y compararla con la señal de salida en el Canal B, hacer comentarios.

Escalas con el osciloscopio
Canal A: 1 V/División
Canal B: 5 V/División
Tiempo: 5 ms/División

c) Repetir las mediciones del punto b) con una onda cuadrada de 1 KHz y 5 KHz y graficar las formas de onda.

Onda cuadrada de 1 KHz

Escalas con el osciloscopio

Canal A: 1 V/División

Canal B: 1 V/División

Tiempo: 0,5 ms/División

Onda cuadrada de 5 KHz

Escalas con el osciloscopio

Canal A: 0,5 V/División

Canal B: 0,5 V/División

Tiempo: 0,1 ms/División

d) Repetir las mediciones del punto b) con una onda triangular de 1 KHz y 5 KHz y graficar las formas de onda.

Onda triangular de 1 KHz

Escalas con el osciloscopio

Canal A: 1 V/División

Canal B: 1 V/División

Tiempo: 0,5 ms/División

Onda triangular de 5 KHz

Escalas con el osciloscopio

Canal A: 0,5 V/División

Canal B: 0,1 V/División

Tiempo: 0,1 ms/División

e) Indique los rangos en que el circuito integra y márquelos en la curva de respuesta en frecuencia.

Ejercicio 3

Determinación de la respuesta en frecuencia para un circuito derivador con amplificador operacional inversor:

a) Dibujar el circuito de la figura 3 utilizando software aplicado.

b) Mediante la utilización del "Bode Plotter" graficar la respuesta en frecuencia de Magnitud, para un rango de 1 Hz a 20 KHz. Seleccione la escala vertical de la ganancia desde 0 dB a 50 dB.

c) Determine la frecuencia de corte y el ancho de banda (Marcar dichos valores en la curva de respuesta en frecuencia).

d) Mediante la utilización del "Bode Plotter" graficar la respuesta en frecuencia de Fase, para un rango de 1 Hz a 20 KHz. Seleccione la escala lineal del ángulo de la fase desde 0° a -180°.

e) Determinar el valor de la fase a la frecuencia de corte a 100 Hz, a 1 KHz y a 5 KHz.

f) Calcular analíticamente la expresión de la transferencia de tensión en el circuito integrador práctico. ¿Cuál es el comportamiento de este circuito en función de la frecuencia?

Ejercicio 4

Análisis del comportamiento del circuito derivador con diferentes funciones en el dominio del tiempo.

a) Dibujar el circuito de la figura 4 utilizando software aplicado.

b) Aplicar una señal de onda cuadrada con el generador de funciones de 100 Hz y una amplitud de 1Vp. Observar las formas de onda de entrada y salida con el osciloscopio. Graficar la señal de entrada en el Canal A y compararla con la señal de salida en el Canal B, hacer comentarios.

Escalas con el osciloscopio

Canal A: 5 V/División

Canal B: 5 V/División

Tiempo:  5 ms/División

c) Repetir las mediciones del punto b) con una onda cuadrada de 1 KHz y 5 KHz y graficar las formas de onda.

Con 1kHz :

Escalas con el osciloscopio

Canal A:5 V/División

Canal B:5 V/División

Tiempo: 500 us/División

Con 5kHz :

Escalas con el osciloscopio

Canal A: 5 V/División

Canal B: 5  V/División

Tiempo: 500  us/División

d) Repetir las mediciones del punto b) con una onda triangular de 1 KHz y 5 KHz y graficar las formas de onda.

Con 1kHz :

Escalas con el osciloscopio

Canal A:  5 V/División

Canal B: 5 V/División

Tiempo: 200  us/División

Con 5khz :

Escalas con el osciloscopio

Canal A: 5  V/División

Canal B: 5  V/División

Tiempo: 500  us/División

e) Indique los rangos en que el circuito integra y márquelos en la curva de respuesta en frecuencia.

f) Redacte las conclusiones finales del presente trabajo práctico.

Trabajo Practico Numero 3 : Respuesta en Frecuencia.

Ejercicio 1

a) Dibujar el circuito de la figura 1 utilizando software aplicado.

b) Aplicar a la entrada una señar senoidal de 10 Hz 20 mVp

c) Verificar practicamente realizando una simulacion con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema, y calcular el valor de la ganancia de tensión y expresarla en dB.

d) Repetir el punto anterior para otros valores de frecuencia hasta los 200 kHz completando la siguiente tabla:

e) Con los valores obtenidos en la tabla determinar la curva de la respuesta en frecuencia, graficando la variacion de la ganancia de tensión en dB, en función de la frecuencia en escala logaritmica.

f) Determinar las frecuencias de corte, es decir aquellos valores en la que la ganancia de tensión haya disminuido -3 dB de su valor máximo, marcar dichos valores en la curva y derterminar el ancho de banda de la respuesta en frecuencia.

g) Modificar el circuito anterior tal como muestra la figura 2.

h) Repetir para esta nueva configuracion los puntos b), c), d), e).

 

i) Graficar respuesta en frecuencia, y determinar nuevamente las frecuencias de corte y el BW, hacer comentarios.

j) A continuación determinaremos la frecuencia de corte superior del circuito de la figura 2 mediante mediciones en régimen transitorio. Para ello reemplazaremos el generador de señal senoidal por uno de onda cuadrada de 25 mVpp, 1KHz.
k) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema midiendo el tiempo de crecimiento (rise time) y graficar la señal de entrada y salida.

Color Rojo: Tensión de Salida hasta 2,5 Vp
Color Naranja: Tensión de Entrada 20 mVp

l) Calcular el valor de la frecuencia de corte inferior, mediante la siguiente fórmula:

m) A continuación determinaremos la frecuencia de corte inferior del circuito de la figura 2 mediante mediciones de régimen transitorio. En este caso excitaremos el circuito con una onda cuadrada de 25 mVpp, 50 Hz.

n) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema midiendo la inclinación (tilt) y graficar la señal entrada y salida.

o) Calcular el valor de la frecuencia de corte inferior, mediante la siguiente fórmula:

p) Con los valores obtenidos l) y o), determinar el BW, y comparar con los valores determinados en el punto i). Hacer comentarios.

Ejercicio 2

a) Dibujar el circuito de la figura 3 utilizando software aplicado.
b) Aplicar a la entrada una señal senoidal de 10 Hz 25 mVp.

c) Verificar prácticamente realizando una simulación con software aplicado, el valor de la tensión a la salida del sistema, y calcular el valor de la ganancia de tensión y expresarla en dB.

d) Repetir el punto anterior para otros valores de frecuencia hasta los 500 KHz completando la siguiente tabla:

e) Con los valores obtenidos de frecuencia en la tabla determinar la curva de la respuesta en frecuencia, graficando la variación de la ganancia de tensión en dB, en función de la frecuencia en escala logarítmica.

f) Determinar las frecuencias de corte, es decir aquellos valores en la que la ganancia de tensión haya disminuido - 3 dB de su máximo, marcar dichos valores en la curva y determinar el ancho de banda de la respuesta en frecuencia.

g) Modificar el circuito anterior tal como muestra la figura 4.

h) Repetir para esta nueva configuración circuital los puntos b), c) ,d) ,e).