miércoles, 6 de julio de 2011

Trabajo Práctico Nº 5 : Aplicaciones no lineales de los amplificadores operacionales

Objeto:
  • Analizar las características alinéales de los amplificadores operacionales en aplicaciones electrónicas de consumo e industriales.
  • Dibujar la respuesta de salida de un circuito detector conociendo la señal de entrada.
  • Analizar el funcionamiento de los circuitos limitadores y recortadores.
  • Buscar para los diseños de los circuitos las soluciones prácticas que mejor se adapten a las consignas del presente trabajo práctico.
  • Presentar el informe del TP correctamente en tiempo y en forma.

1- En el limitador representando en la figura 1 los diodos zeners son idénticos (02DZ4. 7).
Si Vi es una señal triangular de 5Vp 100 Hz:

a) Dibujar el circuito en MULTISIM.

b) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.
Este circuito funciona básicamente como un operacional inversor al que se le añaden de forma paralela a la resistencia de realimentación 2 diodos zener conectados de forma opuesta entre sí.Cuando el semiciclo positivo atraviesa esos diodos, el primero está conectado en directa y el segundo en inversa, la salida de tensión es entonces igual a la suma de las tensiones en los diodos:
0,7V + 4,7V = 5,4V (debido a que es un inversor el valor de tensión sería de -5,4V)
Al cambiar la tensión de entrada al semiciclo negativo ocurre lo mismo que antes pero la tensión de salida sería positiva.

c) Simular el circuito y analizar los resultados obtenidos.
 Al simular el circuito, y observando los valores de tensión de entrada y salida mostrados en el punto d), podemos comprobar que el circuito cumple efectivamente con su propósito: mantiene la tensión de salida en el valor que brindan los diodos, pero con una pequeña consideración: la caída de tensión que el multisim le otorga al diodo en inversa es de 1V, por lo tanto los niveles de tensión de salida son de +/- 5,7V.
Al cambiar de semiciclo la señal de entrada la tensión de salida adopta, mediante una pequeña curva, el valor máximo que tenga el semiciclo positivo; y así cambia constantemente.


d) Representar la señal de salida Vo(t).

2.- En el circuito recortador de la figura 2 los diodos son idénticos y de silicio 1N914.
Suponiendo que : vi (t) = 5 V. sen 6280.t

a) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.
La intensidad circula por R1 y atraviesa el nodo de tierra virtual, ahí es cuando el hemiciclo positivo entra por la inversora polarizando en directa al diodo 1 y en inversa al diodo 2, cuando pasa el hemiciclo negativo el diodo 1 queda en inversa y el diodo 2 queda polarizado en directa. Cabe aclarar que el diodo que este en directa va a ser por el cual circule la mayor intensidad de corriente, pasando muy poca por la R2. En la salida pasa por R3 y de ahí cae en la masa. La V1 y la V2 alimentan al integrado y forman una fuente partida.

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.
El circuito funciona como un inversor, con la dferencia que a la salida del 1° operacional se conecta un puente rectificador controlado por 2 potenciómetros, controlando un semiciclo cada uno. Cada potenciómetro, estando al 100%, consigue una Vmax de +/- 5,5V, y estando al 0% la Vmax es de +/- 4,5V, obteniendo así una variación máxima a través de los potenciómetros de 2V. La variación de tención es lineal con respecto a los potenciómetros. El pico constante en la salida se debe al puente rectificador.
El Buffer en la salida hace las veces de "separador" de circuitos, permitiend conectar otro circuito sin que haga de carga para el primero.

b) Observar los cambios de la señal de salida cuando se produce una variación de las tensiones de referencia mediante los potenciómetros R8 y R9 de 1 de 1 Kohm.

R8 y R9 al 100%:
R8 y R9 al 50%:

R8 y R9 al 0%:
 R8 al 0% y R9 al 100%:
 R8 al 100% y R9 al 0%:

c) Dibujar el circuito esquematico con valores comerciales.


d) Simular el circuito en MULTISIM.
Todas las simulaciones hechas con este circuito son mostradas en el punto b).

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 del cual se parte es un rectificador de media onda como el que se ve en la siguiente figura:
En este circuito, y debido a los diodos conectados en la realimentación y la salida, la señal de entrada se transforma en la salida en una de media onda, como la siguiente:
A este circuito se le agregan un operacional inversor y unas pocas resistencias para transformarlo en un retificador de precisión, también llamados de onda completa, siendo éste su circuito:
 Por último, para poder seleccionar el semiciclo en el que la señal de salida se ubica, colocamos a la salida un amplificador inversor de G=1 (0dB), conectado con el circuito principal mediante un switch bidireccional al que se le aplica una señal de control para controlar el semiciclo en que se encuentra la salida,pudiendo ocurrir estas 2 variantes:
  • Cuando la señal de control es de nivel alto, se cierra el circuito e invierte el signo de la salida, ubicándose en el semiciclo positivo.
  • Cuando la señal de control es de nivel bajo, se abre el circuito y mantiene el signo de la salida, ubicándose en el semiciclo negativo.
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
En las 3 partes en las que se divide el circuito la función de transferencia es la misma, y debido a que todas las resistencias usadas son de idéntico valor, también lo es su resultado:



c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.

d) Simular el circuito en MULTISIM.
Tensiones de salida medidas con el osciloscopio:
Con el switch desactivado:
Al activar el switch:
Nota: La tensión de entrada (amarillo) posee un ciclo positivo igual al de la tensión de salida (verde), pero decidimos mas relevante mostrar esta última antes que la primera, la cual permace constante en todo el ejercicio.


5.- El siguiente circuito de la figura 4 es un detector de valor pico positivo.
El interruptor J1 permite hacer la reposición a cero de medición.

a) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.

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.