- Analizar las características alinéales de los amplificadores operaciones en aplicaciones electrónicas de consumo e industriales.
- Dibujar la respuesta de salida de un camparador conociendo la señal de entrada.
- Describir el funcionamiento de aplicaciones prácticas de los comparadores.
- Trazar la función transferencia de detectores de nivel y de cruce por cero con o sin histéresis.
- Explicar como la histéresis da una medida de la inmunidad al ruido para los circuitos comparadores.
- 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.
Software aplicado:
- Multisim, Proteus.
1.- Aplicando la configuración de comparadores, diseñar un circuito "Interrumptor 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 50Hz.
- Actuador a relé 1NA+1NC.
a) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
c) Simular el circuito en MULTISIM.
d) Hacer una descripción del funcionamiento del " Interruptor activado por sonido".
a) Circuito esquemático:
1° circuito
Circuito armado con una fuente de un puente de diodos y dos reguladores como el LM7815 y el LM7915 para obtener tension de +15V DC y -15V DC y así poder alimentar al LM339.
El siguiente circuito fue diseñado mas que todo para poder simularlo pero es lo mismo que el anterior :
2° circuito
Formado por un flip flop JK y un relé NA+NC, donde podemos observar que el amplificador operacional pasa a ser como comparador. Pusimos una fuente de 5V con una llave que sería para reemplazar la forma de onda recibida por el micrófono.Cuando el relé cierre la parte de NA será activada la lámpara.
3° circuito
Circuito del micrófono en Proteus:
b) V2 < 0 = Vo --> -Vsat
V2 > 0 = Vo --> +Vsat
c) Simulación del circuito :
d)Describimos el circuito :
En la pata negativa (-) del comparador colocamos dos resistencias y un potenciómetro de 10K, una de las resistencias conectada a +15V y la otra a - 15V esto para obtener una resistencia variable.
Para activar una lámpara aproximadamente se necesita 500mV en Vi, ahora configuramos Vref con unos 450mV asi cuando Vi tenga 500mV se activa a la salida, a esta salida conectamos un BC337 para la corriente y un relé de salida de 12 V, y a la salida del relé una lámpara de 220V.
En el primer circuito vemos que reemplazamos el micrófono por un generador de 500mV- 3.5KHz que como dijimos es lo aproximado para que se pueda activar la lámpara o lo que queremos que es que sea activado por un sonido.
a) Circuito esquemático:
1° circuito
Circuito armado con una fuente de un puente de diodos y dos reguladores como el LM7815 y el LM7915 para obtener tension de +15V DC y -15V DC y así poder alimentar al LM339.
El siguiente circuito fue diseñado mas que todo para poder simularlo pero es lo mismo que el anterior :
2° circuito
Formado por un flip flop JK y un relé NA+NC, donde podemos observar que el amplificador operacional pasa a ser como comparador. Pusimos una fuente de 5V con una llave que sería para reemplazar la forma de onda recibida por el micrófono.Cuando el relé cierre la parte de NA será activada la lámpara.
3° circuito
Circuito del micrófono en Proteus:
b) V2 < 0 = Vo --> -Vsat
V2 > 0 = Vo --> +Vsat
c) Simulación del circuito :
d)Describimos el circuito :
En la pata negativa (-) del comparador colocamos dos resistencias y un potenciómetro de 10K, una de las resistencias conectada a +15V y la otra a - 15V esto para obtener una resistencia variable.
Para activar una lámpara aproximadamente se necesita 500mV en Vi, ahora configuramos Vref con unos 450mV asi cuando Vi tenga 500mV se activa a la salida, a esta salida conectamos un BC337 para la corriente y un relé de salida de 12 V, y a la salida del relé una lámpara de 220V.
En el primer circuito vemos que reemplazamos el micrófono por un generador de 500mV- 3.5KHz que como dijimos es lo aproximado para que se pueda activar la lámpara o lo que queremos que es que sea activado por un sonido.
2.- Se desea implementar un detector de humo.
El proyecto requiere 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. El circuito deberá ser alimentado con la red eléctrica 220 Vca 50 Hz.
a) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
c) Simular el circuito en MULTISIM.
d) Hacer una descripción del funcionamiento del detector de humo.
a) Circuito Esquemático :
b)
Vr3 < 5v = Vo -----> - Vsat
Vr3 > 5v = Vo -----> +Vsat
c) Simulamos el circuito en Multisim:
También en Proteus :
d) En los circuitos usamos un comparador en configuración de nivel, destacamos lo principal de tener Vref ajustable y Vi dependiendo del LDR y una resistencia de 10k a la base del BC337.
En este ejercicio utilizamos un LDR (Light Dependent Resistor, o Resistor Dependiente de la Luz) que es una resistencia cuyo valor varia de acuerdo a la luz a la que esta expuesta, y cuando esté completamente sin luz se activará la lámpara y la alarma sonora. Colocamos un led en la entrada para asegurarnos que la falta de luz es por humo y no por otra cosa. asi cuando lo apliquemos a la placa éste led estará enfrentado con el LDR.
También pusimos para la corriente un transistor a la salida del comparador y un relé de 12V con un diodo 1N4007 en los terminales de la bobina para proteger al transistor bc337.
3.- Diseñar un circuito de un voltímetro.
La escala del mismo deberá ser 0 a 5 V con una sensibilidad mínima de 500mV. Deberá tener un indicador de polaridad.
Se recomienda la utilización de circuitos integrados LM339 en la configuración de detectores de nivel.
a) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia.
c) Simular el circuito en MULTISIM.
d) Hacer una descripción del funcionamiento del voltímetro.
a)
b) V (t. negativo) > V (t. positivo) = Vo = V de alimentacion 9V
V (t. negativo) > V (t. positivo) = Vo = Masa
c)
d) El voltimetro es de 10 comparadores conectadas a un divisor de tension con 10 resistencias iguales y alimentadas, para el primer comparador se pusieron 5 V y a la salida una resistencia seguida de un led y fue descendiendo a 0.5 V por cada comparador. Atra vez del positivo de los comparadores se coloca una tension y e vera cuando se prendan los leds, se iran cuando la tension de cada comparador sea mayor de lo debido.
4.- Se desea implementar un circuito con operacionales que permita medir el grado de desfasaje (0° a 360°) entre dos señales de entrada con indicación en un voltímetro analógico.
a) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
c) Simular el circuito en MULTISIM.
d) Hacer una descripción del funcionamiento del medidor de fase.
Se le colocan 2 señales con el proposito de que a la salida se vea reflejada ese desfasaje, se le fue colocando a cada señal un buffer, luego se le coloco un no inversor a cada señal por separado seguido de un 1n4007 y luego una resistencia de 1K, al final se unen ambas señales insertandose en un pin del clock de un flip flop JK.
Los pines J y K son conectados a Vcc y con un pulsador a Gnd en la salida habra una señal cuadrada con valores logicos 0 y 1 asi se puede saber la diferencia entre sus 2 estados
5.- Partiendo de la configuración de comparadores diseñar un circuito generador de pulsos.
El circuito deberá variar la frecuencia desde 100Hz a 100KHz, con ajuste de ciclo de actividad desde 20% al 80% y salida compatible con familia lógica TTL y CMOS.
a) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
Aclaración: El circuito de arriba no funciona correctamente para cumplir con los objetivos de la actividad propuesta. Debe ser revisado.
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
Los valores utilizados en el circuito anterior son solo ejemplos de pruebas, y por lo tanto no están calculados, pero lo serán al corregir el mismo.
c) Simular el circuito en MULTISIM.
d) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito generador de pulsos.
Los 4 capacitores colocados en la entrada del LM3339 configuran, junto con el potenciómetro P1, la frecuencia a la que trabaja el circuito. Mientras que con los capacitores se establece el cambio de década, es decir, las grandes variaciones, con el potenciómetro se hace el cambio fino para ajustar el nivel de frecuencia deseado.
Para ajustar el ciclo de trabajo (Duty) usamos un potenciómetro P2 junto con una resistencia de valor fijo conectados en serie, los cuales ubicamos en la realimentación del LM339.
6.- Se desea monitorear una batería de 12V.
Los requisitos del funcionamiento del circuito serán:
Cuando el voltaje de la batería cae por debajo de 10.5V se deberá conectar a un cargador.
Cuando el voltaje de la batería alcance los 13.5V, se deberá desconectar del mismo.
Considere que el circuito tiene una alimentación de +/-15V
a) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
Aclaración: El circuito de arriba no funciona correctamente para cumplir con los objetivos de la actividad propuesta. Debe ser revisado.
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
Siendo que Vref = 12V ; M = 1 entonces:
c) Simular el circuito en MULTISIM.
d) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito monitor de cargador de baterías.
El circuito es básicamente un detector de nivel con un relé conectado a la salida.Cuando el nivel de tensión de la batería (simulada por el divisor de tensión en la entrada) es menor a Vlt (10,5V en este caso), el LM339 entrega a su salida un valor igual a la +Vsat, valor que satura al transistor, provocando que el relé, que controla el cargador, se cierre y la batería se cargue.
Al ser el nivel de tensión de la batería superior a Vut (13,5V) la salida del LM339 será igual a -Vsat, con lo que el circuito del relé volverá a abrirse y la batería dejará de cargarse.
c) Simular el circuito en MULTISIM.
d) Hacer una descripción del funcionamiento del voltímetro.
a)
b) V (t. negativo) > V (t. positivo) = Vo = V de alimentacion 9V
V (t. negativo) > V (t. positivo) = Vo = Masa
c)
d) El voltimetro es de 10 comparadores conectadas a un divisor de tension con 10 resistencias iguales y alimentadas, para el primer comparador se pusieron 5 V y a la salida una resistencia seguida de un led y fue descendiendo a 0.5 V por cada comparador. Atra vez del positivo de los comparadores se coloca una tension y e vera cuando se prendan los leds, se iran cuando la tension de cada comparador sea mayor de lo debido.
4.- Se desea implementar un circuito con operacionales que permita medir el grado de desfasaje (0° a 360°) entre dos señales de entrada con indicación en un voltímetro analógico.
a) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
c) Simular el circuito en MULTISIM.
d) Hacer una descripción del funcionamiento del medidor de fase.
Se le colocan 2 señales con el proposito de que a la salida se vea reflejada ese desfasaje, se le fue colocando a cada señal un buffer, luego se le coloco un no inversor a cada señal por separado seguido de un 1n4007 y luego una resistencia de 1K, al final se unen ambas señales insertandose en un pin del clock de un flip flop JK.
Los pines J y K son conectados a Vcc y con un pulsador a Gnd en la salida habra una señal cuadrada con valores logicos 0 y 1 asi se puede saber la diferencia entre sus 2 estados
5.- Partiendo de la configuración de comparadores diseñar un circuito generador de pulsos.
El circuito deberá variar la frecuencia desde 100Hz a 100KHz, con ajuste de ciclo de actividad desde 20% al 80% y salida compatible con familia lógica TTL y CMOS.
a) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
Los valores utilizados en el circuito anterior son solo ejemplos de pruebas, y por lo tanto no están calculados, pero lo serán al corregir el mismo.
c) Simular el circuito en MULTISIM.
d) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito generador de pulsos.
Los 4 capacitores colocados en la entrada del LM3339 configuran, junto con el potenciómetro P1, la frecuencia a la que trabaja el circuito. Mientras que con los capacitores se establece el cambio de década, es decir, las grandes variaciones, con el potenciómetro se hace el cambio fino para ajustar el nivel de frecuencia deseado.
Para ajustar el ciclo de trabajo (Duty) usamos un potenciómetro P2 junto con una resistencia de valor fijo conectados en serie, los cuales ubicamos en la realimentación del LM339.
6.- Se desea monitorear una batería de 12V.
Los requisitos del funcionamiento del circuito serán:
Cuando el voltaje de la batería cae por debajo de 10.5V se deberá conectar a un cargador.
Cuando el voltaje de la batería alcance los 13.5V, se deberá desconectar del mismo.
Considere que el circuito tiene una alimentación de +/-15V
a) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
Siendo que Vref = 12V ; M = 1 entonces:
c) Simular el circuito en MULTISIM.
d) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito monitor de cargador de baterías.
El circuito es básicamente un detector de nivel con un relé conectado a la salida.Cuando el nivel de tensión de la batería (simulada por el divisor de tensión en la entrada) es menor a Vlt (10,5V en este caso), el LM339 entrega a su salida un valor igual a la +Vsat, valor que satura al transistor, provocando que el relé, que controla el cargador, se cierre y la batería se cargue.
Al ser el nivel de tensión de la batería superior a Vut (13,5V) la salida del LM339 será igual a -Vsat, con lo que el circuito del relé volverá a abrirse y la batería dejará de cargarse.
