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CIRCUITOS ELECTRÓNICOS INTEGRADOS

LABORATORIO Nº4

“Circuitos Comparadores”

Alumnos : Grupo Semestre Fecha de entrega

: : :

Profesor: Hora:

Nota:

FECHA

ANÁLISIS DE TRABAJO SEGURO (ATS)

2.

5.

3.

6.

FIRMA

4.

CARACTERÍSTICAS DE EQUIPOS Y HERRAMIENTAS:

PASOS DE LA TAREA

OTROS RIESGOS (ESPECIFICAR PARA CADA PASO)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

MES

EQUIPO DE TRABAJO FIRMA

SESIÓN N°

FIRMA

TALLER

FIRMA

AMBIENTE:

1. ALUMNOS (Apellidos y Nombres)

LABORATORIO

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DOCENTE:

DIA

FIRMA

FIRMA

TAREA:

MEDIDAS DE CONTROL

AÑO

Laboratorio 04 “Circuitos Comparadores”

I.

II.    

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OBJETIVOS a) Contrastar conceptos de lazo abierto en circuitos comparadores. b) Verificar el funcionamiento del comparador inversor y no inversor. MATERIAL Y EQUIPO 01 Modulo Universal Lucas Nülle. 01 Multímetro digital. 01 osciloscopio. Resistencias. III.

  

Conectores. Amplificador Operacional. Software de Simulación.

FUNDAMENTO TEORICO.

Un Amplificador Operacional puede ser utilizado para determinar cual de dos señales en sus entradas es mayor. (se utiliza como comparador). Basta con que una de estas señales sea ligeramente mayor para que cause que la salida del amplificador operacional sea máxima, ya sea positiva (+Vsat) o negativa (Vsat). Esto se debe a que el operacional se utiliza en lazo abierto (tiene ganancia máxima). La ganancia de un amplificador operacional es de 200,000 o más y la fórmula de la señal de salida es: Vout = AOL (V1 – V2), donde: Vout = tensión de salida AOL = ganancia de amplificador operacional en lazo abierto (200,000 o más) V1 y V2 = tensiones de entrada (las que se comparan) Vout no puede exceder la tensión de saturación del amplificador operacional, sea esta saturación negativa o positiva. normalmente este valor es aproximadamente unos 2 voltios menor que el valor de la fuente (V+ ó V- )

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Del gráfico se ve que el valor de la entrada en V2 es mayor que la de V1 (que se utiliza como referencia y tiene un valor fijo), hasta que en un momento t1, V2 cambia y ahora es menor que V1. Como V2 está conectado a la entrada no inversora del operacional, la salida (Vout) está en saturación positiva, hasta que llega a t1, en donde la salida ahora está en saturación negativa. EL COMPARADOR NO INVERSOR En este comparador la tensión de referencia se aplica a la entrada inversora, y la señal a detectar será aplicada a la entrada no inversora. La tensión de referencia puede ser positiva o negativa. Si la señal a detectar tenga una tensión superior a la tensión de referencia, la salida será una tensión igual a +Vsat (tensión de saturación positiva). Si la señal de entrada tiene una tensión inferior a la señal de referencia, la salida será igual a -Vsat (tensión de saturación negativa) EL COMPARADOR INVERSOR En este comparador la tensión de referencia se aplica a la entrada no inversora, y la señal a detectar será aplicada a la entrada inversora. La tensión de referencia puede ser positiva o negativa. Si la señal a detectar tenga una tensión superior a la tensión de referencia, la salida será una tensión igual a -Vsat (tensión de saturación negativa). Si la señal de entrada tiene una tensión inferior a la señal de referencia, la salida será igual a +Vsat (tensión de saturación positiva). Disparador Schmitt La realimentación negativa en un amplificador tiende a mantenerle dentro de la región lineal y una realimentación positiva fuerza a ese amplificador a operar en la región de saturación. Un disparador Schmitt es un comparador regenerativo con realimentación positiva que presenta dos tensiones de comparación a la entrada, VTH y VTL , en función del estado de la salida.

La VTC de estos circuitos presenta histéresis y por ello también se les denomina comparador con histéresis. Sus principales aplicaciones se encuentran en el campo de comunicaciones digitales debido a su capacidad de eliminar ruidos y en circuitos generadores de formas de onda. En la figura 9.10.a se muestra el esquema de un disparador de Schmitt inversor formado por un Amplificador operacional o un comparador. Las resistencias R1 y R2 introducen una realimentación positiva en el circuito que fuerza a operar al OA en saturación.

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La tensión de entrada Vi es comparada con Vp ; esta tensión se obtiene a través del divisor de tensión formado por R1 y R2 de forma que:

Como Vo puede tener o threslhold definidos por:

dos estados (VOH ,

VOL),

existen

dos

tensiones

umbrales

En la figura 9.10.b se describe la VTC de este disparador Schmitt. Esta curva se obtiene fácilmente a partir de las ecuaciones 9.5 y 9.6. Cuando la Vi es muy negativa se verifica que V Vp = VTH y se producirá un cambio en la salida del comparador resultando que Vo = VOL y Vp = VTL (tramo 2 y 3 de la VTC); la tensión de comparación es ahora VTL. Si se disminuye Vi se produce un nuevo cambio en la salida del comparador cuando Vi < Vp = VTL resultando que Vo = VOH y Vp = VTH (tramo 4 y 1 de la VTC). El efecto de esta VTC se pone de manifiesto en las formas de onda de entrada-salida que se muestra en la figura 9.10.c. El cambio en la salida del comparador únicamente se produce cuando la tensión de entrada Vi alcanza el valor de VTL o VTH. Esta característica le hace idóneo en entornos industriales con alto ruido en donde los comparadores originan múltiples transiciones de salida.

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Procedimiento PARTE I: Comparador no Inversor A. Implemente el circuito mostrado con un potenciómetro de 10K, conteste las preguntas:

B. Mida el voltaje en R2: _____2.567V_________________ C. Teóricamente este voltaje debería ser: ____2.5V_________________ D. Coloque el potenciómetro a Tierra, el voltaje de salida es _______-12.85______________ E. Coloque el potenciómetro a Positivo, el voltaje de salida es ______13.00______________ F. Coloque el potenciómetro a la mitad, el voltaje de salida es ___-12.67_________________ G. Cuando el voltaje del potenciómetro es mayor al voltaje del divisor formado por R1 y R2, el voltaje de salida es positivo H. Intercambie los terminales del OPAMP, repita la experiencia y explique qué sucede: A tierra=13 A positivo=-12.85 A media tensión =13.02

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I. En el circuito original, en lugar del divisor de R1 y R2, coloque una señal TRIANGULAR de 5 voltios pico. Varíe el potenciómetro hasta obtener los Voltajes de referencia indicados. Capture las pantallas del Generador de Señales y del Osciloscopio.

Vref=0V

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Vref=2V

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Vref=4.23V

J. Intercambie los terminales del OPAMP, repita la experiencia, copie los graficos y explique qué sucede: ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

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A2v

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A 0v

A 4v 10ms 10V

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PARTE II: COMPARADOR DE VENTANA Un comparador de ventana permite saber si una señal o nivel de tensión / voltaje está dentro o fuera de un límite aceptable de voltajes previamente definido. Con ayuda de un comparador que controle el nivel de voltaje superior y otro comparador que controle el nivel de voltaje inferior, se puede implementar un comparador de ventana.. - Utilizando resistencias y Opam’s, implemente un comparador de ventana. - Establezca los niveles Umax y Umin, sustentar sus cálculos. - Grafique (capture las pantallas del osciloscopio) los resultados

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0BSERVACIONES Y CONCLUSIONES (Cinco de cada una) _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________