C16 - LABORATORIO 06 - Comparador Regenerativo

Circuitos Electrónicos Integrados IV Ciclo

Laboratorio N° 6

Comparadores – Parte 2 Curso:

Circuitos Electrónicos Integrados

Lab. Nro.:

06

Tema: Comparadores – Parte 2 Observaciones:

Sección:

Mesa Nro.:

2

Fecha:

28/09/17

Participantes Nombres Rinathan David Victor Kennedy Alfredo Mauri

Nro. Apellidos Villca Mamani Sulca Mancha Alania Payano

Profesor: Edgard Oporto 2017-II Comparadores 1

LAB. N° 6 – Comparadores – Parte 2

Objetivos 1. Entender el funcionamiento de los comparadores. 2. Identificación de los comparadores regenerativo y ventana. 3. Conocer ventajas e inconvenientes de esos dos tipos de comparadores.

Equipos y Materiales      

Osciloscopio Fuente de alimentación dual Generador de funciones Protoboard 01 - TL082 Cables de conexión

Introducción La función del comparador consiste en cotejar dos tensiones, obteniéndose como resultados dos posibles situaciones, correspondientes a los niveles alto o bajo. Sabemos que, en lazo abierto, el amplificador operacional se comporta como un detector de nivel cuyas salidas corresponden a los máximos o tensiones de saturación del componente.

Realimentación positiva La realimentación negativa fuerza a un circuito a operar en la región lineal, amplificación inversora o no inversora según el circuito, en nuestro caso, con el amplificador operacional consideramos nula o casi nula la tensión diferencial de entrada al componente. Por el contrario, la realimentación positiva fuerza la salida a saturación, lo que crea un desequilibrio entre las tensiones presentes en la entrada inversora y no inversora del Amplificador. Una aplicación de los comparadores es en la generación de señales del tipo de PWM. Cualquier OPAMP puede realizar está función, pero en el mercado existen OPAMPs dedicados exclusivamente a la función de comparar y/o de tener salidas con valores máximos definidos.

PROGRAMA DE FORMACIÓN REGULAR

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Procedimiento Fundamento Teórico El comparador compara una tensión variable con otra, normalmente constante, denomina tensión de referencia, dando a la salida una sensitiva o negativa. Se basan en hacer trabajar a saturación de los A.O. dando a la salida una tención Vcc, de los cuales exciten don tipos de comparadores. un comparador operacional puede ser utilizado para determinar cuál de las dos señales en sus entradas es mayor. Basta que una de estas señales sea ligeramente mayor para que cause que la salida del amplificador operacional sea máxima, ya sea positiva(+Vsat) o (-Vsat). La ganancia real de un amplificador operacional es de 200,000 o mas y la formula de la señal de salida es : Vout= AOL( V1 – V2)

Donde

Vout=Tensión de salida AOL= Ganancia del amplificador operacional en lazo abierto (200000 a mas)

V1 y V2 = Tensiones de entradas que se comparan

Figura 1


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Efectos del ruido sobre los circuitos comparadores La Fig. 2 muestra el efecto de superponer una señal cuadrada a una sinusoidal en un comparador no inversor basado en AO de propósito general. En general el ruido es un proceso aleatorio, y la figura 2 debe considerarse con fines didácticos

Figura 2

Falsos cruces por cero provocados por una señal de ruido en un comparador no inversor basado en AO de propósito general. Esta situación no es deseable en un comparador. Los circuitos que incorporan la realimentación positiva se denominan comparadores “regenerativos” o disparadores de Schmitt, en honor al investigador que los implantó. A continuación empiezan los ejemplos. Detector de cruce por cero con histéresis Por ahora se consideran AOs de propósito general. El primer circuito se muestra en la figura 3. Se trata de un comparador inversor (entrada por la terminal inversora) regenerativo (posee realimentación negativa).

Figura 3- Comparador regenerativo


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Procedimiento 1 – COMPARADOR REGENERATIVO 1. Armar el circuito con el lazo de « realimentación negativa » abierto (sin los diodos DZ 1 y DZ2).

Figura 1 - OPAMP conectado como circuito comparador regenerativo

Figura 2- Circuito real


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2.

Dibujar la forma de onda de salida y medir los valores de pico (positivo y negativo). Indicar las escalas empleadas.

Figura 3- Grafica de circuito Simulado y de circuito real Voltaje de salida 3. Comparar los resultados de salida con los teóricos y explicar lo que se observa en la salida.

Valor teórico Vi < Va Va= (Vo * K) / (R1 + R 2) Va=(12v * 10kΩ)/(10kΩ + 1kΩ)

Va=10.90v

Vi=5v

Valor Real

Vin

Vout o (saturación)

Como se puede observar en la figura 3. La onda cuadrada azul representa la salida y la onda amarilla la entrada del Opamp, dicha onda o señal se salida esta invertida y tiene histéresis. La salida se satura ya que su ganancia es demasiada elevada y además que no es de lazo cerrado. Al comparar los valores de la simulación con los valores teóricos son aproximadamente exactos, de manera que cumple con los valores teóricos


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4.

Colocar los diodos Zener D1 y D2 en el lazo de « realimentación negativa», como se indica en la Figura 1.

Figura 5- Circuito Opamp regenerador con lazo de realimentación negativa en Simulación

Figura 6- Circuito Real


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LAB. N° 6 – Comparadores – Parte 2 5.

Dibujar la forma de las señales de entrada y salida. Medir los valores de pico (positivo y negativo)

Figura 7- Grafica de Circuito real y en simulación

Vin

Vout

6. Explicar lo que se observa en la salida. Como se puede observar la señal sinusoidal de color amarillo es la señal de entrada y la señal cuadrada de color azul es la salida del Opamp que está limitada por los diodos Zener, Debido a que son reguladores de voltaje, de manera que la salida del Opamp no estará afectada por la elevada ganancia del Opamp, por lo tanto no se el Opamp no se saturara, Dicho circuito presenta histéresis (figura 6).


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2 – COMPARADOR DE VENTANA

Figura 2 - OPAMP conectado como comparador de ventana 1. Ajuste el generador de funciones a 10 Vp de onda triangular con una frecuencia de 1 KHz. 2. Ajuste la tensión de entrada (-) del comparador inferior en 4.5V. 3. Ajuste la tensión de entrada (+) del comparador inferior en 5.5V. 4. Observe y dibuje las ondas de tensión en la entrada y en la salida. Indique las escalas.


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Comente como funcional este comparador: Este comparador de ventana permite variar la señal de salida, solo dentro un rango establecido por los voltajes de referencia en las dos entradas de los opamps. La señal de salida es cero, mientras que en la alimentación a las entradas no esté dentro del rango establecido. Pero si está dentro del rango, ambas salidas serán positivas. Por lo tanto la señal en la salida será positiva y habrá un pulso, pero si no se queda en cero ya que si no están dentro del rango establecido siempre serán las salidas diferentes, una negativa y la otra positiva, se mantenga en cero y si son iguales, ambas positivas, regula el voltaje a 10V. la salida funciona como una puerta lógica AND.

5. Cómo afecta a la salida variar la señal en la entrada no inversora. Permite que, si es mayor a su voltaje de referencia negativa y menor al voltaje de referencia en la entrada positiva del otro opamp, sus salidas serán positivas en ambos. Cómo afecta a la salida variar la señal en la entrada inversora. Permite que, si su rango es menor a su voltaje de referencia positiva y menor al voltaje de referencia en la entrada negativa del otro opamp, sus salidas serán positivas en ambos. |


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APLICACIÓN DE LO APRENDIDO Se requiere monitorear la temperatura de un horno. Si esta se encuentra fuera del rango entre T1 y T2 debe activarse una luminaria roja y una sirena, caso contrario solo una luminaria verde. La temperatura se mide con un sensor en el rango de 100 a 1200 °C equivalentes a una resistencia variable con la temperatura en el rango de 2K a 12K. Diseñe y simule el circuito solicitado para alertar en caso el horno salga del rango comprendido entre 900 y 1100°C. Considerar que estas temperaturas deben poder ajustarse o modificarse fácilmente en el circuito en caso sea necesario. Es decir, plantear una solución general.

APLICACIÓN En la aplicación presentada la comparación de un rango de tensiones que se reemplazan a las tensiones teniendo en cuanta la proporcionalidad que se indica en la guía. Aquí los OP AMP conectan sus salidas, las entradas con potenciadores que van a variar las tensiones de entrada de los OP AMP; de acuerdo al valor del potenciómetro (que se puede variar) se va a determinar si está dentro o fuera del rango de las temperaturas. La salida de los OPAMP será comparada con el tercer OPAM y se tendrá el valor que activa un relay para que e encienda el LED de acuerdo el valor, si está fuera del rango el LED rojo encenderá; de lo contrario el LED verde será el que se encienda. Como se muestra en la primera figura 1, el potenciómetro abre al 100%; lo que hace que la tensión de salida sea menor al rango. En la figura 2, el valor del potenciómetro es de 45%, por ello este valor está en el rango de valores y enciende el led verdae; cuando el potenciómentro tiene un valor < a 10% la tensión es mayor al rango y hace que el led rojo vuelva a encender.

Figura 1: Valor de la tensión de entrada menor al rango.


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Figura 2: Valor de la tensión de entrada dentro del rango.

Figura 3: Valor de la tensión mayor al rango.


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Conclusiones: Con el comparador de ventana que simulamos, podemos variar la señal de salida, en función al rango de los voltajes de referencia en ambas entradas ( una inversora y la otra no inversora) creando asi pulsos en la señal de salida. Que son como ventanas. Las salidas del comparador de ventana por estar unidas actúan como una puerta lógica AND. Si ingresa una señal con pueden provocar datos erróneos en la salida de un comparador El voltaje de un comparador de lazo abierto con realimentación positiva siempre se satura aproximadamente al nivel de voltaje a la que esta siendo alimentado


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RUBRICA DE EVALUACION

Realización Resultados del laboratorio

Puntos

Circuito 1 Circuito 2

8

Aplicación de lo aprendido

4

Observaciones y conclusiones

2

Redacción

2

Test

4 Total


20

14

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