UMNG. Santiago Rondón Cárdenas. Practica 13
1 Rondón Cárdenas, Daniel Santiago. Universidad Militar Nueva Granada
Practica 13: EL AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO COMPARADOR DE VENTANA
Resumen
Con la presente práctica se pretende utilizar el amplificador operacional como comparador de ventana, el cual compara una entrada con 2 voltajes de referencia y arroja un voltaje dependiendo si la entrada es menor o mayor a dichos rangos. Para ello utilizaremos 2 amplificadores operacionales 741. Abstract In the present practice we pretend to use the operational amplifier as operational amplifier window detector, which compare an input with 2 references voltage and let out a voltage depending if the input is lower or higher than the ranges. To implement it we will use 2 operational amplifiers 741. Palabras Clave Amplificador operacional Comparador Comparador de ventana
I. OBJETIVO Diseñar e implementar comparador de ventana que prenda y apague un par de leds, dependiendo de 2 voltajes de referencia II. MARCO TEÓRICO Un comparador de ventana permite saber si una señal o nivel de tensión está dentro o fuera de un límite aceptable de voltajes previamente definido. Con ayuda de un comparador (amplificador operacional) que controle el nivel de voltaje superior y otro comparador que controle el nivel de voltaje inferior, se puede implementar un comparador de ventana. El nivel de tensión / voltaje que se desea censar (Vin) se aplica a la entrada inversora del amplificador operacional que controla el límite superior (ver Vh) y también a la entrada no inversora del amplificador operacional que controla el límite inferior (ver VL).
Estableciendo el voltaje límite superior y el voltaje límite inferior en los terminales Vh y Vl, se define el rango de voltajes para el cual la salida del comparador de ventana estará activa. Cálculos Datos suministrados: Voltaje 1= 5V Voltaje 2= 2,5 V Voltaje de polarización = 12 V El circuito debe prender un led cuando esté por debajo de 2,5 V, debe apagar ambos leds cuando este entre 2,5 y 5 V, y debe prender el otro led cuando esté por encima de 5V III. MATERIALES EMPLEADOS Protoboard Resistencias ¼ W Amplificador Operacional 741 Capacitores electrolíticos 50V Leds Multímetro Fuente de voltaje DC Cables de fuente Generador de señales AC Cable de generador Osciloscopio Sondas Potenciómetro lineal IV. JUSTIFICACIÓN DE MATERIALES Protoboard: se usa debido a que es fácil y practica a la hora de realizar montajes como los de esta práctica
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Resistencias ¼ W: Es un elemento asequible, y de fácil reposición Amplificador Operacional 741: Es un dispositivo de fácil manejo, con un único amplificador dentro del empaquetado, lo que facilita la distribución de los demás dispositivos. Capacitores Electrolíticos: Son fácilmente manipulables con corriente alta y baja frecuencia. Leds: Son ideales para hacer visible el paso de corrientes y la amplitud de voltajes Simulación: A. Simulación del montaje. Voltaje menor de 2,5 v
Figura 1: simulación en proteus 8
V. ANÁLISIS DE RESULTADOS Durante la práctica se utilizó una señal senoidal de baja frecuencia como entrada del comparador, simulando los voltajes arrojados por un posible sensor. Debido a que la máxima amplitud alcanzada por el generador de señales es de 10V fue necesario cambiar el voltaje de referencia mayor a 4, pues en el semi-ciclo positivo el valor positivo más alto es 5, y para que no fuera necesario agregar una fuente de voltaje más se realizó un divisor de voltaje con 2 resistencias de 1k, obteniendo 2V para el voltaje de referencia menor.
Con voltaje mayor 2,5 y menor a 5
Inicialmente la señal de entrada empezaba desde cero y tenía una amplitud de 10V pico a pico, con lo que obteníamos el siguiente comportamiento:
Voltaje mayor a 5v
En la gráfica el área acotada por el recuadro rojo representa la venta del comparador, es decir la línea
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inferior del recuadro equivale a 2V y la superior a 4V. Cuando la señal se encontraba ubicada bajo el recuadro rojo el led 1 se prendía, cuando estaba dentro del recuadro ambos leds estaban apagados, y cuando estaba por encima del recuadro rojo se encendía el led 2. Evidentemente el tiempo que permanecía encendido el led 1 es considerablemente mayor al tiempo muerto (cuando los 2 leds están apagados) y al tiempo en que el permanecía encendido el led 2.
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Luego ajustamos el offset a 3V y la amplitud a menos de 2V pico a pico
Posteriormente bajamos la amplitud de la señal a menos de 4V pico a pico Con esto dejábamos los 2 leds apagados todo el tiempo. Finalmente igualamos los voltajes de referencia a 2V y pusimos la señal de entrada con las condiciones iniciales (10V pico a pico y offset en 0)
Esto con el fin de dejar encendido el led 1 todo el tiempo, pues el voltaje nunca supera los 2 voltios. Luego utilizamos el ajuste de offset para que la señal empezara desde 6 voltios, y manteniendo la amplitud de 4V pico a pico
Con esto eliminamos el tiempo muerto; cuando la señal está bajo la línea roja prende el led1, cuando está por encima enciende el led 2.
Con esto dejábamos encendido todo el tiempo el led 2.
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VI. CONCLUSIONES
REFERENCIAS
Electrónica: teoría de circuitos, Robert L. Boylestad
Detector de ventana, Mario Alberto Camarillo, fecha no especificada. Recuperado de https://instrumentacionmecanica.files.wordpress.com/ 2011/12/prc3a1ctica-4-detector-de-ventana.pdf Apuntes de teoría.
