Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías División de Electrónica y Computación Ciclo Escolar 2016-A
ACTIVIDAD N°4 Detectores de nivel de voltaje positivo y negativo
Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica Circuitos Analógicos II Sección: D03 Profesor: Oscar Eduardo Castillo Serrano Alumno: Miguel Ángel García Hernández Código: 210702658
I Objetivo.
El alumno aprenderá a utilizar los amplificadores operacionales para desarrollar las configuraciones de detectores de voltaje y sus aplicaciones. II Introducción
En la siguiente practica se realizarán aplicaciones básicas con los amplificadores operacionales, en este caso se realizar un detector de nivel de voltaje (voltímetro de columna luminosa), el cual nos ayudara a saber con apoyo visual en este caso leds a verifica cuanto voltaje tenemos en la terminal positiva de entrada del amplificador a utilizando un arreglo de resistencias para crear divisores de voltaje que tengan caídas de voltajes deseadas. III Marco teórico.
El amplificador operacional actual es bajo en costo y es muy versátil por lo que puede emplearse en muchas aplicaciones. Los primeros amplificadores de tubo de vacío de alta ganancia fueron diseñados para realizar operaciones matemáticas de adición, sustracción, multiplicación, diferenciación e integración; sin embargo, algunos de sus usos actualmente están en los campos de control de procesos, comunicaciones, fuentes de señales y sistemas de prueba y medición. En la figura 1 se aprecia las conexiones básicas de estos dispositivos.
Figura 1. Diagrama de un amplificador operacional ideal.
Las terminales + y − indican las terminales que deben de conectarse a la fuente de poder. Las terminales (−) y (+) indican las entradas inversora y no inversora respectivamente. El voltaje de diferencia esta dado a la función en la diferencia de voltaje en las entradas (−) y (+). Este voltaje es necesario para determinar el voltaje que se obtendrá a la salida del amplificador operacional. Idealmente, la ganancia de estos dispositivos es infinita; sin embargo, para fines prácticos se considera una ganancia de lazo abierto de = 200,000. En consecuencia, El voltaje de salida se puede expresar mediante la relación = ( )( )
VOLTIMETRO DE COLUMAN LUMINOSA
El voltímetro de columna luminosa muestra una columna de luz cuya altura es proporcional al voltaje. Los fabricantes de equipo para audio y de aplicaciones médicas pueden remplazar los tableros de los medidores analógicos con voltímetros gráficos luminosos debido a que es más fácil leer éstos a distancia. El siguiente circuito puede utilizarse como un sistema de monitoreo de voltajes. Su funcionamiento es sencillo. Si el voltaje de entrada es mayor que el voltaje de referencia del amplificador operacional, se obtendrá un voltaje de salida. Puede incluirse un LED como indicador. El circuito puede extenderse añadiendo más amplificadores operacionales y ajustando sus voltajes de referencia. En la figura 2 está un esquemático del circuito para esta práctica, así como los valores de cada uno de los elementos empleados.
Figura 2. Indicadores de niveles de voltaje luminoso.
IV Desarrollo.
Para la siguiente práctica se utilizaron los siguientes materiales:
Protoboard Cable para proto Potenciómetro de 1Ω Resistencias de 1Ω(4) y 220Ω Diodo 1N4007 4 leds de 5mm CI LM324N Fuente simétrica ±12
Con el listado anterior se construyó el circuito que se pudo observar el en marco teórico (fig. 2. Voltímetro de columna luminosa) el cual la función del potenciómetro en la parte superior es delimitar cual será el voltaje máximo con el que prendera el ultimo led de la columna luminosa. En caso de que el potenciómetro presentara la menor resistencia posible lo que sucedería, será que para activar el último led de la columna se necesitara una variación de voltaje en la entrada positiva mayor al de la fuente de alimentación y entre mayor es la resistencia del potenciómetro este límite disminuye acotándose para encender con voltajes menores ya que al consumir voltaje el potenciómetro a la entrada llegara menos. Las siguientes resistencia fueron de 1Ω por cada uno de las siguientes entradas para así seguir causando divisores de voltaje lo cual delimita el punto voltaje al cual prendera el led, en nuestro caso solo utilizamos 4 resistencias de 1Ω así que para saber en qué punto exactamente se encuentran delimitados haremos una mediciones con la ayuda de proteus de los voltajes con los cuales encendería cada led en el caso de que el potenciómetro tenga su mínimo valor y en el caso RV1 de que tenga su máximo valor. RV1(3)
% 0
Caso en el que el potenciómetro tiene su valor en mínimo
Como se puede observar en la imagen de la derecha la diferencia de caídas de voltaje es aproximadamente de 3V con lo cual tendríamos que al tener 3 volts prendería el primer led, al tener 6 el segundo, al tener 9 el tercero y al llegar a 12 o superarlos el cuarto, para esto se su pone que todas las entradas no inversoras de los amplificadores se encontraran interconectadas las unas con las otras pero hasta que no se llegue al mismo voltaje de la entrada inversora ( ) o se supere
10k +12.0 Volts
R1 1k
+9.00 Volts
R2 1k
R3 +6.00
1k
Volts
R4 1k +3.00 Volts
Caso en el que el potenciómetro tiene su valor máximo
En este caso como se puede observar al tener todo su valor resistivo el potenciómetro esta resistencia consume voltaje por lo a las demás les llegan variaciones más pequeñas por esto las siguientes resistencias en sus respectivos nodos donde estarán conectadas la entradas inversoras de los amplificadores tendrán voltaje pequeños con lo cual los led o salidas de los amplificadores serán activadas como anteriormente se dijo por voltajes más pequeños. En la imagen de la derecha podemos observar cómo es que esto sucede. Una vez comprobado cómo se supondrá que funcionara lo armamos para su presentación y a continuación se muestran las imágenes del circuito armado y funcionando.
RV1(3)
RV1 % 0 0 1
10k +3.43 Volts
R1 1k
+2.57 Volts
R2 1k
R3 +1.71
1k
Volts
R4 1k +0.86 Volts
V Conclusiones.
Durante la practica decidimos emplear la ayuda de un osciloscopio y un generador de funciones para realizar la variación de voltaje en la entrada no inversora ya que al poder controlar la frecuencia y poder visualizar tanto la amplitud de la señal así como la forma en que esta cambia y se encienden los leds al aumentar pudimos observar de manera más comprensible y visual el funcionamiento de los detectores de nivel de voltaje y como se muestra en el libro de amplificadores operacionales y circuitos integrales lineales estos detectores tienen aplicaciones prácticas en el día a día como los son la sustitución de indicadores analógicos por los luminosos que se apreció en esta práctica, detectores de humo o de sonido etc. Por esto la importancia de realizar la actividad y comprende el funcionamiento de los detectores de nivel para asi poderlo aplicar en nuestros proyectos o trabajos. VI Referencias.
[1] Coughlin, Robert F,, (1999), Amplificadores operacionales y circuitos integrales lineales, México, PEARSON.
