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Am lifica lificador dores es O eraci eraciona onales les
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA INGENIERÍA MECANICA AUTOMOTRIZ
ELECTRÓNICA ANALÓGICA Y DIGITAL INTEGRANTES:
León Rogelio. Murillo Leonardo. Ochoa Alex. Saavedra Jair
Amplificadores Operacionales PROFESOR: ING PROFESOR: ING PAUL ORTÍZ
2016- 2016
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Am lificadores O eracionales
Amplificadores Operacionales Primero A. Autor. León Rogelio. Segundo B. Autor. Murillo Leonardo. Cuarto C. Autor. Ochoa Alex. Quinto D. Autor Saavedra Jair Abstract — This document will be unveiled physical structure and operating principle of the bipolar junction transistor (BJT ) in an electrical circuit, the transistor being a component of three terminals , you can work in different configurations depending on the role play each terminal on the circuit is being used , this in order to improve our circuit I ndex Terms — Bipolar,
Configurations, Transistor.
I. I NTRODUCTION STE documento tiene como finalidad de hacer conocer el funcionamiento del amplificador operacional en sus distintas funciones como es el de comparador de señales con un circuito para un sensor de luz automático para un foco de 110V y la función de sumador inversor para un circuito mezclador de audio.
E
II. OBJETIVOS General:
Diseñar los siguientes circuitos con amplificadores operacionales y calcular todos los parámetros. Específicos:
∞ ∞ ∞
Calcular las variables que intervienen en el circuito. Simular los circuitos. Armar en protoboard, en donde se demuestre el funcionamiento y analizar los resultados.
Fig. 1. Elemento del transistor.
Elementos
Consta de tres cristales semiconductores usualmente de Silicio y Germanio, unidos entre sí. Según como se coloquen los cristales hay dos tipos básicos de transistores bipolares. Transistor NPN, en este caso un cristal P está situado entre dos cristales N. Transistor PNP, en este caso un cristal N está situado entre dos cristales P. La capa de en medio es mucho más estrecha que las otras dos. En cada uno de estos cristales se realiza un contacto metálico, lo que da origen a tres terminales:
III. MARCO TEORICO
A. Definición de un Transistor
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para producir una señal de salida en respuesta a otra señal de entrada, cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. [2] Tiene básicamente dos funciones:
Emisor: Se encarga de proporcionar portadores de carga. Colector: Se encarga de recoger portadores de carga. Base: Co nt ro la el paso de corriente a través del transistor. (Es el cristal de en medio).
B. El LDR Es una resistencia “sensible”, hay resistencias sensibles al
calor (termistores), otras sensibles al esfuerzo (strain gages) y también las hay sensibles a la luz. Un LDR (Light Dependent Resistor) es básicamente una resistencia que depende de la luz y varía su resistencia de acuerdo a la intensidad lumínica del ambiente. [3]
Deja pasar o corta señales eléctricas a partir de una pequeña señal de mando. Funciona como un elemento amplificador de señales.
Fig. 2. LDR.
3 Am lificadores O eracionales C. Resistencias
Las resistencias ayudan a que el valor de R se mantenga constante e independiente de los parámetros del circuito) o de parámetros externos (luz, temperatura, etc.) Su valor nominal de resistencia viene marcado mediante un código de colores convenido internacionalmente, que se marca en forma de bandas o anillos.
de control de voltaje puede variar entre un 45 y un 90 % de Vcc en la configuración monostable. Cuando se utiliza la configuración astable, el voltaje puede variar desde 1.7 voltios hasta Vcc. Modificando el voltaje en esta patilla en la configuración astable causará la frecuencia original del astable sea modulada en frecuencia (FM). Si esta patilla no se utiliza, se recomienda ponerle un condensador de 1μF para evitar las
interferencias. • Umbral (normalmente la 6): Es una entrada a un comparador
D. Circuito integrado 555
interno que tiene el 555 y se utiliza para poner la salida a nivel bajo. ELECTRÓNICA 20011 • Descarga (normalmente la 7): Utilizado para descargar con
Fig. 3. Circuito integrado 555.
Está constituido por una combinación de comparadores lineales, flip-flops (biestables digitales), transistor de descarga y excitador de salida. Las tensiones de referencia de los comparadores se establecen en 2/3 V, por medio de un divisor de tensión compuesto por 3 resistencias iguales. En el gráfico se muestra el número de pin con su correspondiente función. ELECTRÓNICA 20011 Descripción de las terminales del Temporizador 555.
efectividad el condensador externo utilizado por el temporizador para su funcionamiento. • V+ (normalmente la 8): También llamado Vcc, alime ntación, es el pin donde se conecta el voltaje de alimentación que va de 4.5 voltios hasta 18 voltios (máximo). En este caso se utiliza como un comparador. Cuando la entrada (nivel de tensión) de la patilla # 2 (TRI) esté por debajo de un nivel que es necesario para disparar el temporizador, la salida (patilla # 3, (OUT)) estará nivel alto deja que encienda la Luz. E. El potenciómetro
Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie. En este caso sirve para regular la intensidad a la que queremos que el circuito funcione.
Fig. 4. Circuito integrado 555.
De su hoja de datos vemos cuales son los funcionamientos de los pines del 555: • GND (normalmente la 1): es el polo negativo de la alimentación, generalmente tierra. Fig. 5. Potenciómetro
• Disparo (normalmente la 2): Es en esta patilla, donde se
establece el inicio del tiempo de retardo, si el 555 es configurado como monostable. Este proceso de disparo ocurre cuando este pin va por debajo del nivel de 1/3 del voltaje de alimentación. • Salida (normalmente la 3): Aquí veremos el resultado de la
operación del temporizador, ya sea que esté conectado como monostable, astable u otro. Cuando la salida es alta, el voltaje será el voltaje de alimentación (Vcc) menos 1.7 Voltios. • Reset (normalmente la 4): Si se pone a un nivel por debajo de
0.7 Voltios, pone la patilla de salida a nivel bajo. Si por algún motivo esta patilla no se utiliza hay que conectarla a Vcc para evitar que el 555 se "resetee".
IV. DESARROLLO Diseño de los siguientes circuitos con amplificadores operacionales y calcular todos los parámetros. Los requerimientos que deben cumplir se presentan en cada esquema: CIRCUITO 1: (Sensor de luz automático para un foco 110v)
• Control de voltaje (normalmente la 5): Cuando el temporizador
se utiliza en el modo de controlador de voltaje, el voltaje en esta patilla puede variar casi desde Vcc (en la práctica como Vcc -1 voltio) hasta casi 0 V (aprox. 2 Voltios). Así es posible modificar los tiempos en que la salida está en alto o en bajo independiente del diseño (establecido por los resistores y condensadores conectados externamente al 555). El voltaje aplicado a la patilla
Con Luz:
4 Am lificadores O eracionales
= 5Ω = 22 Ω = 25,6 A = 26.2 A = 554 =
=
24,6 554
A
= 0.0462 = ( )/ =
12 0.7 0.0462
= 244,58 Ω
Circuito armado en protoboard para un sensor de luz automático para un foco 110v:
= 5 Ω + 244,58 Ω = 249.58 Ω = ( )/ = 45.2 Sin Luz
= 180 Ω = ( )/ = ( )/ = + = = 12 0.15mA ∞
=
( − )
0= ∞
∞
( )
= = 10 =
( −)
=
12 22 Ω
= 0.5454
Fig. 6. Circuito sensor de luz automático para un foco 110v
Simulación del circuito del sensor de luz automático para un foco 110v:
5 Am lificadores O eracionales
Fig. 7. Simulación del circuito sensor de luz automático para un foco 110v
LDR con luz el relé se encuentra des energizado:
Fig. 10. Circuito para el mezclador de audio
Fig. 8. LDR con luz
LDR sin luz el relé se encuentra energizado y cierra el circuito, por lo tanto se enciende la lámpara: Fig. 11. Circuito para el mezclador de audio con los parlantes para laptop
V. ANALISIS DE RESULTADOS
Fig. 9. LDR sin luz
CIRCUITO 2: (Circuito Mezclador de Audio)
Circuito para el mezclador de audio armado en protoboard:
Se optó por cubrir el LDR con una carcasa de manera que quede solo la parte superior visible de manera que la luz entre ortogonalmente y ya no afecte las luces laterales, esto es para que reciba el LDR una mejor señal y así no producir errores en el circuito. Efectivamente las ganancias de los diferentes elementos que proporcionan señales de audio de entrada pudieron ser configurables de 1 a 3 veces mediante tres potenciómetros, uno por canal. La salida de audio en los parlantes fue un poco distorsionada por lo que se optó colocar capacitores para quitar el ruido en los mismos. VI. CONCLUSIONES Se pudo armar el circuito para dar la función del amplificador como un comparador de señales y el transistor trabaje en corte y saturación para que la lámpara se encienda al momento de conectarse a una fuente alterna al cerrar el circuito por medio del relé. En el circuito mezclador de señales se pudo seguir con éxito el diagrama de bloques de la figura planteada. Los amplificadores operaciones pueden ser configuradas de diferentes maneras y en este caso fueron como comparadores de señales en el circuito del sensor de luz y como un sumador inversor en el circuito mezclador de audio.
6 Am lificadores O eracionales R EFERENCIAS
[1] A. I. Hernandez, Escritor, EL Transistor, " Estructura fisica y Aplicaciones". [Performance]. Universidad Oberta de Catalunya. [2] R. Araújo, «Electronic topics,» 02 05 2011. [En línea]. Available: http://myelectronictopics.blogspot.com/2011/05/historiadel-transistor.html. [Último acceso: 27 10 2016]. [3] P. E. Gray, Electronica fisica y modelo de transitores, Volumen 2, Sevilla (España): REVERTÉ, S. A, 1978., 2002, 2da reimpresion . [4] A. Jorge Raúl Villaseñor Gómez y F. A. Hernández, Circuitos eléctricos y aplicaciones digitales, Mexico: México [México] : Pearson Educación, 2013. [5] J. Aladro, «Universidad de Granada,» [En línea]. Available: http://electronica.ugr.es/~amroldan/asignaturas/curso0304/cce/practicas/encapsulados/encapsulados.htm. [Último acceso: 27 10 2016].
Tercero C. Autor nació en Loja, Ecuador en
el 3 de febrero de 1996. En el 2013 Recibió el título de bachiller de la república del Ecuador especializado en Físico Matemático en la Unidad Educativa Fiscomisional Calasanz de Loja. Del 2013 hasta la actualidad cursa la carrera de Ingeniería Mecánica Automotriz en la Universidad Politécnica Salesiana sede Cuenca, Ecuador. Participó en el congreso CONIADT 2015 en la ciudad de Cuenca. Cursó el seminario del software matemático Matlab. Él realiza prácticas en un taller Automotriz de Loja en las vacaciones, sus intereses de investigación actuales son sobre los vehículos eléctricos. Jair Andrés Saavedra Guarderas nació en la ciudad de Cariamanga de la provincia de Loja el 30 de marzo de 1991, del hogar conformado por la Sra. Fátima Guarderas y Sr. Rodrigo Saavedra, el tercero de cuatro hijos: Kerly, Stefan y Steven. Sus estudios primarios los realizo sus estudios primarios en Cuarto D. Autor.
la escuela “LA SALLE” seguidamente continuo Primer A. El autor nació en la ciudad de Zamora,
de la Provincia de Zamora Chinchipe, Ecuador, en 1994. Estudio la especialidad de Físico Matemático en el Instituto Tecnológico Superior 12 de Febrero, Zamora, Ecuador, hasta el 2011. Graduado en el Colegio Militar Nº5 “Tcrn Lauro Guerrero”, Loja, Ecuador, en 2012, con el título
de BACHILLER EN CIENCIAS GENERALES, graduado con la octava antigüedad, octavo mejor egresado. Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz en la Universidad Politécnica Salesiana, sede Cuenca, Ecuador, desde el 2012. Realizó Prácticas Pre-Profesionales en el Consejo Provincial de Zamora Chinchipe, en el departamento de Maquinaría. Trabajo en el Taller de Mecánica General, JC, Zamora, en 2015. Sus intereses de investigación en motores de combustión interna (MCI), en la innovación y aplicación de nuevas técnicas para la determinación del tiempo de inyección en motores de ciclo diésel y Otto. Autor. Nació en la ciudad de Loja, de la Provincia de Loja, Ecuador, en 1992. Estudio la especialidad de Mecánica Industrial en el Instituto Tecnológico Ocho de Noviembre de Piñas, Ecuador, hasta el 2010. Graduado la misma Institución, con el título de BACHILLER EN MECANICA INDUSTRIAL. Estudiante de Ingeniería Mecánica Automotriz en la Universidad Politécnica Salesiana, sede Cuenca, Ecuador, desde el 2010. Trabajo en el Taller de Mecánica General, en Piñas, El Oro Ecuador en 2014-2016. Sus intereses son realizar una maestría en motores de combustión interna e investigar sobre los motores eléctricos. Segundo B.
.
sus estudios secundarios en la UNIDAD EDUCATIVA ELOY ALFARO. Luego de culminar el bachillerato se incorporó como artesano en mecánica automotriz, seguidamente se mudó a la cuidad de Cuenca en donde ingresa a la UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA a la carrera de INGENIERIA MECÀNICA AUTOMOTRIZ, actualmente cursa el último año de la carrera y en donde durante su vida universitaria a participado de los congresos: CONIADT 2015, y posee los seminarios de logística del transporte, inventor y seguridad laboral. Actualmente se encuentra trabajando en un taller mecánico automotriz “solucionaTODOCAR”.
