Laboratorio Eléctrico II IE-0408
Proyecto Final Control Infrarrojo de un Motor DC
Angélica Calderón Mata A71228 Daniel Camilo Rojas Quirós A54918 Grupo 4
Profesor: Jaime Cascante Vindas
Fecha de Entrega: jueves 10 de junio del 2010
Índice de Contenidos Objetivo Objetivo General General.............................. .............................................. .............................. .............................. .............................. .............................. .................. 3 Objetivos Específicos .................................................................................................... 3 Nota Teórica Teórica .............................. .............................................. ................................ ................................ ............................... ............................. .................... ...... 4 Lista de equipo................. equipo ................................. ................................ ................................ .............................. ............................ .............................. .................. 9 Lista de Componentes ................................................................................................. 10 Diseño........ Diseño........................ ................................ ................................ ................................ ................................ ............................... ............................... .................. .. 12 Procedimie Procedimiento nto ................................. ................................................. .............................. .............................. .............................. ............................. ............... 29 Bibliogra Bibliografía fía............................... .............................................. ............................... ................................ .............................. .............................. ...................... ...... 31 Anexos Anexos ................................ .............................................. .............................. ................................. ................................. .............................. ......................... ........... 32
Índice de Tablas Tabla 1. Equipo necesario para el experimento. ............................................................ 9 Tabla 2. Componentes pasivos que se utilizarán u tilizarán en el experimento. .................. ........ ................... ......... 10 Tabla 2 (Continuaci ( Continuación). ón). Componentes pasivos que se utilizarán en el experimento. experimento. ... 11 Tabla 3. Parámetros del filtro pasa banda estrecha f 0=3kHz. ....................................... 20 Tabla 4. Parámetros del filtro pasa banda estrecha f 0=3kHz. ....................................... 23 Tabla 5. Tabla de verdad puente H .............................................................................. 28 Tabla 6. Barrido de frecuencia frecuencia para el sistema de filtros. filtros. .................. ......... ................... ..................... ........... ..... 29 Tabla 6 (Continuación). Barrido de frecuencia frecuencia para el sistema de filtros. ............... ..... ............... ..... 30
Índice de Figuras Figura 1. Aplicación típica del LM331 [3]. ...................................................................... 5 Figura 2. Diagrama de Bode B ode típico del Filtro Pasa Banda Estrecha [4]..................... .......... ................. ....... 5 Figura 3. Esquemático de la topología Deliyannis Deliyannis Modificada [5]. .......................... ................ ................. ....... 6 Figura 4. Diagrama del puente H y principio de funcionamiento [6]. .................. ........ ..................... ........... 7 Figura 5. Puente H implementado con transistores BJT [8]..................... ......... ........... ........... ............ ........... . 7 Figura 6. Interruptor de control .................................................................................. 12 Figura 7. Convertidor de tensión a frecuencia. ............................................................ 13 Figura 8. Circuito Emisor ............................................................................................. 14 Figura 9. Receptor infrarrojo. ...................................................................................... 16 Figura 10. Topología sugerida para el filtro pasa banda estrecha [4]. ................... ....... 18 Figura 11. Esquemático Esquemático del filtro pasa banda estrecha estrecha con f 0=3kHz ........................... 19 Figura 12. Simulación de la frecuencia central para filtro f 0=3kHz. .............................. 19 Figura 13. Simulación del ancho de banda para el filtro f 0=3kHz.................. =3kHz.................................. ................ 20 Figura 14. Esquemático Esquemático del filtro pasa banda estrecha estrecha con f 0 = 5kHz. .................... .......... ............... ..... 22 Figura 15. Simulación de la frecuencia central para filtro f 0 = 5kHz. ................... ......... ................... ........... 22 Figura 16. Simulación del ancho de banda para el filtro f 0 = 5kHz. ............................... 23 Figura 17. Esquemático del circuito sumador. ............................................................. 24 Figura 18. Ámbito de enganche y seguimiento seguimiento del PLL. .......... ........... ..................... .......... ........... ..... 25 Figura 19. Esquemático LM565. .................................................................................. 25 Figura 20. Curva para obtener R6-7 ............................................................................. 26 Figura 21. Convertidor de frecuencia a tensión ........................................................... 27 Figura 22. Conexión puente H. .................................................................................... 28 2
Objetivo General Controlar la activación y el sentido de giro de un motor DC mediante un sistema de comunicación infrarrojo.
Objetivos Específicos •
Diseñar y construir un transmisor infrarrojo de frecuencia variable, basado en un oscilador controlado por voltaje.
•
Diseñar e implementar un filtro pasa banda estrecho (narrow bandpass).
•
Diseñar y construir un sistema de control de motor DC mediante un puente H.
3
Nota Teórica Oscilador Controlado por Voltaje
Los osciladores controlados por tensión son circuitos capaces de generar a su salida una forma de onda estable, periódica, y con una frecuencia que es función de la tensión de entrada. Es frecuente encontrar estos circuitos en transmisores de FM, analizadores de espectro, generadores de barrido, etc. La función de transferencia de los circuitos VCO ideales es lineal [1]:
f out out = a Vin + b
(1)
f out out es la frecuencia de salida Vin es la tensión de entrada Un posible diseño para un circuito oscilador controlado por vo ltaje, se basa en varicaps como elementos de sintonización. sintonización. Estos componentes son fundamentalmente diodos, que cuando se les aplica un voltaje reverso exhiben las características de un capacitor, si se cambia el voltaje, se altera la capacitancia. Se selecciona la frecuencia aplicando un voltaje dc al varicap, para cambiar la capacitancia neta del componente, y así la frecuencia de sintonización del circuito [2]. El alto costo de los capacitores variables de buena calidad, convierten a los VCO’s en una opción muy atractiva. Uno de estos elementos disponibles comercialmente es el LM331. Este es un convertidor Frecuencia – Voltaje que tiene como salida un tren de pulsos con una frecuencia proporcional al voltaje de entrada aplicado, puede ser alimentado con tensiones tan bajas como 4V, y su frecuencia de salida puede variar de 1 Hz a 100 kHZ. Se recomienda su uso en circuitos simples de bajo costo para la conversión analógica – digital, modulación o demodulación lineal de frecuencia, o conversión de frecuencia a voltaje. La figura 1 muestra una aplicación típica de este circuito integrado [3].
4
Figura 1. Aplicación típica del LM331 [3].
Filtro Pasa Banda Estrecha (Narrow Band Pass)
Este filtro tiene el mismo principio de funcionamiento que el filtro pasabanda convencional, amplifica solamente las señales cuya frecuencia es parte un ámbito determinado. Su característica particular es un alto facto de calidad Q, que busca reducir el ancho de la banda de paso, para que idealmente solo sean amplificadas señales con una frecuencia particular (frecuencia central).
Figura 2. Diagrama de Bode típico del Filtro Pasa Banda Estrecha [4].
Para implementar este filtro de forma sencilla, con un solo amplificador operacional, la mejor opción es la topología Deliyannis. Si se compara con las topologías Twin T, MFB y Sallen-Key, la seleccionada involucra el proceso de diseño menos complejo [5].
5
Figura 3. Esquemático de la topología Deliyannis Modificada [5].
Los parámetros de diseño principales se pueden calcular con las siguientes ecuaciones:
(2)
(3) La ecuación 2 para el factor de calidad, se utiliza también para la ganancia máxima del circuito.
6
Puente H
Este circuito permite controlar la activación y la dirección de giro de un motor DC. Utiliza cuatro transistores, solamente dos de ellos conducen corriente cuando el motor gira, los otros dos se reservan para el giro en sentido contrario (Fig. 4). La ventaja principal del puente H, es que representa una interfaz para controlar el motor con una señal digital de dos bits (Fig.5).
Figura 4. Diagrama del puente H y principio de funcionamiento [6].
Figura 5. Puente H implementado con transistores BJT [8].
7
Cuando se usan transistores bipolares (BJT’s), su voltaje de saturación tiene un valor de aproximadamente 1 V en la juntura colector-emisor cuando son activados (modo saturación). Si la fuente de alimentación es de 10 V, se consumen 2 V solamente en los dos transistores requeridos para controlar la dirección de un motor DC. Es decir, 20% de la potencia de la fuente es consumida por los transistores para generar mucho calor, por lo que se requieren disipadores de potencia [8]. Se puede implementar el puente H con MOSFET’s para mejorar la eficiencia. Estos dispositivos tienen una resistencia entre Drenaje y Fuente (RDS) cuando son activados, cercana a los 0.1 ohms (dependiendo del modelo). En el caso anterior, con una corriente de 4A, la caída de voltaje en cada transistor es de 0.4V (0.8V en total), lo cual representa una notable mejora en el rendimiento del puente [8]. Los MOSFETs trabajan mediante la aplicación de un voltaje en la Compuerta o Gate. Existen en dos tipos: N-Channel (canal negativo) y P-Channel (canal positivo). En el primer caso pasan a modo conducción (activado) mediante un voltaje positivo en la Compuerta y mediante un voltaje negativo para el segundo caso. Es importante considerar que los MOSFET’s son extremadamente sensibles a las corrientes estáticas. Además, se debe recordar que si su Compuerta es dejada sin conexión pueden llegar a autodestruirse. La Compuerta presenta una muy alta impedancia (alrededor de 10 MOhm) y un simple ruido eléctrico puede activarlo [8].
8
Lista de equipo
A continuación se muestra el equipo que se utilizará durante el experimento. Tabla 1. Equipo necesario para el experimento.
Equipo
Modelo
Placa
Modelo
Placa
Modelo
Placa
Osciloscopio Multímetro Generador de señales Fuente Protoboard
9
Lista de Componentes En las siguientes tablas se pueden consultar los componentes que serán utilizados en el experimento, junto información relevante de cada uno. Tabla 2. Componentes pasivos que se utilizarán en el experimento.
Experimento
Componente
Símbolo
Cantidad
R1
20 kΩ
R2
10 kΩ
R3
40 kΩ
R4
10 kΩ
R5
10 kΩ
Rpu
1 kΩ
Rs
1 kΩ
RL
10 kΩ
Rt
10 kΩ
Rc
630 Ω
Rb
900 Ω
Potenciómetros
Pot
10 K
Capacitores
CL
42 nF
Resistencias
Valor teórico
Valor experimental
Transmisor
Switch
Receptor
IRed
276-143
VCO
LM331
Resistencias
Ro
500 Ω
Potenciómetro
Po
5 kΩ
Fototransistor
276-143
10
Tabla 2 (Continuación). Componentes pasivos que se utilizarán en el experimento.
Experimento
Componente
Símbolo
Cantidad
Filtro A
Resistencias
R1
5.3 kΩ
R2
280 Ω
R3
100.7 kΩ
R4
5.3 kΩ
C1
10 nF
C2
10 nF
Capacitores
Filtro B
Amplificador Operacional Resistencias
Capacitores
Sumador
PLL
R1
3.18 kΩ
R2
167 Ω
R3
60.48 kΩ
R4
3.18 kΩ
C1
10 nF
C2
10 nF
μA741
Resistencias
R1
3.5 kΩ
R2
3.5 kΩ
R3
3.5 kΩ
Capacitores
PLL
Valor experimental
μA741
Amplificador Operacional
Amplificador Operacional Resistencias
Valor teórico
μA741 R2
1 kΩ
R3
1 kΩ
Ro
16 kΩ
R6-7
10 kΩ
Co
4.7 nF
C1
39 nF
LM565
11
Diseño Circuito transmisor
Para controlar el carro se utiliza un control de tres estados (Fig. 6). 1. Primer estado: Interruptor cerrado en avance (generando una tensión de 3 V en Vcontrol). 2. Segundo estado: Interruptor cerrado en retroceso (tensión de 5 V en Vcontrol). 3. Tercer estado: Interruptor cerrado en freno (tensión de 0 V a la salida de cada control).
k 0 2 1 R
SW-SPTT
k 0 1 2 R
V1 15
k 0 4 3 R
Vcontrol
k 0 1 5 R
k 0 1 4 R
Figura 6. Interruptor de control
La etapa siguiente, produce un tren de pulsos con frecuencia proporcional al nivel DC de voltaje de control. Se basa en un VCO LM331, y su salida tendrá una frecuencia determinada para 3 V, otra para 5 V y otra para 0 V (Fig. 7).
12
Figura 7. Convertidor de tensión a frecuencia.
De la hoja del fabricante se toman las ecuaciones para el diseño de los componentes externos del LM331.
f OUT
V IN R S
=
1
(4)
2.09 R L Rt C t
Se proponen los siguientes componentes: R S
= 1K Ω +
Pot
R L
= 10 K Ω
C L
=
C t
= 10nF
Rt
= 10 K Ω
42nF
La resistencia Rs se elige como una resistencia en serie con un potenciómetro con el fin de ajustar bien la ganancia del VCO. Se toma el potenciómetro como 1,09 kΩ Se sustituyen valores:
f OUT
=
V IN 2.09k
1
2.09 10k 10k (10n)
= 1000V IN
(5)
La onda de salida del LM331 tendrá frecuencia de 1000 Hz, cuando la magnitud de la tensión de entrada es 1 V. Por lo tanto las frecuencias asociadas a cada una de las señales de control serán:
13
V IN
=
3V ⇒ f OUT
=
3KHz
V IN
=
5V ⇒ f OUT
=
5KHz
V IN
=
0V ⇒ f OUT
=
0 KHz
(6)
Entonces, para que el carro retroceda, se fija una señal DC de 5 V, que produce un tren de pulsos de 5 KHz. Para el avance, con 5 V DC la frecuencia será 3 kHz, y para que se detenga, con 0 V DC y una frecuencia de 0 Hz. Esta señal cambiante en el tiempo, es transmitida utilizando un IRED y un fototransistor.
Figura 8. Circuito Emisor
En la figura 8 el símbolo de diodo representa IRed un Radio Shack 276-143. Las resistencias Rb y Rc se diseñan para proteger el transistor y el emisor IRed. El IRed debe ser protegido por la resistencia Rc. La corriente máxima que puede soportar es de 25 mA y debe existir una caída de tensión de 2 V para que emita radiación. Tomando en cuenta que el transistor en saturación tiene una VCEsat máxima de 400 mV y limitando la corriente a 20 mA. Se tiene la siguiente ecuación de malla.
RC
=
15 − 0.4 − 2 0.02
=
630Ω
(7)
14
Luego, para el transistor:
I B
>
I C
(8)
β
Para 2N2222 βmín es igual a 100: 20m
I B
>
I B
>
100
(9)
200µ A
Haciendo una malla se puede despejar R b:
R B
R B
=
=
V BB
− V BE
(10)
I B
15 − 0.7
(11)
I B
Ahora se debe comprobar la potencia disipada: P
= I
2
(12)
R
Para una potencia de 0,25 W y asegurando que la resistencia tenga una tolerancia del 10%. 14.3 (1.1) I B
2 0.25 = ( I B )
I B
= 15.9 mA
Entonces,
R B
=
14.3 15.9m
=
900Ω
(13)
15
Circuito Receptor
La figura 9 muestra la propuesta del circuito receptor de infrarrojo, se basa en un fototransistor Radio Shack 276-142.
Figura 9. Receptor infrarrojo.
Para limitar la corriente por el transistor se debe diseñar R 0. Cuando el transistor está en corte la corriente que pasa por R 0 es prácticamente igual a la que se va a tierra. Entonces tenemos:
R0
+
P0
=
9 I
(14)
Se limita la corriente a 20 mA (la corriente máxima del transistor es 25 mA): R0
+
P0
=
450
El peor de los casos es cuando el potenciómetro alcanza su valor mínimo y la resistencia tiene un valor mínimo, es decir R0 R0
=
+
P0
450 0.9
=
450
=
500Ω
(15)
Existen resistencias comerciales de 500 Ω, por lo cual no hay que variar ese valor. 16
La potencia será:
9 P = 500 500
2
=
0.162W
(16)
Las resistencias están diseñadas para disipar 0.25 W, por lo que una potencia de 0.162 W es aceptable.
Filtros
Una vez recibida la señal se filtra, con esto se busca mejorar la relación señal-ruido, y se amplifica. Diseño de Filtros Pasa Banda Estrecha (Narrow Band Pass).
Filtro A
Este circuito se diseña para que las señales con frecuencia de 3 kHz, sean amplificadas con una ganancia de 10 dB, y las que poseen otras frecuencias sean atenuadas (comportamiento ideal). Se sugiere una topología Deliyannis, con un factor de calidad Q=10, lo cual fija la ganancia en la frecuencia de paso en 10 dB, para ser alimentado con una fuente bipolar. El procedimiento de diseño se realiza según el Aplication Report de Texas Instruments indicado en [4]. La topología sugerida se muestra en la figura 10.
17
Figura 10. Topología sugerida para el filtro pasa banda estrecha [4].
Los valores de C1 y C2 se escogen:
C1= C2 =10 nF
(17)
Se calculan las resistencias R1 y R4 para satisfacer la frecuencia de corte:
R1
= R4 =
1 2π C 1 f
=
1 2π ⋅ 10n ⋅ 3k
=
5,3k
(18)
Se calculan las resistencias R3 y R2 para obtener una ganancia de 10 dB en la frecuencia de paso: R3
= 19 ⋅ R1 = 100,7 k Ω
R2
=
R1
19
=
(19)
280 Ω
(20) Se procurará en el circuito experimental, realizar configuraciones en serie y en paralelo para alcanzar valores de resistencias experimentales cercanas a la frecuencia de diseño, de modo que la frecuencia de paso experimental, sea lo más cercana posible a 3 kHz. El esquemático del circuito resultante se muestra en la figura 11.
18
V2 15 R3 100,7k
R4 5,3k
2
4
OP1 uA 741
-
Vout f iltro 3kHz
6
R1 5,3k Vin
n 0 1 1 C
+
3
n 0 1 2 C
+
+
7
V1 15
0 8 2 2 R
Figura 11. Esquemático del filtro pasa banda estrecha con f 0=3kHz
Se obtiene el diagrama de Bode de ganancia mediante Tina, los resultados de la simulación se muestran en las figuras 12-13.
Figura 12. Simulación de la frecuencia central para filtro f 0=3kHz.
19
Figura 13. Simulación del ancho de banda para el filtro f 0=3kHz.
Los resultados de las simulaciones (Tabla 3) muestran que la frecuencia de paso es muy similar a al valor de diseño. En todo caso se espera que en el circuito físico la diferencia entre la frecuencia real y esperada sea mayor, debido a la tolerancia de los componentes. Por esta razón, se debe realizar un barrido en frecuencias para medir la correspondiente a la máxima ganancia, y sintonizar el transmisor de acuerdo a este resultado. Se obtiene un ancho de banda de 450 Hz, que se considera muy estrecho. La ganancia máxima es casi el doble de la esperada, pero esto es positivo, ya que mejora la relación señal a ruido, y en el peor de los casos en el cual los amplificadores operacionales se saturan, la señal cuadrada es aceptable para el buen funcionamiento de la etapa del PLL posterior. Tabla 3. Parámetros del filtro pasa banda estrecha f 0=3kHz.
Teórica Simulada
Ganancia Máxima (dB) 10 18
Frecuencia de Paso f 0 (Hz) 3000 3020
Frecuencia de Corte Baja f L (Hz) 2700
Frecuencia de Corte Alta f H (Hz) 3150
Ancho de Banda (Hz) 450 20
Filtro B
La topología sugerida es la misma que en el filtro A (Fig. 10), se diseña para una frecuencia de paso de 5 kHz.
Los valores de C1 y C2 se escogen: C1= C2 =10 nF
(21)
Se calculan las resistencias R1 y R4 para satisfacer la frecuencia de corte:
R1
= R4 =
1 2π C 1 f
=
1 2π ⋅ 10n ⋅ 5k
= 3,18k Ω
(22)
Se calculan las resistencias R3 y R2 para obtener una ganancia de 10 dB en la frecuencia de paso: R3
R2
= 19 ⋅ R1 =
=
R1
19
60,48k Ω
= 167 Ω
(23)
(24)
Se procurará en el circuito experimental, realizar configuraciones en serie y en paralelo para alcanzar valores de resistencias experimentales cercanas a la frecuencia de diseño, de modo que la frecuencia de paso experimental, sea lo más cercana posible a 5 kHz. El circuito resultante se muestra en la figura 14.
21
V2 15 R3 60,4k
R4 3,18k
2
4
OP1 uA 741
-
6
R1 3,18k Vin
n 0 1 1 C
+
3
n 0 1 2 C
+
+ 7
Vout filtro 5kHz V1 15
7 6 1 2 R
Figura 14. Esquemático del filtro pasa banda estrecha con f 0 = 5kHz.
Se obtiene el diagrama de Bode de ganancia mediante Tina, los resultados de la simulación se muestran en las figuras 15-16.
Figura 15. Simulación de la frecuencia central para filtro f 0 = 5kHz.
22
Figura 16. Simulación del ancho de banda para el filtro f 0 = 5kHz.
Los resultados de las simulaciones (Tabla 4) muestran que la frecuencia de paso es menor al valor de diseño. Igual que en el caso anterior, se espera que la frecuencia experimental varíe respecto al valor esperado. Este error intrínseco al diseño, se corrige midiendo la frecuencia de paso experimental mediante un barrido de ganancia, luego el transmisor se sintoniza de acuerdo a este resultado. Se obtiene un ancho de banda de 430 Hz, que se considera muy estrecho. La ganancia máxima es el doble de la esperada, pero esto es positivo, ya que mejora la relación señal a ruido, y en el peor de los casos en el cual los amplificadores operacionales se saturan, la señal cuadrada es aceptable para el buen funcionamiento de la etapa del PLL posterior.
Tabla 4. Parámetros del filtro pasa banda estrecha f 0=3kHz.
Teórica Simulada
Ganancia Máxima (dB) 10 20,1
Frecuencia de Paso f 0 (Hz) 5000 4780
Frecuencia de Corte Baja f L (Hz) 4570
Frecuencia de Corte Alta f H (Hz) 5000
Ancho de Banda (Hz) 430 23
Las salidas de los dos filtros se suman, mediante el circuito sugerido en la figura XX. Consiste en un sumador inversor de ganancia unitaria, basado en un amplificador operacional 741.
R3 3.5k
V1 9 R1 3.5k
4 2
Vout f iltro 3kHz
+
Vout sumador
-
6
R2 3.5k 3
+
+
7
+
OP1 uA741 V2 9
Vout filtro 5kHz
Figura 17. Esquemático del circuito sumador.
Conversión de Frecuencia a Voltaje
Para recuperar la información en forma de niveles de voltaje DC, es necesario convertir la frecuencia de las señales de salida de los filtros a una señal de tensión DC. Haciendo uso de un LM565, es posible convertir frecuencias en diferentes niveles de tensión. Para diseñar el PLL se necesita escoger un ámbito de captura y un ámbito de seguimiento. El ámbito de captura deberá ser tal que las frecuencias 3 KHz y 5 KHz se encuentren contenidas en él. El ámbito de seguimiento se escoge, 500 Hz mayor la frecuencia de captura mayor y 500 Hz menor al ámbito de captura menor. La frecuencia central se coloca por conveniencia en 4 KHz.
24
Figura 18. Ámbito de enganche y seguimiento del PLL.
Después de ubicar ámbito de enganche y de seguimiento del PLL se pueden diseñar los parámetros del LM565.
Figura 19. Esquemático LM565.
De la hoja de datos del fabricante se dispone de la ecuación:
f o
=
0.3 Ro C o
(25)
25
Se escogen los valores: 4.7 nF
C o
=
Ro
= 16 K Ω
Para diseñar R6-7 se hace uso de la siguiente curva dada por el fabricante:
Figura 20. Curva para obtener R6-7 1
La frecuencia relativa es: f Lmín f o
=
2kHz 4 KHz
=
0.5
(26)
Ubicando este valor en la curva R 6 − 7
= 10 K Ω
(27)
0.75
(28)
= 1.25
(29)
Nótese que: 3kHz 4 KHz 5kHz 4 KHz
=
Esto quiere decir que, la tensión de salida para 3 KHz es positiva y para 5 KHz es negativa.
1
Tomada de hoja de datos del fabricante , LM565, Nati onal Semiconductor
26
Para diseñar C1 usamos:
∆ f C =
3k =
C 1
=
1
Π∆ f L
Π
3.6kC 1
1
Π 4k
Π
3.6kC 1
39 nF
(30)
(31)
Interfaz de control del motor
Para adaptar la información para el control de los motores, se conecta a la salida del PLL dos amplificadores operacionales con salida de colector abierto (LM311). En uno de ellos se conecta a su entrada V6-7, de esta manera, cuando el PLL tenga una salida de tensión positiva (3 KHz) se tendrá una tensión de 5 V y en caso contrario será de 0 V. El otro se conectará a –V6-7, por lo que tendrá una salida de 5 V, en caso de que el PLL suministre una tensión negativa entre las patillas 6 y 7 (5 KHz), y 0 V si no es así. Con esta configuración, cuando uno de los amplificadores está encendido, el motor avanza, cuando el otro está encendido el motor retrocede. Y cuando ambos están apagados, el motor no gira.
Figura 21. Convertidor de frecuencia a tensión
27
Control del Motor
El motor será controlado por un puente H, cuyos estados se resumen en la Tabla 5. Tabla 5. Tabla de verdad puente H
F1 1 0 0
B1 0 1 0
Estado Avanza Retrocede Se detiene
Dada la anterior tabla de verdad y evaluando las salidas F1 y B1 de los LM311 se nota que es suficiente conectar las terminales F1 y B1 del puente H, cada una con una de las salidas de los LM311.
Figura 22. Conexión puente H.
Los transistores serán MOSFET de enriquecimiento de canal N, 2N6755. Los potenciómetros se ajustan de modo tal que la corriente no sobrepase el valor permitido para los transistores y que sea suficiente para la operación del motor.
28
Procedimiento 1. Encienda las fuentes de poder y estabilícelas en 9V. La tierra NO será común en ambas fuentes, tome en consideración este punto a la hora de tomar señales con el osciloscopio. 2. Ensamble el emisor infrarrojo en una protoboard. Aliméntelo con la Fuente A. 3. Ensamble el receptor infrarrojo, los filtros pasa banda estrecha, el sistema de conversión frecuencia – voltaje, la interfaz de control y el puente H en otra protoboard. Aliméntelos con la Fuente B, cuando el sistema funcione correctamente, se sustituye la Fuente B por dos baterías de 9V. 4. Se realiza un barrido de frecuencias del sistema de filtros pasa banda estrecha y el sumador, introduciendo una señal senoidal en la entrada de ambos filtros simultáneamente y registrando la señal de salida del sumador. Identifique las dos frecuencias donde la ganancia es máxima, y sus frecuencias de corte asociadas. Tabla 6. Barrido de frecuencia para el sistema de filtros.
Frecuencia [Hz]
Frecuencia real [Hz]
Ganancia [dB]
Frecuencia [Hz]
10
3100
100
3300
500
3500
1000
4000
2000
4500
2500
4700
2700
4900
2900
5000
3000
5100
Frecuencia real [Hz]
Ganancia [dB]
29
Tabla 6 (Continuación). Barrido de frecuencia para el sistema de filtros.
Frecuencia [Hz]
Frecuencia real [Hz]
Ganancia [dB]
Frecuencia [Hz]
5300
20000
5500
50000
6000
100000
Frecuencia real [Hz]
Ganancia [dB]
7000 10000 15000
5. Ajuste los divisores de voltaje del interruptor de control para que las dos frecuencias de salida del VCO, coincidan con las frecuencias de máxima ganancia identificadas en el punto anterior. Se registra el voltaje DC de entrada al VCO asociado con cada señal de control. 6. Se activa el sistema de transmisión infrarrojo, y se toman capturas de la salida en el VCO y la salida del fototransistor, para las tres señales de control. 7. Se registra el voltaje de salida DC del PLL para cada una de las tres señales de control. 8. Se conecta un amperímetro en serie con el motor, y se fijan los dos potenciómetros del puente H en su valor máximo. Para la condición de avance, se reduce el valor del potenciómetro correspondiente hasta obtener la velocidad deseada en el motor, con cuidado de no exceder la corriente máxima de los MOSFET. 9. Repetir el punto anterior para la condición de retroceso, con el potenciómetro correspondiente.
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