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“AÑO DE LA INVERSION PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA ”
GENERADOR DE ONDA SENOIDAL CON
VARIACION DE AMPLITUD “PUENTE WIEN”
CÁTEDRA: METROLOGIA E INSTRUMENTACION ELECTRICA II.
CATEDRÁTICO: ING. JOSÉ LEONCIO MENDOZA RODRIGUEZ.
ALUMNO: SERVA. TORRES CARO JEFF TORRES VARGAS KELVIN. ZUÑIGA CUSI KEVIN. SEMESTRE: VI.
HUANCAYO – PERÚ 2013 1
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ÍNDICE CARÁTULA ....................................................................................................................... 1 INDICE .............................................................................................................................. 2 ÍNTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 3 RESUMEN ........................................................................................................................ 4 CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO .............................................................. 5 Planteamiento Del Probelma ............................................................................................. 5 Formulacion Del Problema ................................................................................................ 5 Objetivos............................................................................................................................ 5 Justificación ....................................................................................................................... 6 Limitaciones ...................................................................................................................... 6 CAPÍTULO II: MARCO CONCEPTUAL.............................................................................. 7 Amplificador operacional.................................................................................................... 7 CAPÍTULO III: MARCO TEÓRICO..................................................................................... 8 Enunciado Del Problema ................................................................................................... 8 Puente Wien ...................................................................................................................... 8 Condición de oscilación .................................................................................................... 9 Analisis de la impedancia de entrada............................................................................... 10 Frecuencia de oscilación ................................................................................................ 13 Ganancia del oscilador puente Wien................................................................................ 13 SIMULACIÓN ................................................................................................................. 14 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 16
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INTRODUCCIÓN En electrónica un oscilador de puente de Wien es un tipo de oscilador que genera ondas sinusoidales sin necesidad de ninguna señal de entrada. Puede generar un amplio rango de frecuencias que van desde los 5 Hz hasta los 5 MHz. El puente está compuesto de cuatro resistencias y dos condensadores. El oscilador de puente Wien se utiliza mucho en los instrumentos de laboratorio de frecuencia variable llamados Generadores de señales. El circuito está basado en un puente originalmente desarrollado por Max Wien en 1891. El circuito moderno está derivado de la tesis final de William Hewlett, para obtener el máster en la Universidad de Stanford. Hewlett, junto con David Packard fundaron la empresa Hewlett-Packard. Su primer producto fue el HP 200A, un oscilador de ondas sinusoidales de precisión basado en el puente de Wien. El HP 200A se convirtió en un instrumento electrónico clásico conocido por su baja distorsión.
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RESUMEN El trabajo realizado es un circuito
llamado “Puente Wien”, el cual como se vio en la
introducción tiene la propiedad de generar una onda sinusoidal, sin la necesidad de tener una señal de entrada. El circuito está conformado de un amplificador operacional (OPAM) el cual lleva el código LM741, también encontramos resistores y capacitores con valores variables, ya que con la ayuda de estos podemos conseguir la variación de frecuencia y amplitud de la señal de salida, adicionalmente al circuito original, este diseño también lleva diodos rectificadores (1N4001) con los que también ayudaremos a regular la amplitud de la señal. El circuito en un inicio fue elaborado en un simulador, en este cado utilizamos el MULTISIM, para luego poder ser ensamblado y armado en el protoboard. Para poder corroborar la señal de salida, así como también la variación de frecuencia y amplitud, empleamos el osciloscopio, con la ayuda de este instrumento, corroboramos que la señal obtenida en la simulación coincide con la señal observada en el osciloscopio, y así comprobar experimentalmente el funcionamiento del circuito mencionado líneas arriba.
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CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Como es de conocimiento de cada uno de nosotros en el laboratorio se dispone de un solo generador de señales, con el cual podemos obtener señales de forma sinusoidal, triangular y rectangular. Basándonos en eso se nos propuso la interrogante de elaborar un circuito generador de onda sinusoidal, pero con el cual podríamos variar la frecuencia y amplitud a cual valor, si como también poder comprobar lo estudiado en la teoria.
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA En relación al problema planteado, se formuló la siguiente interrogante de estudio: ¿Qué circuito nos brindaría una señal sinusoidal y con el que tambien podamos variar su frecuencia y amplitud de señal de salida?
1.3. OBJETIVOS Nuestro objetivo es ensamblar un circuito con el cual sin tener una señal de entrada, poder obtener una señal sinusoidal de salida y poder a su vez variar su frecuencia y amplitud en su señal de salida. Corroborar lo estudiado anteriormente en la teoría, lograr visualizar la señal de salida en el osciloscopio, y aprender a manipular correctamente este instrumento.
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1.4. JUSTIFICACIÓN En la actualidad la interpretación de las distintas señales de salida que podemos obtener en cada circuito que encontremos en la vida diaria, es muy indispensable ya que esta señal nos facilita distintos parámetros, así como también con la interpretación adecuada y correcta determinar si aquella maquina esta o no trabajando.
1.5. LIMITACIONES
La señal de salida obtenida en el circuito tiende a distorsionarse un poco a medida que se aumenta la frecuencia, esto podríamos mejorarlo empleando dispositivos de mayor precisión.
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CAPÍTULO II MARCO CONCEPTUAL 2.1. DEFINICIONES CONCEPTUALES 2.1.1. PUENTE WIEN Son es un tipo de oscilador que genera ondas sinusoidales sin necesidad de ninguna señal de entrada. Puede generar un amplio rango de frecuencias que van desde los 5 Hz hasta los 5 MHz. El puente está compuesto de cuatro resistencias y dos condensadores.
2.1.2. AMPLIFICADOR OPERACIONAL Es un amplificador de acoplamiento directo de alta ganancia, que mediante el uso de una red de realimentación mejora su respuesta la cual puede ser controlada fácilmente. Es muy versátil y eficiente, permite realizar aplicaciones tanto lineales como no lineales, tales como instrumentación electrónica, circuitos de interfaz, electrónica industrial, computación analógica y otras aplicaciones especiales. Dentro de los usos específicos de un AO, se tienen Amplificadores de corriente continua y de corriente alterna, comparadores, osciladores, multivibradores, filtros activos, amplificadores de instrumentación, trasmisión y acondicionares de señal. Tambien realizan operaciones matemáticas (procesamiento de señales):
Sumadores,
restadores,
amplificadores logarítmicos, etc.
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integradores,
derivadores,
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CAPITULO III MARCO TEÓRICO 3.1 ENUNCIADO DEL PROBLEMA Se tiene el circuito oscilador, con el cual sin la necesidad de que el circuito tenga una señal de entrada, obtendremos una señal sinusoidal en la salida. Con la variación del potenciómetro de 2 0kΩ, podemos apreciar en la salida la variación de la frecuencia, esta se obtiene luego de realizar ciertos cálculos matemáticos al circuito el cual apreciaremos líneas adelante. Para poder la amplitud, regulamos o manipulamos los potenciómetros R3, R4, R5 Y R6 de 10 kΩ cada uno
PUENTE WIEN En la figura 3.1 siguiente se muestra el circuito de un oscilador Puente Wien, en el cual apreciaremos las resistencias y condensadores que se emplean en su diseño. A diferencia del oscilador por corrimiento de fase, tiene menos componentes y el ajuste de la frecuencia de oscilación es más fácil, motivo por el cual es más utilizado. El circuito básico consta de un amplificador y una red de adelando/atrazo compuesto de dos redes RC, una serie y otra en paralelo. Los dos valores de resistencias y condensadores son iguales.
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Figura 3.1. Circuito oscilador puente wien. CONDICION DE OSCILACION La relación entre la resistencia de realimentación y la resistencia de entrada es:
Dónde: es la ganancia del operacional. es la resistencia de realimentación. es la resistencia de entrada. Las ecuaciones básicas para obtener estas especificaciones son:
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Pasando todas estas ecuaciones al dominio de la transformada de Laplace se obtiene:
Y por tanto la condición de oscilación es:
ANÁLISIS DE LA IMPEDANCIA DE ENTRADA
Si
se
aplica
una tensión directamente
en
la
entrada
amplificador ideal con realimentación, la corriente de entrada será:
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de
un
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Dónde: es la tensión de entrada. es la tensión de salida. es la impedancia de realimentación. Si definimos la ganancia de voltaje como:
Y la admitancia de entrada se define como:
La admitancia de entrada puede ser redefinida como:
Para el puente de Wien, Z f está dada por:
Substituyendo y resolviendo:
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Si
es mayor a 1, la admitancia de entrada es una resistencia
negativa (NDR) en paralelo con una inductancia. La inductancia es:
Si se coloca un condensador con el mismo valor de C en paralelo con la entrada, el circuito tiene una resonancia natural a:
Substituyendo y resolviendo para la inductancia:
Si necesita un
con un valor de 3:
Substituyendo:
O también:
Similarmente, la resistencia de entrada a la frecuencia determinada arriba es:
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Para
= 3:
FRECUENCIA DE OSCILACION:
GANANCIA DE UN OSCILADOR PUENTE WIEN La ganancia que debe tener este amplificador debe compensar la atenuación causada por las redes RC (red de realimentación positiva conectada a la patilla no inversora del amplificador operacional).
Esta ganancia debe estar por encima de 1 para asegurar la oscilación. La ganancia se obtiene con la primera fórmula. Como la ganancia debe ser mayor que 1, la ecuación se simplifica y se obtiene la segunda fórmula:
Ver que para que esto sea posible, el cociente de R2 y R1 debe ser igual o mayor que 2.
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3.2 SIMULACION DEL CIRCUITO OSCILADOR Para poder diseñar el circuito oscilador se utilizó el programa MULTISIM.
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Señal de salida observada en el osciloscopio:
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES:
El circuito armado si genera ondas sinusoidales sin la necesidad de tener una señal de entrada. Se comprobó que la teoría estudiada es acertada, ya que experimentalmente se corroboro, asi como tambien que la señal de salida obtenida es perfectamente sinusoidal a determinada frecuencia.
RECOMENDACIONES:
Tener mucho cuidado con la alimentación del OPAM LM741, ya que este circuito integrado necesita de la alimentación de una fuente simétrica de +-15 v, asi como tambien identificar correctamente sus terminales de conexión revisando su datasheet para asi garantizar el correcto funcionamiento del circuito. Utilizar correctamente el osciloscopio, para asi poder visualizar correctamente la señal de salida obtenida.
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