INDICE Introducción……………………………………… .………………………………...2 Objetivos…………………………………………………………… .………………3
Fundamentación teórica Oscilador 555……………………………………………………………4 - 5 Amplificadores operacionales ……………………………………………...6 Amplificador operacional como integrador Amplificador operacional como diferenciador Indicaciones generales del proyecto ……………………………………………….. Simulación de los circuitos empleando MULTISIM Circuito generador de pulsos ……………………………………………….. Integrador…………………………………………………………………….. Diferenciador…………………………………………………………………. Análisis matemático de los circuitos Diseño de los circuitos empleando LIVEWIRE Y PCB WIZARD W IZARD Circuito generador de pulsos de potencia …………………………………. Integrador…………………………………………………………………….. Diferenciador…………………………………………………………………. Osciloscopio Conclusiones …………………………………. Anexos Datashett LM317 Datashett LM741
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INTRODUCCION En el siguiente reporte describiremos el proceso de la construcción y puesta a prueba de un circuito con las siguientes características. características. El circuito completo realizado genera una onda senoidal, una onda cuadrada simétrica y una onda simétrica triangular. Todas las formas de onda deben tener amplitudes de pico de, aproximadamente, aproximadamente, 9 V. El circuito proporciona un medio práctico de variar la frecuencia de las formas de onda entre 1 kHz y 10 kHz. En el diseño implementado se usa un generador de onda cuadrada para realizar un generador de pulsos de potencia con un lm350 y de ahí obtener una onda triangular y luego transformar la onda triangular en una onda senoidal usando un circuito conformador de onda no lineal. Los circuitos en cargados de realizar las modificaciones de señal las realizaremos con amplificadores operacionales en configuración de integrador básico y diferenciador básico, por medio de multisim generaremos la simulación para comprobar los resultados obtenidos al final del proyecto. Al final se describirá el proceso de construcción de unas puntas de prueba para usar nuestra pc como un osciloscopio, osciloscopio, el cual usaremos para verificar el buen funcionamiento de nuestros circuitos.
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OBJETIVOS
Describir las características básicas de los amplificadores operacionales y del 555 como oscilador. Comprobar la operación y aplicación del amplificador diferenciador e integrador. Comprobar la operación y aplicación del oscilador 555, en un generador de pulsos de potencia. Obtener los resultados que nos entreguen los circuitos por medio de las simulaciones.
Construiremos una entrada al ordenador para ser utilizado como osciloscopio.
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FUNDAMENTACION TEORICA 555 El temporizador 555 se compone básicamente de dos comparadores, un biestable (flip-flop ), un transistor de descarga y un divisor de voltaje resistivo, como muestra la figura 16-36. El flip-flop (multivibrador biestable) es un dispositivo digital que puede ser desconocido en este momento a menos que ya se haya tomado un curso básico de electrónica digital. Brevemente, es un dispositivo de dos estados cuya salida puede estar a un nivel de voltaje alto (establecer, S ) o un nivel de voltaje bajo (reestablecer, R ). El estado de la salida puede ser cambiado con señales de entrada apropiadas. El divisor de voltaje resistivo se utiliza para establecer los niveles de voltaje en el comparador. Los tres resistores son de igual valor; consecuentemente, el comparador alto tiene una referencia de 2⁄3V CC y el bajo tiene una referencia de 1⁄3V CC. Las salidas de los comparadores controlan el estado del biestable. Cuando el voltaje de disparo se reduce por debajo de 1⁄3 V CC, el biestable se inicia y la salida salta a un nivel alto. La entrada de umbral normalmente está conectada a un circuito temporizador RC externo. Cuando el voltaje en el capacitor externo excede de 2⁄3 V CC, el comparador alto reestablece el biestable, el que a su vez regresa la salida a su nivel bajo. Cuando la salida del dispositivo es baja, el transistor de descarga (Qd ) se enciende y proporciona una trayectoria para la descarga rápida del capacitor de temporización externo. Esta operación básica permite configurar el temporizador con componentes externos como un oscilador, un monoestable o un elemento de retardo.
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AMPLIFICADOR OPERACIONAL. Una herramienta adicional básica del AO es su símbolo esquemático. Este es fundamental, dado que un esquema correctamente dibujado nos dice mucho sobre las funciones de un circuito. El símbolo más usado se muestra en la figura 9 con algunas aclaraciones anotadas.
El símbolo básico es un triángulo, el cual generalmente presupone amplificación. Las entradas están en la base del triángulo, y la salida en el ápice. De acuerdo con el convenio normal del flujo de señal, el símbolo se dibuja con el ápice (salida) a la derecha, pero puede alterarse si es necesario para clarificar otros detalles del circuito. Usualmente, las dos entradas se dibujan como se indica en la figura; la entrada no inversora (+) es la inferior de las dos. Excepciones a esta regla se producen en circunstancias especiales, en las que podría ser difícil mantener el convenio estándar. Además, las dos entradas están claramente identificadas por los símbolos (+) y (-), los cuales se sitúan adyacentes a sus respectivos terminales dentro del cuerpo del triángulo. Como se ve, los terminales de las tensiones de alimentación se dibujan, preferiblemente, por encima y debajo del triángulo. Estos pueden no ser mostrados en todos los casos (en favor de la simplicidad) pero siempre están implícitos. Generalmente, en croquis, basta con usar el símbolo de tres terminales para dar a entender el significado, sobreentendiendo las conexiones de alimentación. Finalmente, el tipo o número del dispositivo utilizado se sitúa centrado en el interior del triángulo. Si el circuito es uno general, indicativo de un amplificador operacional cualquiera, se usa el símbolo A ( o A1, A2, étc.)
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El integrador Se ha visto que ambas configuraciones básicas del AO actúan para mantener constantemente la corriente de realimentación, IF igual a IIN.
Una modificación del amplificador inversor, el integrador, mostrado en la figura , se aprovecha de esta característica. Se aplica una tensión de entrada VIN, a RG, lo que da lugar a una corriente IIN. Como ocurría en el amplificador inversor, V(-) = 0, puesto que V(+) = 0, y por tener impedancia infinita toda la corriente de entrada Iin pasa hacia el condensador CF, llamaremos a esta corriente IF. El elemento realimentador en el integrador es el condensador CF. Por consiguiente, la corriente constante IF, en CF da lugar a una rampa lineal de tensión. La tensión de salida es, por tanto, la integral de la corriente de entrada, que es forzada a cargar CF por el lazo de realimentación. La variación de tensión en CF es
lo que hace que la salida varíe por unidad de tiempo según:
Como en otras configuraciones del amplificador inversor, la impedancia de entrada es simplemente RG Obsérvese el siguiente diagrama de señales para este circuito
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El diferenciador Una segunda modificación del amplificador inversor, que también aprovecha la corriente en un condensador es el diferenciador mostrado en la figura .
En este circuito, la posición de R y C están al revés que en el integrador, estando el elemento capacitativo en la red de entrada. Luego la corriente de entrada obtenida es proporcional a la tasa de variación de la tensión de entrada:
De nuevo diremos que la corriente de entrada I IN, circulará por RF, por lo que IF = IIN Y puesto que VOUT= - IF RF Sustituyendo obtenemos
Obsérvese el siguiente diagrama de señales para este circuito
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INDICACIONES GENERALES DEL PROYECTO En esta oportunidad, en el Proceso de diseño de un circuito, tendremos la oportunidad de ver cómo trabaja un generador de funciones con las siguientes características: El circuito completo debe generar una onda senoidal, una onda cuadrada simétrica y una onda simétrica triangular. Todas las formas de onda deben tener amplitudes de pico de, aproximadamente, 9 V. El circuito debe proporcionar un medio práctico de variar la frecuencia de las formas de onda entre 1 kHz y 10 kHz. El circuito debe estar compuesto por resistencias de valor estándar fijo, resistencias ajustables, condensadores de valores estándar, amplificadores operacionales y diodos. Al circuito se le alimentará a partir de +15 V y -15 V. Sin embargo, las curvas características de las formas de onda de salida no deben depender en demasía de las tensiones de la fuente de alimentación. Un diseño comienza con una idea. Por ejemplo, la idea usada en este diseño es el generar una onda cuadrada, integrar la onda cuadrada para obtener una onda triangular y luego transformar la onda triangular en una onda senoidal usando un circuito conformador de onda no lineal Para lo cual el circuito base que utilizaremos será el siguiente:
Al observar las amplitudes de las ondas triangular y cuadrada se verificará que son independientes de la ganancia del integrador. En su lugar, estas amplitudes dependen de los umbrales y los niveles de salida del comparador. Así, se puede cambiar la frecuencia sin afectar a las amplitude
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ANÁLISIS DEL CIRCUITO EMPLEANDO MULTISIM. Generador de pulsos
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INTEGRADOR BASICO
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CIRCUITO DIFERENCIADOR
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ANALISIS MATEMATICO
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DISENO DE LOS CIRCUITOS GENERADOR DE PULSOS DE POTENCIA
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INTEGRADOR BASICO
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CIRCUITO DIFERENCIADOR
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OSCILOSCOPIO Lo que hicimos fue utilizar la tarjeta de sonido de nuestra pc como entrada, y un software especial para mostrar las señales que apliquemos a esa entrada. Antes de seguir hay que aclarar que las señales que podemos medir son señales de corriente alterna, no de corriente continua. La razón se encuentra en la entrada de nuestra tarjeta de sonido (en prácticamente todas). En ella existe un condensador electrolítico que bloquea las señales continuas que aplicamos a la entrada como medida de protección. El software que vamos a utilizar nos mostrará el monitor de nuestro ordenador con el aspecto de un osciloscopio. En cuanto al hardware lo que necesitamos es: - 1 metro de cable duplex, - 1 metro de cable negro flexible, - 2 conectores estéreo jack hembra de 3,5mm, - 1 conector macho jack estéreo de 3,5mm, - 3 pinzas de test rojas, negra, verde. -4 trimmers de 10K - 2 trimmers de 250K Lo que hicimos fue hacer dos entradas, para la entrada de línea de nuestra tarjeta de sonido. En las dos entradas haremos un divisor resistivo x 0.1. Es decir en estas entradas todas las señales se atenuarán 10 veces. Por lo general las tarjetas de sonido admiten como máximo 5 voltios, por lo que cualquier señal (alterna) por encima de esa tensión no podremos medirla, ya que quemaremos la tarjeta de sonido. Con el divisor resistivo x 0.1 podremos medir por tanto 10 veces más, esto es 50 voltios, ya que 50x0,1 = 5Voltios. Se pueden hacer tantas entradas como queramos, en ese caso sería bueno sustituir los conectores jack hembra por un conmutador rotativo con tantas posiciones como divisores resistivos queramos.
El esquema que seguimos fue el siguiente.
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El cálculo de las resistencias lo haremos aplicando la fórmula.
Siendo VCC/2 la salida hacia la tarjeta de sonido del ordenador (OUT-L y OUT-R) y VCC la entrada que queremos medir (JACK x0,1). Si queremos hacer un divisor resistivo que multiplique por 0,1 los valore serían: Para el canal L: R1=100K y R3=11K Para el canal R: R2=100K y R4=11K Como queremos que sea exacta la multiplicación tenemos que poner una resistencia variable de 20K, así aproximadamente hacia la mitad del recorrido (un poquito más) estarán los 11K que necesitamos. Podemos hacer tantos divisores resistivos como queramos. El ajuste de los trimmers, uno para cada canal, es muy sencillo. Damos una tensión alterna a la entrada sin atenuación, medimos los voltios, y aplicamos la misma tensión a la entrada atenuada, giramos lentamente los trimmers hasta obtener 10 veces menos. Es aconsejable hacer el ajuste antes de enchufar la entrada de línea a la tarjeta de sonido.
Puntas de prueba construidas
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Divisor de tensión
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conectores jack
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CONCLUSIONES
Pudimos familiarizarnos con el amplificador operacional como integrador y diferenciador ya que con estos realizamos las practicas, la misma que para poderse llevar a cabo tuvimos que ver las configuraciones en los datasheet. Al obtener los resultados de lo que nos dan en los circuitos podemos deducir que si cambiamos la señal ya sea triangular o rectangular.
Pudimos controlar las escalas pertinentes para poder tener una mejor visibilidad de los pasos de señal de cada uno de los circuitos que se realizamos. Con este proyecto se logró construir una entrada al ordenador para ser utilizado como osciloscopio. Transformamos nuestro pc en un osciloscopio. El osciloscopio es quizás el instrumento de medida más deseado por todo aficionado/a a la electrónica. Más deseado, porque es un instrumento caro y no todo aficionado se puede permitir ese gasto. Sin embargo pudimos convertir nuestro ordenador en un osciloscopio "casero" con prestaciones aceptables.
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BIBLIOGRAFIA
http://www.kemisa.es/utilizar_pc_como_osciloscopio.php
Documento Word utilización de la tarjeta de sonido de la pc como osciloscopio.
http://www.ifent.org/temas/amplificadores_operacionales.asp
Dispositivos electronicos – Floyd.
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