Índice Practica 1|
Volímetro Luminoso.
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Objetivo Fundamentos teóricos Desarrollo Resultados Conclusiones Bibliografía
pág. 2
1. Objetivo de la práctica. Que el alumno conozca aplicaciones comunes de los detectores de nivel de voltaje.
2. Fundamentos teóricos. 2.1 Amplificador operacional. Un amplificador operacional. Es un amplificador diferencial con una ganancia muy alta, con una elevada impedancia de entrada y una impedancia de salida baja. Los usos más típicos del amplificador operacional son proporcionar cambios de amplitud de voltaje (amplitud y polaridad), osciladores, circuitos de filtros y muchos otros tipos de circuitos de instrumentación. Es capaz de comparar dos señales de entrada y variar la salida en función de cuál es mayor. Como todo amplificador operacional, un comparador estará alimentado por dos fuentes de corriente continua (+Vcc, -Vcc). El comparador hace que, si la tensión de entrada en el borne positivo, es mayor que la tensión conectada al borne negativo, la salida (Vout) será igual a +Vcc. En caso contrario, la salida tendrá una tensión -Vcc.
Figura 2.1.
La tensión de las entradas no puede salir se del rango fijado por la alimentación. A la entrada V- se le conoce como entrada inversora y a la entrada V+ se le conoce como entrada no inversora, por último a Vs se le conoce como terminal de salida. 2.2 Voltaje de referencia ajustable.
Figura 2.2. Circuito de voltaje ajustable
pág. 3
Se puede obtener un voltaje de referencia variable empleando la fuente bipolar del amplificador operacional. Junto con una red divisora de voltaje. (Nota: cualquier fluctuación en la fuente de alimentación producirá cambios en Vref , de aquí la necesidad de utilizar en un sistema un voltaje muy estable o preciso. En la figura 2 se muestra cómo hacer que un voltaje de referencia sea ajustable. Dos resistencias de 10kΩ y un potenciómetro de 10Kg están conectados en serie para obtener un divisor de voltaje a través del cual circule 1mA. Cada kilo-ohm de la resistencia corresponde a una caída de voltaje de 1 V. El Vref se puede fijar con cualquier valor que esté entre -5 y +5 V. Si se quita la conexión -V en la parte inferior de la resistencia de 10kΩ y se sustituye por tierra, se tiene entonces un divisor de 0.5mA y el se puede ajustar de 5 a 10 V.
2.3 Datasheet y característica del circuito integrado LM324
Figura 2.3. Estructura interna del circuito integrado LM324
Características:
No. de amplificadores operacionales: 4 No requiere fuente dual (Sin embargo con fuente sencilla no es posible que la salida obtenga voltajes negativos) Voltaje de alimentación: 3V a 32V fuente sencilla (±1.5V a ±16V fuente dual) Bajo consumo de potencia Ancho de banda típico: 1 MHz Compensado en frecuencia internamente Alta ganancia Compatible con todas las formas de lógica Encapsulado: DIP 14 pines
pág. 4
3. Material y equipo utilizado Material:
3 Integrados LM324 1 Potenciómetro de 10 KΩ 10 resistencias de 1 KΩ 10 resistencias de 5 KΩ 10 diodos led 10 diodos IN4007
Equipo: 1 fuente bipolar de ±15 V 1 fuente de 15 V Multímetro Pinzas de punta Pinzas de corte Pinzas de electricista Protoboard
4. Desarrollo
Una vez entendido el funcionamiento del amplificador, dado un voltaje de referencia y un voltaje variable en cada una de sus terminales, su identificación en el circuito integrado, se procede a pasar el siguiente diagrama a físico.
pág. 5
Figura 4.1. Diagrama eléctrico del Voltimetro luminoso
Teóricamente, dado el arreglo de resistencias en serie, éstas tienen la función de establecer el voltaje de referencia, es decir, cada una tendrá un voltaje de 1 a 10 V respectivamente, el potenciómetro tiene como función entregar al circuito una corriente de 1mA, para ello, será calibrado aproximadamente a un valor de 5kΩ (debido a que la alimentación es de 15V – ver Ecu 1), para satisfacer la condición.
Donde
pág. 6
El voltaje variable será el punto común de las entradas del amplificador, cuando la fuente no entrega voltaje a la salida se obtendrá -15V, por lo que ningún Led encenderá y como protección ante un voltaje de saturación inversa se conectaran diodos en serie (4001) a cada Led. Sin embargo cuando la fuente dé un voltaje de entre 1V y 2V, el primer Led se encenderá dado que a la salida se tendrán +15, esto debido a que la señal de entrada es mayor a la referencia. Este será también el principio que seguirán los demás Led para encender.
A continuación se muestra el proceso de realización de la práctica.
1) Se establece la respectiva alimentación en las fuentes (-15V y 15V), para ello se deben poner en serie y ajustar con las manivelas, la terminal común entre estas será GND.
Terminal negativa (-15V)
Punto común.
Terminal positiva (+15V) Figura 4.2. Configuración serie de las fuentes
2) Se preparan las terminales de otra fuente, las cuales fungirán como el voltaje variable.
pág. 7
Figura 4.3. Fuente variable.
3) Se arma el circuito del “Voltimetro luminoso” como se menciono anteriormente, (éste es uno de los pasos más importantes de la práctica), finalmente las terminales de alimentación y fuente variable (Ei) se conectan respectivamente.
Figura 4.4. Circuito físico.
4) Se realizan las pruebas correspondientes al circuito, iniciando en un voltaje Ei = 0V, donde dada la explicación anterior ningún Led debe de funcionar.
pág. 8
Figura 4.5.Comportmiento del circuito con E i=0V
5) Al tener un Ei = 2V, el primer Led se enciendo como se ve en la siguiente imagen.
pág. 9
Figura 4.6.Comportmiento del circuito con E i=2V
6) A continuación se muestra el circuito cuando Ei = 5V
Figura 4.7.Comportmiento del circuito con E i=5V
7) Finalmente se lleva la fuente a un Ei = 10V en donde los diez Leds están encendidos.
pág. 10
Figura 4.8.Comportmiento del circuito con E i=10V
pág. 11
5. Resultados Al final se obtuvo un voltímetro digital, al cual se le regula la escala con el potenciómetro, en este caso se ajustó para que censara los cambios por cada volt que varié; obteniendo los siguientes resultados:
Voltaje en la fuente (Ei)
Medición obtenida con el voltímetro digital
Ei=0V
Ei = 2V
pág. 12
Ei = 5V
Ei = 10V
6. Conclusiones
Olea Hernández Guillermo Al término de esta práctica pude observar la gran diferencia que existe en señales digitales y analógicas, ya que en el multímetro analógico podíamos ver un valor en cualquier punto en e digital solo podíamos apreciar un cambio cada volt que variaba.
pág. 13
Adema pude ver un uso del amplificador operacional en lazo abierto, así como un circuito muy práctico basado en dicha conexión, aprovechando lo que vimos en clase que mientras la entrada no inversora (+) sea más positiva que la entrada inversora (-) el voltaje de salía (V0) será positivo.
Pérez Bravo Agustín Al termino de la presente practica concluyo, es importante considerar la tolerancia de las resistencias, ya que de ello cambia el valor teórico que debe calibrarse en el potenciómetro para cumplir con la condición de corriente y el voltaje de referencia que ira al amplificador operacional, sin embargo, se aprecio prácticamente el funcionamiento como voltímetro, pues al ir variando la fuente de alimentación E1 de 1 a 10 V, los Leds prendían tal como se esperaba de uno en uno y estos eran corroboradas dados los voltimetros de la fuente. Finalmente concluyo que esta aplicación del amplificador es una de muchas, pero de ello se deriva entender su funcionamiento primero teórico para tener un panorama de confiabilidad de la aplicación y después la estructura interna del integrado a utilizar.
Texis Loaiza Oscar La conclusión que obtuve al realizar la práctica del voltimetro luminoso, es que un amplificador operacional tiene una amplia variedad de aplicaciones y cada una de ellas depende de la forma en cómo se realiza la conexión. En este caso ocupamos el amplificador operacional para hacer prender Leds dependiendo de la tensión que se administrara. Para lograr esto estudiamos como logar un voltaje de referencia ajustable mediante la conexión de un potenciómetro, resistencias, un amplificador operacional y aplicando cálculos de divisor de tención para obtener en qué momento se prenderían los Leds
7. Bibliografía
Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll. Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales. Prentice Hall, México, 1998. Robert L. Boylestad, Louis Nashelsky. Electrónica: Teoría de Circuitos. Sexta edición. Prentice Hall, México, 1997.
pág. 14
