T. P. Nº3

Aplicaciones de los comparadores

1) Aplicando la configuración de comparadores, diseñar un circuito interruptor activado por sonido con las siguientes características:

Sensor implementado con un sensor capacitivo.

Control de sensibilidad variable.

Alimentación por medio de la red eléctrica 220V 50Hz.

Actuador a relé 1NA+1NC.

a) Hacer la descripción del funcionamiento del circuito.

b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.

c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.

d) Dibujar el circuito en el MULTISIM.

Este circuito esta basado en un comparador detector de nivel. Esta compuesto por 2 etapas: la fuente, y el comparador.

La fuente, con un puente de diodos y dos reguladores, LM7815 y LM7915, con lo cual conseguiremos +/- 15V para alimentar el comparador. En la entrada inversora del comparador hay dos resistencias y un potenciometros. Una de las resistencias conectada a +15V y la otra a -15V para obtener una Vref variable por medio del pot.

Vref está seteado a 450 mV, y al aplaudir, se tendrá en Vi 500 mV, y se activará la salida, a la cual esta conectado un transistor BC337 para aumentar la corriente, un rele de 12V con un 1N4007 para proteger al transistor, y una lampara de 12V que se prendera.

Como primera parte del ejercicio lo que se hizo fue realizarse una fuente con punto medio, la cual entrega una tension de +15V / -15V , con reguladores LM7815 y LM7915 para fijar dicha tension mencionada anteriormente. Previamente se puso un transformador con punto medio para disminuir la tension de entrada de linea.
Se utilizo el circuito integrado comparador LM339 en configuracion de detector de nivel el cual cuenta con una tension de referencia (Vref) variable, la cual nos permitira tener un control de sensibilidad del microfono capactivo.
Por otra parte tenemos una fuente de Tension Alterna de 500mV 3.5KHz que simulara el aplauso medido en el laboratorio con el osciloscopio, que estubo previamente amplificado.
Nosotros para probar dicho circuito a la salida conectamos un diodo LED, pero tambien se puede implementar con un relé a la salida tal como re realizo en el ejercicio siguiente

2) Se desea implementar un detector de humo.

El proyecto requiere la utilización de una celda fotorresistiva, de forma que segun el nivel de humo presente en el ambiente haga activar una alarma sonora y lumínica.

El circuito deberá ser alimentado con la red eléctrica 220V 50Hz.

a) Hacer la descripción del funcionamiento del circuito.

b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.

 c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.

d) Dibujar el circuito en el MULTISIM.

Para comenzar, la alimentacion de este circuito, estará tambien fijada por la fuente realizada en el ejercicio anterior.
El circuito de este circuito es similar al anterior, a diferencia que en este caso la tension de entrada dependera no de un microfono capacitivo variable, sino de una LDR. La LDR es una celda fotorresistiva que por ausencia de luz aumenta su resistencia (Por ley de Ohm tambien aumentará la Tension, en este caso la tension de entrada Vi) y de esta forma cuando se supere la tension de referencia (Vref) que tambien en este caso es variable de acuerdo al nivel de humo presente al cual se quiere hacer activar la alarma sonora y luminica, que estará controlado por un relé de 12V que cuando conmute, conducira de esta forma activando los componentes conectados a su salida (Buzzer y lampará luminica)

3) Diseñar un circuito de un voltímetro.

La escala del mismo deberá ser 0 a 5V con una sensibilidad mínima de 500mV.

Deberá tenes un indicador de polaridad.

Se recomienda la la utilización de circuitos integrados LM339 en la configuración de detectores de nivel.

a) Hacer la descripción del funcionamiento del circuito.

b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.

 c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.

d) Dibujar el circuito en el MULTISIM. 

La alimentación de dicho circuito estará dada como en cualquier voltimetro que podemos comprar, por una bateria de 9V. Se utilizo el LM339 como detector de nivel. Se Coloco un potenciometro de 47Kohm para poder fijar primero la tension maxima de alcanse del voltimetro que en este caso es de 5V como pide el ejercicio, pero eso no quiere decir que no pueda ser mayor o menor. Eso dependera de como se ajuste el valor de resistencia del potenciometro de 47Kohm.
Luego no basto mas que armar distintos divisores de tension con resistores de 1Kohm para poder ajustar la distintas tensiones de referencias, que su diferencia sera de 500mV como pedia el ejercicio.
De esta forma como se observa en los graficos cuando la tension de entrada es mayor que la de referencia se encenderan los Leds que correspondan (osea, los que su tension de referencia sea menor a la de entrada)

5)

Partiendo de la configuración de comparadores diseñar un circuito generador de pulsos.

El circuito deberá variar la frecuencia desde 100Hz hasta 100KHz, con ajuste de ciclo de actividad desde 20% hasta 80% y salida compatible con familia lógica TTL y CMOS.

a) Hacer la descripción del funcionamiento del circuito.

b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.

c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.

d) Dibujar el circuito en el MULTISIM.

El circuito utilzado es el siguiente:

En este circuito utilizamos un LM339 , un CD4066.
Con el CD4066 controlamos a 4 capacitores que van a determinar el la década de frecuencia que deseamos y se selecciona mediante las llaves. Esos capacitores se conectan al potenciometro y la resistencia en serie con la cual mediante la relación RC controlamos la frecuencia. Con los capacitores la década y con el potenciometro variamos dentro de esa década.
Luego agregando un potenciometro y una resistencia en serie entre la para (+) y la 7 podemos controlar el ciclo de trabajo.
Para realizar los cálculos nos basamos en la ecuación :

6)

Se desea monitorear una batería de 12V
Los requisitos del funcionamiento del circuito serán:
Cuando el voltaje de la batería cae por debajo de 10.5V se deberá conectar a un cargador.
Cuando el voltaje de la batería alcance los 13.5V, se deberá desconectar del mismo.
Considere que el circuito tiene una alimentacion de +- 15V
a) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito
c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
d) Simular el circuito en MULTISIM.

El circuito utilizado es el siguiente:

En el siguiente circuito se ajusta R4 a 12.5K para hacer Vctr 12V cuando E1 cae abajo de 10.5V , Vo se vuelve negativo , liberando el relé a su posición normal cerrada. Cuando la batería se carga a 13.5V , Vo cambia a +Vsat el cual enciende el transistor y opera el relé. Sus contactos NC se abren para desconectar el cargador. El diodo 1 protege al transistor contra polarizacion inversa excesiva cuando Vo= -Vsat. Y el diodo 2 protege al comparador y al transistor de la bobina del rele. 
Ecuaciones:

Trabajo Practico Nro 2

Aplicaciones no lineales de los amplificadores operacionales

 

1) En el limitador representado en la fig. 1 los diodos zeners son idénticos(02dz4.7). Usando como Vi una señal triangular de 5Vp 100Hz:

A)Dibujar el circuito en MULTISIM
B) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito
C) Simular el circuito
D) Representar la señal de Salida Vo (t)  


A) 

Fig. 1

B)  Los 2 diodos que estan en paralelo con R2 limitan la amplificación hasta su valor en inversa que es de 4.7V. La tension Vo se mantiene constante independientemente del valor de Vi.

C y D) Al simularlo, obtuvimos las siguientes señales, siendo la verde Vi(t) y siendo la roja Vo(t)

El osciloscopio estaba en las escalas:

Tiempo:500us/div

Canal A y canal B: 10V/div

2) En el siguiente Circuito recortador de la figura 2 los diodos son indénticos de silicio 1N914
Usando una Vi(t) = 5V*sen 6280*t

 

A) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.
B) Simular el circuito en Multisim
C) Representar Vo(t)

A) Hay dos diodos 1N914 en antiparalelo por lo tanto, la señal de entrada es recortada al valor del diodo. La señal de salida no varía a pesar de variar la señal de entrada.
En el semiciclo positivo, el diodo 1 queda en directa y el 2 en inversa por lo tanto recorta el semiciclo positivo a 0.7V .
Para el semi ciclo negativo el diodo 1 queda polarizado en inversa y el diodo 2 en directa por lo tanto el semi ciclo negativo también se recorta 0.7V , obteniendo en la salida una señal de 1.4Vpp.

B y C)

Siendo la seniodal Vi(t) y la recortada Vo(t)

3) 

El siguiente circuito representa un circuito amplificador limitador:

A) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.

B) Observar los cambios de la señal de salida cuando se produce una variación de la tensiones de referencia mediante los potenciometros.

C) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.

D) Simular el circuito en Multisim.

A) Como vimos en el ejercicio 1 se puede limitar colocando diodos zeners en la red de realimentación, pero esto tiene como desventaja el provocar una excesiva carga a las entradas del operacional y por otra parte las variaciones de temperatura del Zene. Todos estos inconvenientes pueden ser solucionados con este circuito donde el amplificador U1A tiene una conflagración inversora donde la ganancia esta controlada por R1 y R2 y la carga esta aislada del circuito principal mediante un amplificador U1B en conflagración buffer permitiéndonos de esta manera poder utilizar distintos valores de carga sin modificar el circuito principal.
El nivel de limitación se puede controlar mediante los potenciometros fijando de esta manera con el puente de diodos el umbral de saturación que tendrá este amplificador U1A en el valor de salida. Como la característica alineal de los diodos conectados en el circuito están en la rama directa de realimentacion, se van a ver afectados por un factor de 1/BxA donde A es la ganancia a lazo abierto y B es 1/R2. La transferencia seria la siguiente:

 B) Al variar las tenciones de referencia, sucede lo siguiente:

4) Se desea implementar un rectificador de precisión de manera que con una señal de control podamos seleccionar que sea positivo o negativo .
A) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.
B) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
C) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales
D) Simular el circuito en Multisim

A) A través de un pulsador se selecciona que el circuito actue como un rectificador de media onda positivo o negativo, osea que al accionar el pulsador se elija una conflagración de diodos o la otra y para ello vamos a necesitar de un integrado que posea en su interior llaves bilaterales con señal de control. Nosotros utilizamos el CD4066.

C) 

5)El interruptor J1 permite hacer la reposIción a cero de medición . 

A) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.
B)Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
C) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
D) Simular el circuito en Multisim.

A) El circuito representado en la figura es un detector de valor pico positivo con salida negativa. Básicamente este circuito monitorea los valores pico de la señal de entrada manteniendo este valor constante hasta encontrar un nuevo valor de mayor tensión, tiene la posibilidad de poder ser reestablecido a 0 para comenzar un nuevo ciclo de comparacion.
El funcionamiento de este circuito se realiza en dos partes que resultan de la combinacion de una A.O U1A en configuracion de rectificador de media onda no inversor positivo y un circuito amplificador operacional U1B en configuracion de circuito integrador.
La red de realimentación del sistema es activa y esta formada por R5,R2,R3,C3,C2 y U1B. La ganancia total del sistema es Av= - R5/R1.
La llave en paralelo con C2 permite la reposicion a cero del circuito para comenzar un nuevo ciclo de medición en el caso de requerir grandes periodos de tiempo de memorizacion es fundamental utilizar A.O con FET de entrada.

D)