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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE
Facultad de Ingeniería Electrónica
Comparador de ventana
Andrés Felipe Gómez A [email protected]
Introducción
En esta se pusieron en práctica los conceptos visto integradores y comparador de ventana , también nos dio la oportunidad de investigar sobre osciladores triangulares y como se pueden generar a partir de una fuente DC, sin utilizar un generador de funciones. También se observar el comportamiento del comparador de ventana.
Resumen
En esta práctica se realizó un oscilador de onda triangular con un voltaje de salida de 8VpK-VpK a una frecuencia de 100HZ, y a partir de esta onda, integramos y generamos un onda sinusoidal con un voltaje de salida de 6Vpk-Vpk con una frecuencia de 100Hz. Luego de realizar estas onda triangular y sinusoidal, se realizaros 2 configuraciones de comparador de ventana, las cuales se les proporcionaron unos Voltajes referencia de .Los Cuales se pudieron sacar gracias a un divisor de voltaje como se muestra a continuación:
(
(
))
Y cabe recalcar que en la práctica solo se utilizaron una fuente dual y amplificadores operacionales.
Pero en los circuitos mostrados a continuación se muestran fuentes de 2 voltios que se colocan por estética
Integrador
Es un circuito que ejecuta la operación matemática llamada integración. Su aplicación más frecuente es la producción de rampa de tensión de salida, la cual supone un incremento o un decremento lineal de tensión. Se le denomina también integrador de Miller, en honor a su inventor.
Planteando la LCK en la ilustración1: integrador, se puede determinar el comportamiento del integrador y saber que la corriente entrada es:
Ilustración 1: Integrador
Se sabe que debido a los efectos de la tierra.
Teniendo en cuenta que la corriente del capacitor está dada por:
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Remplazando
∫
De aquí se obtiene que la razón de cambio de voltaje es
(ecuación1)
Por regla general
Oscilador de onda triangular
Utiliza un comparador basado en amplificadores operacionales, con configuración de histéresis para realizar la conmutación de funciones. Como lo muestra la ilustración 2: Oscilador onda triangular
Ilustración 2: oscilador onda triangular
El voltaje de salida del comparador, está a su máximo nivel negativo, la salida se conecta a la entrada inversora del integrador mediante y el cual produce una rampa que se dirige a su nivel positivo en la salida del integrador. Cuando el voltaje de la rampa alcanza el punto de disparo (UTP), el comparador cambia a su nivel positivo máximo. Este nivel positivo hace que la rampa del integrador cambie
a una dirección negativa. La rampa continúa en esta dirección hasta que alcanza el punto de disparo inferior (LTP) del comparador. En este punto, la salida del comparador cambia de vuelta al nivel negativo máximo y el ciclo se repite.
Ilustración 3: Comparación de onda cuadrada y triangular
Como se puede observar en la ilustración 3: comparación de onda cuadrada y triangular, la amplitud de la onda cuadra esta dada por la alimentación con la cual se alimentan los amplificadores operacionales. La amplitud de la onda triangular está determinada por el voltaje de salida del comparador y las resistencias como se muestra en la ilustracion2: Oscilador onda triangular, las cuales establecen los valores de UTP(voltaje superior) y LTP( voltaje inferior) los cuales están definidos por las siguientes formulas:
(
) Ecuación 2
(
)
La frecuencia de ambas ondas depende de la constante de tiempo para calcular la frecuencia de salida de la siguiente manera
(
) Ecuación 3
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Comparador o Detector de
ventana
Un detector de ventana indica cuando una señal de voltaje dada se encuentra dentro de una banda o ventana especifica. Esta función se hace a partir de un par de detectores de nivel cuyos voltajes de umbral y
Ilustración 4:Comparadoro detecctor de Ventana
Como se puede observar en la ilustración 4: Comparador de ventana o detector de ventana, ingresamos un
voltaje al comparador o detector de ventana, y podemos observar el siguiente comportamiento mientras tanto los transistores ( y ) están apagados , en ese
momento se eleva a hasta su voltaje máximo es decir, para producir un pulso de salida Alto. Pero sin embargo, puede salirse de los
rangos establecidos por . En este momento alguno de los transistores de los comparadores se encenderá y
mandara estas señal a tierra provocando que este en cero.
Cálculos y simulación
Oscilador de onda triangular
Se hace uso de las ecuaciones 2 y 3 para determinar los valores de los elementos que componen el oscilador de onda
Se fijan los siguientes valores
V,
(
)
Se reemplazan los valores
(
)
Se establece que
Por ende
(
)
(
)
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Simulación Oscilador de onda
triangular
Ilustración 5: Circuito Oscilador de onda triangular
Ilustración 6: Onda triangular simulada
Onda triangular Práctica
Ilustración 7: Onda triangular montada
Integrador
En esta etapa se toma la onda
triangular, se integra para generar una
onda sinusoidal.
Para poder calcular el integrador se
utiliza la ecuacion1, ya mencionada
Se establece que se trabajará con un
condensador ( )
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Ilustración 8: circuito del Integrador
Ilustración 9: sinusoidal integrando una onda triangular
Comparadores de ventana
Comparador de ventana1
La ilustración 10. Muestra una configuración de comparador de ventana la cual tiene como característica principal entregar un flanco alto positivo, mientras la señal de entrada, la cual se ubica en la ventana o rango determinados, es: . La señal Vin de entrada se ubica en el Suwhict s2
como se muestra en la ilustracion10
Ilustración 10:Circuito Comparador de Ventana de flanco alto positivo
Ilustración 11: simulación de ondas Comparador de Ventana de flanco alto positivo
Como se puede a preciar en la ilustración 11: ondas del comparador de ventana de flaco alto positivo, se puede ver una onda sinusoidal la cual ingresa al comparador con una amplitud de 5,91VpK-vpk, y los voltajes de ventana representados por las líneas horizontales superior e inferior que se muestran en la ilustrcion11, las cuales tienen un valor de 2 y -2V. También se puede apreciar una onda cuadrada la
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Facultad de Ingeniería Electrónica cual representa el funcionamiento del comparador, el cual indica cuando la onda sinusoidal se encuentre en el rango determinado, la señal cuadrada se encontrara a un nivel alto, pero cuando la señal sinusoidal sale del rango la onda de salida expresara un nivel bajo .
Comparador de ventana practico1
Ilustración 12: Ondas del comparador de Ventana de flanco alto positivo, Practico
Para poder comprobar la eficacia del circuito se puede comparar la
ilustacion11, que son los valores simulados del comparador con lo valores reales que está representado en la ilustracion12 que son los valores prácticos los cuales se comprobaron en el laboratorio. Al estudiar esta ilustrcion12. Se hace notorio que los valores prácticos dan muy aproximados a la simulación ya que la onda sinusoidal tiene una amplitud 5,68V, y la onda cuadra tiene el mismo comportamiento de la simulación pero con una amplitud de 1 1,8V. También se puede observar que la frecuencia de entrada es 100Hz pero la salida son 200Hz tanto en la simulación como en la vida real.
Comparador de ventana 2
La segunda configuración que se muestra en del comparador de ventana de flanco bajo cuando la señal de entrada se encuentra dentro del nivel de ventana.
Ilustración 13: Circuito del comparador de ventana de flacos bajo
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Ilustración 14: ondas de salida del comparador de ventana
Como se puede observar en la ilustración 14 se está ingresando una señal triangular de 8Vpk-pk la cual, está pasando por los niveles de referencia que se definieron: 2v y -2v. en el grafico se puede observar: cuando la señal triangular está dentro de nuestro rango de ventana, la onda cuadrada esta en un nivel bajo , pero cuando la señal triangular sale de los límites de la ventana la señal cuadrada está en un nivel alto.
Comparador de ventana practico 2
Ilustración 15: ondas de salida del comparador de ventana Práctico
Como se ver en la ilustración16: onda de
salida del comparador de venta práctico.
Podemos observar que el valor de la
amplitud dela onda triangular es de
8.08VPk-Pk y el valor de los limites
inferior y superior es y al
observar con cuidado podemos notar que
mientras la señal triangular se
encuentra dentro de los rangos de
voltaje la señal cuadrada está en un nivel
bajo , pero cuando señal triangular sale
la onda cuadrada está en un nivel alto.
Conclusión
Los comparadores de ventana se
emplean en pruebas sobre
líneas de producción para
eliminar los circuitos que no
cumplen con las tolerancias
dadas. En estas y en otras
pruebas automáticas y
aplicaciones de medición, los
voltajes son
proporcionados por
computadoras a través de
convertidores D-A
En la práctica se determinó que
en el circuito integrador se puede
controlar la amplitud de la onda
de salida de este simplemente
modificando el condensador de
retroalimentación. Esto se puede
notar en la ilustración8 que el
condensador calculado difiere del
simulado en un 75% de su valor
En la práctica también se noto
que entre mas grande fuese el
condensador del integrador,
era más sensibles a señales de
interferencia, las cuales inducían
a que la onda sinusoidal saliera
deforme.
Bibliografía
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Facultad de Ingeniería Electrónica
[1]. Floyd .“Dispositivos Electrónicos”
8ª.ed.Pearson Prentice Hall
[2]. S . Franco. “Diseño con
amplificadores Operacionales y Circuitos
Integrados Analógico”, 3a. ed.Mc Graw
[3]. P. Albert Malvino “Principios De
Electrónica” edicion6a de 1990 editorial
Mc Graw Hill.
[4]A. Pertence Junior “Amplificadores
Operacionales y Filtros Activos” ed.Mc
Graw
[5]. H. Andrés Masías “.Diapositivas del
curso de electrónica 2”
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