Informe CEA,16y 17 2015

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Universidad Nacional de Ingeniera

Facultad de Ciencias

Escuela Profesional de Fsica

Informe del laboratorio de Circuitos Electrnicos

Analgicos

Experimentos No 1 ! 1"

Nombres: Rosmeri Huamn Garca

Cdigos: 20092660GProfesor: Julio Csar !ala"ar Rodrgue"

20#$

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Laboratorio de Circuitos Electrnicos Analgicos Laboratorio No7

I# $emas%

Experimento 1%

% Circui&os com'aradores

Experimento 1"%

% Circui&o oscilador (am'lificador o'eracional)

II# &b'etivos%

% *s&udiar los circui&os com'aradores de uno + dos ni,eles-

% *s&udiar el dise.o del oscilador de rela/acin basado en el am'lificador

o'eracional

III# Fundamento terico%

1# Comparadoresos com'aradores son circui&os no lineales 1ue sir,en 'ara com'arar dos

se.ales ( una de las cuales generalmen&e es una &ensin de referencia) +

de&erminar cul de ellas es ma+or o menor ob&eniendose como resul&ado una

&ensin al&a (3H) o ba/a (3)-

a o'eracin de un com'arador4 re'resen&ado en la 5C de la figura #-b4 se

'uede e'resar como :

*l com'arador ace'&a se.ales anlogicas a la en&rada + 'ro'orciona se.ales

binarias a la salida- *s&e elemen&o cons&i&u+e un neo de unin en&re elmundo analgico + digi&al-

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_2

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(# )isparador *c+mitt o *c+mitt triggera realimen&acin nega&i,a en un am'lificador &iende a man&enerle den&ro de la

regin lineal + una realimen&acin 'osi&i,a fuer"a a ese am'lificador a o'erar

en la regin de sa&uracin- 7n dis'arador !c8mi&& es un com'arador

regenera&i,o con realimen&acin 'osi&i,a 1ue 'resen&a dos &ensiones de

com'aracin a la en&rada 5H+ 54 en funcin del es&ado de la salida- a

5C de es&os circui&os 'resen&a 8is&resis + 'or ello &ambin se les denomina

com'arador con 8is&resis-as 'rinci'ales a'licaciones del dis'arador !c8mi&& se encuen&ran en el cam'o

de comunicaciones digi&ales debido a su ca'acidad de eliminar ruidos + en

circui&os generadores de forma de onda-

nali"ando la conein bsica del dis'arador !c8mi&& &rigger :

as resis&encias R# + R2 in&roducen una realimen&acin 'osi&i,a en el circui&o 1ue

fuer"a a o'erar al 3 en sa&uracin-a &ensin de en&rada i es com'arada

con ' es&a &ensin se ob&iene a &ra,s del di,isor de &ensin formado 'or R#

+ R2 de forma 1ue :

Como o 'uede &ener dos es&ados (3H4 3) 4 eis&en dos &ensiones umbrales

definidos 'or:

;e la 5C de la figura 2-b4 se 'one de manifies&o 1ue el cambio en la salida del

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_3

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com'arador

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los ,ol&a/es de &ransicin ,ienen dados 'or Vi= R

2V

R

R1+R2

R1

R1+R2V

cc

,# &scilador o multivibrador astableos mul&i,ibradores son un gru'o de circui&os 1ue &ienen dos es&ados de &ensin4

al&o + ba/o4 + ,an conmu&ando en&re ellos4 o bien 'or ellos mismos (modo free

running en ingls4 1ue se en&iende como modo libre) o bien cada ,e" 1ue los

es&imulamos con un 'ulso de en&rada (one s8o& en ingls4 o de una sola ,e")-

!e &ra&a de &ener un circui&o 1ue &ome dos es&ados de &ensin4 + solo es&os

dos4 + 1ue el &iem'o 1ue es& en cada es&ado es& de&erminado 'orcons&an&es de &iem'os conocidas-

*l mul&i,ibrador as&able corres'onde a la 'rimera ca&egora de ,ibradores 1ue

conmu&an de es&ado libremen&e (free running)4 'or ellos solos4 sin ning

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5enemos :

% A c

B AR

2

R1+R2Vo

o A Bsa& sa&

!u'oniendo 1ue inicialmen&e : o A Bsa& 4 &endremos :

B A

R2

R1+R2+Vsat

Por o&ro lado4 en el &erminal in,ersor4 el condensador in&en&a cargarse a

Bsa&4 'ro'orcionado 'or la resis&encia R4 'ero cuando el condensador

alcan"a un 'o&encial igual al del &erminal no in,ersor del 3 :

cA % AR

2

R1+R2+Vsat

;ado 1ue el 3 se com'or&a como un circui&o com'arador4 la salida cambia

de Bsa& a sa& 4 'or1ue el 'o&encial in,ersor llega a ser ma+or 1ue el

'o&encial no in,ersor -

8ora la salida es o A %sa&

B A %R

2

R1+R2

Vo

*l condensador &iene un ,ol&a/e de cA % AR

2

R1+R2+Vsat en el comien"o

de la segunda e&a'a4 +a 1ue la &ensin de salida es o A %sa& 1ue 'uede fluir

8acia el condensador-

;ebido a es&e 'o&encial4 el condensador in&en&a descargarse un mimo de

%sa&4 'ero en el camino de descarga4 el condensador alcan"a un 'o&encial

igual al del &erminal no in,ersor del 3 + ,ol,emos al caso inicial-

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_6

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a siguien&e figura mues&ra la &ensin del condensador + la &ensin de salida:

>igura ?: Grfica com'ara&i,a de c + o

!i a'licamos la ecuacin de un condensador 4 ob&enemos :

Como el &iem'o &o&al es 5A 25#

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Primera Par&e: *'erimen&o #6

I-# Procedimiento Experimental%

A E/uipo%% >uen&e de ,ol&a/e ;C

% Generador de ondas

% Resis&encias

% @D?#

% 3scilosco'io

A# Procedimiento%

Paso 1%

#- !e arm el circui&o de la figura #6-#4 R es el ,ol&a/e de referencia-

2- !e ,aro el ,ol&a/e de en&rada (*) en&re 0 + #0 + se midi el ,ol&a/e

de salida (ss)-

=- !e &omaron los da&os de ss de 2 formas : (a) aumen&ando e 4 (b)

disminu+endo e-

?- !e grafic ss ,s- e + se de&ermin el ni,el de &ransicin 5-

Figura 1#1

Paso (%

# !e sus&i&u+o la fuen&e ;C de la en&rada 'or una se.al senoidal ($00H"4

E')

2 !e obser, + regis&ro las se.ales de salida + en&rada en el

oscilosco'io-

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= !e iden&ific el ni,el del ,ol&a/e de &ransicin 5-

Paso ,%

$- !e mon& el circui&o com'arador de 2 ni,eles 4 con 8is&risis o !c8mi&&

&rigger4 de la figura #6-2-

6- !e re'i&ieron los 'rocedimien&os de los 'asos # + 2 + se de&erminaron

los ,ol&a/es de &ransicin 5

Figura 1#(

Paso 0%

# !e conec& una se.al de ,ol&a/e senoidal a la en&rada en el circui&o de

la figura #6-2

2 !e obser, la cur,a de 8is&erisis en el oscilosco'io 4 conec&ando el,ol&a/e de salida al CHF + el ,ol&a/e de en&rada al CH4 en modo F-

= !e iden&ificaron los ,ol&a/es de &ransicin 5 -

? !e com'araron los resul&ados con los ,alores ob&enidos de la siguien&e

ecuacin :

VT=

R2V

R

R1+R2

R1

R1+R2V

cc

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-# )atos experimentales ! clculos

Paso 1 %

;a&o : referencia A ?-#=

) umen&ando e :

$abla de datos N21

-e -s -e -s

0406 ##4== $4E %#040?

0426 ##4== 64#= %#040?

04=E ##4== 64=? %#040?

04$? ##4== 64$D %#040?

04D2 ##4== 64E# %#040?

04E$ ##4== D40= %#040?

#40? ##4== D4#$ %#040?

#42E ##4== D4== %#040?

#4?= ##4== D4$6 %#040?

#4D9 ##4== D4E= %#040?

2409 ##4== D49$ %#040?

24= ##4== E4#? %#040?

24$D ##4== E4=D %#040?

24E ##4== E4$9 %#040?

=40= ##4== E4E2 %#040?

=4E? ##4== 9406 %#040?

?40D ##4== 94#D %#040?

?4#2 ##4== 94=# %#040?

?4#? %949= 94?D %#040??42$ %#040? 9462 %#040?

?46= %#040? 94E# %#040?

?4E$ %#040? 949 %#040?

$409 %#040? #04#= %#040?

$4=# %#040? #04=D %#040?

$4?D %#040? #046 %#040?

$46E %#040?

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_1

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Graficando s ,s- e 4 usando los da&os de la &abla N # &enemos :

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

-15

-10

-5

0

5

10

15

Ventrada (V)

Vsalida (V)

3rfica 1% s ,s- e4 cuando e ,a aumen&ando

I) ;isminu+endo e :

$abla de datos N2(

-e -s -e -s

#04# %#040? ?4#E %#040#94=? %#040? ?406 ##4==

E4D2 %#040? =4$2 ##4==

E42? %#040? =4#2 ##4==

D4$$ %#040? 24$D ##4==

D409 %#040? 242$ ##4==

64?D %#040? #4E= ##4==

6409 %#040? #4=D ##4==

$4$= %#040? 049? ##4==

?499 %#040? 04$2 ##4==

?4=$ %#040? 04## ##4==?4=# %#040?

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_11

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Graficando s ,s- e 4 usando los da&os de la &abla N 2 &enemos :

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

-15

-10

-5

0

5

10

15

Ventrada (V)

Vsalida (V)

3rfica (% s ,s- e4 cuando e ,a disminu+endo

;e las grficas + las &ablas de da&os se ob&iene 1ue :

Para e : 5A ?-2$

Para e : 5A ?-06

Paso ( %

> onda A $#0 H"

' A E

@idiendo en ;C se ob&u, :

5A ?-20 cuando e

5A ?-00 cuando e

Figura 1#, % !e.ales de salida + en&rada en el oscilosco'io 'ara el

circui&o #6-#

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_12

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Paso , %

;a&o :referencia A $

4.eali5ando los

procedimientos del Paso 1 6

) umen&ando e :

$abla de datos N2,

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_13

e s e s

0 ##4#E $4#$ ##4#E

04$D ##4#E $4E6 ##4#E

#409 ##4#E 640D ##4#E

#46= ##4#E 64#$ %#042=

24#2 ##4#E 64E9 %#042=

24E? ##4#E D42= %#042=

=4#D ##4#E E4$# %#042=

=4E# ##4#E 94#6 %#042=

?42= ##4#E #0402 %#042=

?469 ##4#E

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Graficando s ,s- e 4 usando los da&os de la &abla N = &enemos :

0 2 4 6 8 10 12

-15

-10

-5

0

5

10

15

Ventrada (V)

Vsalida (V)

3rfica ,% s ,s- e4 cuando e ,a aumen&ando

I) ;isminu+endo e :

$abla de datos N20

________________________________________________________________________

_14

e s e s

94EE %#042= 24$D %#042=

E4D= %#042= 24?? %#042=

D42 %#042= 242= ##4#E64D? %#042= #4E# ##4#E

$462 %#042= #4#D ##4#E

?42D %#042= 0492 ##4#E

=46= %#042= 04$= ##4#E

=406 %#042= 0 ##4#E

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Graficando s ,s- e 4 usando los da&os de la &abla N ? &enemos :

0 2 4 6 8 10 12

-15

-10

-5

0

5

10

15

Ventrada (V)

Vsalida (V)

3rfica 0% s ,s- e4 cuando e ,a disminu+endo

!i graficamos s ,s- e usando los da&os de las &ablas N = + ? &endremos :

3rfica 7% s ,s- e ( 8is&ersis )

;e las &ablas + grficas se ob&iene 1ue:

5B A 6-#$

5% A 2-2=

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_15

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4.eali5ando los procedimientos del Paso ( 6

C) 7sando una fuen&e generadora de se.ales :

;a&os : > A ?90-00 H"

o !e ob&u, : 5B A 6-2

5% A 2-?

Figura 1#0 % !e.ales

de salida + en&rada enel oscilosco'io 'ara el

circui&o #6-2

Paso 0 %

Calculando los ,alores &ericos usando la frmula :

VT=

R2V

R

R1+R2

R1

R1+R2V

cc

VT+

20k5V

24k +

4k

24 k12V=6.17V

VT

20k5V

24 k

4 k

24 k12V=2.17V

Com'arando los resul&ados &ericos con los e'erimen&ales ob&enidos en el

'aso =C) &enemos :

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_16

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Experi

mental

Teri

c

!err

rVT+ 6.2 V 6.17

V

0.5%

VT - 2.4 V 2.17

V

10.6

%

-I# &bservaciones ! discusiones#- *n el 'aso #4 de la grfica # se obser, 1ue el ,alor de 5A ?-2$4

mien&ras 1ue en la grfica 2 el ,alor obser,ado fue de ?-06 - *s&os ,alores

eran cercanos al ,alor del ,ol&a/e de referencia 4 RA ?-#=-(# ;e la grfica de la cur,a de 8is&resis ob&enida e'erimen&almen&e en

el 'aso = se obser, 1ue el ,alor de 5(%) A 2-2= + el de 5(B) A 6-#$

son bas&an&e cercanos a los ob&enidos 'os&eriormen&e usando una fuen&e

generadora de se.ales-,# *n el 'aso =4 luego de com'arar los resul&ados &ericos de 5 B% con los

e'erimen&ales se obser, 1ue : 'ara 5B los ,alores ob&enidos 'resen&aron

un error del 0-$K + 'ara 5% un error del #0-6 K-0# !e obser, duran&e la e/ecucin del 'aso = 1ue en al &omar las

medidas de 5 en el oscilosco'io 4 en ocasiones los ,alores 'ara 5 B%

fueron dis&in&os + fue necesario 8acer una doble medicin - *s&o ca'a" se

deba al cambio casual del R duran&e la e/ecucin de los 'rocedimien&os-

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_17

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!egunda Par&e: *'erimen&o #D

-II# Procedimiento Experimental%

8 E/uipo%

% >uen&e de ,ol&a/e ;C

% Resis&encias

% @D?#

% 3scilosco'io

% Condensador

8# Procedimiento%

Paso 1%

# !e arm el circui&o oscilador de la figura #D-#- !e obser, en el

oscilosco'io las se.ales de salida (s) + del condensador (c) -

D- !e regis&r la forma4 ,ol&a/es de &ransicin + 'eriodo de las se.ales-

________________________________________________________________________

_18

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Figura 1"#1

Paso (%

? *n el circui&o4 se sus&i&u+ la resis&encia R# 'or una resis&encia

,ariable-

$ !e regis&raron en una &abla los ,alores de R# + 54 'eriodo de la

se.ales-

6 !e grafic 5 ,s- R# + se de&ermin en 1u rango de frecuencias

funciona bien el circui&o oscilador con el 3 D?#-

Paso ,%

# *n el circui&o4 se sus&i&u+ el condensador 'or o&ro de dis&in&a

ca'aci&ancia-

D !e re'i&i el 'rocedimien&o del 'aso 2-

Paso 0%# 7sando los da&os ob&enidos en 'asos an&eriores4 se demos&r 1ue el

'erodo de la se.al cuadrada generada es :

T=2R1C

1ln(

2 R3

R2

+1)

!e 8i" la grfica &erica + se com'ar con su grfico e'erimen&al-

-III# )atos experimentales ! clculos %

n&es de iniciar la &oma de da&os4 se ,erific 'ara el @D?# :offse& A 040 m (usando un 'o&encime&ro)

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_19

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Paso 1 %

;a&os : R2A 9-E= L R=A ?-EE L R#A 0-9E9 L ; C#A E$-En>

as grficas + medidas siguien&es se &omaron en ;C :

Figura 1"#( %!e.al de salida del circui&o

Figura 1"#, %!e.al del condensador

Paso ( %

a) c + s 'ara R#A 0-29L b6 c + s 'ara R#A 0-$2LM

________________________________________________________________________

_

-s % ccB A ?-?

cc% A %?-0

5 A #D6 us

-c % 'B A ?-?

'% A %=-6

5 A #D6 us

2

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c) c + s 'ara R#A 0-D$L d6 c + s 'ara R#A 0-E2LM

e) c + s 'ara R#A 0-9#L f6 c + s 'ara R#A 0-9?LM

Figura 1"# 0 4a694b694c694d694e694f6 %s + c en el oscilosco'io 'ara

diferen&es ,alores de R#

________________________________________________________________________

_21

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;e la figura #D-? se obser,a como conforme se aumen& el ,alor de R# 4 la

se.al de salida4 1ue inicialmen&e no era cuadrada4 fue 'oco a 'oco

delimi&ando me/or su forma 8as&a 8as&a alcan"ar la forma de se.al

cuadrada con R# A 0-9?6 LM-

'ar&ir de es&e ,alor '&imo 4 se 8i" la &oma de da&os 1ue se resume en

la siguien&e &abla :

$abla de datos N27

R#(Lo8m)

5(ms) R#(Lo8m)

5(ms)

049?6 04#6 #649E 242

04992 04#6E #E4D 24?#46=? 042$ #94E 246

240# 04= 2#42 24E

=42# 04?? 2=4= =

?4=6 04$E 2$4? =4=

$4E= 04DD 2D4E =4D

D406 0492 =04= ?

9 #4#? =?4D ?4$

#04D? #4=6 =E49 $

#2426 #4$6 ?2 $4?

#?4=6 #4E ??4$ $4E?64$ 6

7sando los da&os de la &abla N$ se ob&u, :

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0

1

2

3

4

5

6

7

"(x) # 0$13x % 0$02

Linear ()

&1 ('m)

T (ms)

3rfica %5 ,s R#(CAE$-$n>)

________________________________________________________________________

_22

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;e la grfica se obser,a como 5 ,ara linealmen&e con R#-

Paso , %

;a&o : C A 22? n>

;e igual forma 1ue en el 'aso 2 se comen" buscando el ,alor de R#

'ara el cual se obser,an las se.ales del condensador + de salida de

manera '&ima-

4a6 4b6

4c6 4d6

Figura 1"#7 4a694b694c694d6 % s + c en el oscilosco'io 'ara diferen&es

,alores de R#4 8as&a alcan"ar el ,alor '&imo en (d)-

________________________________________________________________________

_23

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'ar&ir de es&e ,alor '&imo 4se 8i" la &oma de da&os 1ue se resume en la

siguien&e &abla :

$abla de datos N2

7sando los da&os de la &abla N6 se ob&u, :

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

"(x) # 0$35x - 0$03

Linear ()

&1 ('m)

T (ms)

3rfica " %5e'erimen&al,s R# (CA22?n>)

;e la grfica se obser,a como 5 ,ara linealmen&e con R#4 siendo + A 5

4 AR#4 + 0-=?9$ el ,alor de la 'endien&e de la rec&a

________________________________________________________________________

_24

R#(Lo8m)

5(ms) R#(Lo8m)

5(ms)

#40=# 04=9$ 224? D4E

=40D #40? 2?4$ E46

$42E #4E$ 2$49 9

D409 24$ 2E42 94E

9409 =4# =0 #04?

#04?$ =46 =24$ ##42##469 ?4# =?42 #2

#=42# ?4$ =646 #24E

#$4#6 $42 =E49 #=46

#D4#9 $4E ?04= #?

#94## 646 ?242 #?4E

204#9 D4= ??46 #$46

?646 #642

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Paso 0 %Para demos&rar 1ue el 'eriodo de la se.al cuadrada generada es :

T=2R1C

1ln(

2 R3

R2

+1)

7samos los da&os de R# del 'aso = + generamos los ,alores &ericos de 5

1ue les corres'onderan4 ob&eniendo la siguien&e &abla:

$abla de datos N2"

R#(Lo8m)

5(ms) R#(Lo8m)

5(ms)

#40=# 04=#E$0EE6

224? 649200D62

=40D 049?E?2##6

2?4$ D4$6EE===$

$42E #46=##60E2

2$49 E400#==E##

D409 24#90=2D69

2E42 E4D##EE#6$

9409 24E0E#9#6?

=0 9426D9$92

#04?$ =422E==9#2

=24$ #040?02E9#

##469 =46##?#?DD

=?42 #04$6$?D=$

#=42# ?40E099#=D

=646 ##4=069#02

#$4#6 ?46E=?0ED2

=E49 #240#D?$=E

#D4#9 $4=#0$?062

?04= #24??99$E$

#94## $490=6900#

?242 #=40=6929=

204#9 642=D==6$?

??46 #=4DDE=66

?646 #?4=962=

7sando los da&os de la &abla N D se ob&u, :

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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0

2

4

6

810

12

14

16

"(x) # 0$31x - 0

Linear ()

&1 ('m)

T ( ms)

3rfica : %5&erico,s R# (CA22?n>)

!obre'oniendo las grficas D + E de los ,alores e'erimen&ales + &ericos

de 5 con res'ec&o a R#4 ob&enemos :

0 5 101520253035404550

0

2

4

6

8

10

12

1416

18

"(x) # 0$35x - 0$03

"(x) # 0$31x - 0

Grfca terica

Linear (Grfcaterica)

Grfca exeri!enta"

Linear (Grfca

exeri!enta")

&1 ( 'm)

T (ms)

3rfica ; %Grfica com'ara&i,a de da&os &ericos ,s- da&os

e'erimen&ales

'ara CA22? n>

!e obser,a de es&a grfica com'ara&i,a 1ue los da&os e'erimen&ales

ob&enidos no dis&an muc8o de los &ericos-*l 'orcen&a/e de error de los

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_26

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da&os e'erimen&ales calculado usando las 'endien&es de las grficas es

de #=4#?K 4 'or lo &an&o 'odemos decir 1ue el 'erodo de la se.al

cuadrada generada es cercana a :

T=2R1C

1ln( 2 R3

R2

+1)

I

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2- !edra4 - !mi&84 L- (2002) Circui&os @icroelec&rnicos- 3ford- @ico-

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