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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA LABORATORIO II DE LECTRÓNICA 22 PRACTICA N° 4 ASTABLES Y GENERADORES DE BARRIDO PREPARACIÓN TEÓRICA 4.1. INTRODUCCIÓN: Tanto los multivibradores astables como los generadores de barrido constituyen dos de los bloques básicos en multiplicidad de aplicaciones industriales, especialmente en aquellas referidas a la generación y modificación de formas de onda. 4.2. OBJETIVOS: − Determinar los aspectos básicos relativos al funcionamiento de multivibradores astables con amplificadores operacionales y circuitos integrados. − Establecer las ecuaciones que permiten calcular los componentes de configuraciones típicas de circuitos astables y generadores de barrido. − Acoplar diversos circuitos para detectar los problemas inherentes a su conexión y mostrar alternativas de manejo de señales. − Mostrar un ejemplo de modulación de un tren de pulsos. − Establecer la correlación secuencial entre las diversas formas de onda asociadas al funcionamiento de los distintos circuitos estudiados. 4.3. MULTIVIBRADOR ASTABLE CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL La fig. 4.1 ilustra la configuración típica de un circuito astable basado en un amplificador operacional. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA LABORATORIO II DE LECTRÓNICA 1 2 R4 D2 R3 3 23 D1 P + C Vr 4 2 3 1 Vo1 11 Vc +12V + LM324 -12V R2 R1 Fig. 4.1. Multivibrador Astable con A.O. ACTIVIDADES: − Investigue y explique el funcionamiento del circuito astable de la fig. 4.1 anexe las formas de onda y las ecuaciones correspondientes. − Si el operacional empleado es el LM324 alimentado con una fuente dual de +/- 12V y además se tiene R1 = R2 = 4.7kΩ, R3 = 2.R4 = 47kΩ, P = 53kΩ, y C = 0.1µF, deduzca y calcule la amplitud y frecuencia de Vc, Vr y Vo y dibújelas. Asuma que D1 y D2 son diodos ideales. − Explique la función de la red R1-R2. − Determine el papel de los diodos D1 y D2 en la operación del circuito. − Explique el concepto de ciclo útil y deduzca la expresión matemática que permite calcularlo. − Si R3 = 47kΩ y P = 10kΩ, determine el valor de R4 para tener un ciclo útil de 75%. Calcule el valor de la frecuencia de Vo. − Indique posibles aplicaciones del circuito. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA LABORATORIO II DE LECTRÓNICA 24 4.4. GENERADOR DE BARRIDO El circuito de la Fig. 4.2 es un generador de barrido con tensión de salida decreciente, construido en base al circuito astable estudiado en el apartado anterior. +12V LED1 +12V D2 5 + 6 4 4 + R4 -12V V7 R2 R1 Vx R5 3 +12V U1C D4 LM324 10 + 9 Q1 NPN U1B V4 LM324 -12V 1 R8 4.7K Vo2 7 11 1 11 3 C2 4 3 P1 +12V U2A V8 2 + LM324 C1 Q2 PNP 2 2 1 + R7 D3 R3 -12V R11 Vy P2 Fig. 4.2 Generador de Barrido +12V R10 R9 R6 Vo3 8 11 D1 Comparador ACTIVIDADES: − Investigue y explique el funcionamiento del circuito de la Fig. 4.2. anexe ecuaciones y formas de onda. − Explique el papel de los diodos D1, D2, y D3, los transistores Q1 y Q2, los operacionales A y B y el diodo led LD. − Si R1 = R2 = R3 = 4.7kΩ, P = 15kΩ, R4 = 10kΩ, R5 = 470Ω, R6 = 3.3kΩ, R7 = 22kΩ, R8 = 10kΩ, C1 = 0.1µF, C2 = 0.022µF, el transistor Q1 es el 2N3903 y el transistor Q2, el 2N3905. Calcule la amplitud y frecuencia de las señales Vo1 y Vo2 y dibújelas. − Anexe el Comparador C como etapa final del circuito. El terminal noinversor recibe la señal Vo2 y el terminal inversor una señal de tensión de +4V. Dibuje la tensión de salida Vo3 y explique el mecanismo de control del ciclo útil. − Cuál es el valor más bajo del ciclo útil de Vo3 que se puede obtener con este circuito? Explique claramente. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA LABORATORIO II DE LECTRÓNICA 25 4.5. SINCRONIZACIÓN Y CONTROL DE OSCILACIONES La Fig. 4.3 muestra el esquema de un multivibrador astable basado en el circuito integrado LM555, cuya operación se sincroniza y controla mediante una señal Vo3 rectangular de frecuencia y ciclo útil ajustables independientemente, la cual corresponde a la salida del comparador del apartado anterior. +V V9 10V +V LD + C1 -10V R2 R8 4.7K U2 555 +10V 13 14 4 LM324 10 + 8 9 Q1 NPN R4 Vo3 R12 Vcc 8 Dis7 Thr 6 Ctl 5 -10V R13 C +V R11 R10 Vx R1 D4 1 Gnd 2 Trg 3 Out 4 Rst 11 Vo1 4 1 11 3 C2 C B LM324 12 + D2 11 4 Vc1 +V A 2 + LM324 Q2 PNP R5 R6 P2 Fig. 4.3 Circuito Modulador de Pulsos ACTIVIDADES: − Investigue y explique el funcionamiento del circuito ilustrado. − Si R1 = R2 = R3 = 4.7kΩ, P1 = 100kΩ, C1 = 0.1µF, R4 = 10kΩ, R5 = 470Ω, R6 = 3.3kΩ, C2 = 0.022µF, R7 = 22kΩ, R8 = 10kΩ y P2 aplica una tensión de 1V al terminal no-inversor del Comparador C, tomando en cuenta que R11 = 1kΩ, R12 = R13 = 10kΩ y que C3 = 0.1µF, dibuje con valores las siguientes formas de onda: Vc1, Vo1, Vo2, Vo3, Vc3 y Vo4. − Cuál es la función de los potenciómetros P1 y P2? − Mencione y explique algunas aplicaciones prácticas que pueda tener el circuito ilustrado. 4.5. BIBLIOGRAFÍA − Stout and Kaufman. Operational Amplifier Circuit Design. McGraw-Hill, 1976. − Robert Coughlin. Circuitos Integrados Lineales. Prentice Hall, 1987 − Linear National Semiconductor Applications, 1982. Vo + D3 R3 P R7 + Vc2 D1 C3 REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA LABORATORIO II DE LECTRÓNICA 26 − Milman and Halkias. Integrated Electronics. McGraw-Hill, 1972. PRÁCTICA N 4 ASTABLES Y GENERADORES DE BARRIDO TRABAJO DE LABORATORIO 4.1. OBJETIVOS: − Diseñar, montar y verificar el funcionamiento de varios circuitos multivibradores astables y generadores de barrido. − Establecer las diferencias entre los resultados prácticos y las predicciones teóricas. − Acoplar diversos circuitos y observar los problemas inherentes a su interconexión y las alternativas prácticas del manejo de señales. − Considerar en detalle un modulador de pulsos como una aplicación práctica con posibilidades de uso industrial. 4.2. MATERIAL REQUERIDO: − Un circuito integrado LM324. − Un circuito integrado LM555. − Cuatro diodos de señal 1N4148. − Un diodo LED. − Tres potenciómetros: 2kΩ, 50kΩ y 100kΩ. − Cuatro condensadores: 0.01µF, 0.01µF, 0.022µF y 0.1µF. − Doce resistencias de 0.25W según valores de diseño. − Una fuente dual. − Un osciloscopio dual con accesorios. − Un protoboard. − Un multímetro electrónico. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA LABORATORIO II DE LECTRÓNICA 27 − Cables y demás elementos de conexión. 4.3. MULTIVIBRADOR ASTABLE CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL La Fig. 4.1 ilustra el esquema de un multivibrador astable diseñado con el amplificador operacional LM324. 1 2 R4 D2 R3 3 D1 P + C Vr 4 2 3 1 Vo1 11 Vc +12V + LM324 -12V R2 R1 Fig. 4.1. Multivibrador Astable con A.O. ACTIVIDADES: − Monte el circuito ilustrado en la Fig. 4.1. Emplee una fuente dual de +/12V y escoja R1 = R2 = 4.7kΩ, R3 = 2.R4 = 47kΩ, P = Potenciómetro de 100kΩ y C = 0.1µF. − Verifique el funcionamiento del circuito. Ajuste P = 53kΩ y dibuje las siguientes formas de onda: Vo, Vc y Vr en forma secuencial. Compare sus resultados prácticos con sus predicciones teóricas. − Determine el rango de frecuencia de Vo mediante la variación del potenciómetro P. − Escoja R3 = 47kΩ y P = 10kΩ y selecciones R4 de modo que el ciclo útil de Vo sea de 75%. Determine la frecuencia correspondiente y compare estos resultados con los cálculos de su preparación. − De qué manera se puede modificar el circuito para asegurar un ciclo útil del 50% a todas las frecuencias. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA LABORATORIO II DE LECTRÓNICA 28 4.4. GENERADOR DE BARRIDO La Fig. 4.2 ilustra el esquema de un generador de barrido con tensión de salida decreciente en el tiempo. +12V LED1 +12V D2 5 + 6 4 4 + R4 -12V V7 R2 Vx R1 1 3 +12V U1C D4 LM324 10 + 9 Q1 NPN U1B V4 LM324 -12V R5 R8 4.7K Vo2 7 11 1 11 3 C2 4 3 P1 +12V U2A V8 2 + LM324 C1 Q2 PNP 2 2 1 R7 D3 R3 -12V R6 P2 Fig. 4.2 Generador de Barrido Vo3 8 11 Vo1 + D1 +12V R11 R10 R9 Vy Comparador ACTIVIDADES: − Monte el circuito de la Fig. 4.2. Escoja R1 = R2 = R3 = 4.7kΩ, P1 = 100kΩ, R4 = 10kΩ, R5 = 2.7kΩ, R6 = 2.7kΩ, R7 = 22kΩ, R8 = 4.7kΩ, P2 = 2kΩ, C1 = 0.1µF, C2 = 0.022µF, D1 = D2 = D3 = diodos de señal. Q1 = 2N3903, Q2 = 2N3905. A = B = Amplificadores operacionales LM324. − Verifique el funcionamiento del circuito y ajuste P2 de modo que la señal de salida Vo2 sea una rampa sin pedestal en la parte inferior y dibuje en forma secuencial las siguientes formas de onda: Vc1, Vo1, Vx y Vo2. − Ajuste P1 y observe los efectos. Explique las funciones de los potenciómetros P1 y P2. 4.5. CONTROLES DE FRECUENCIA Y CICLO ÚTIL REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA LABORATORIO II DE LECTRÓNICA 29 − Anexe el comparador C. escoja R9 = 24kΩ y R10 = R11 = 10kΩ. Dibuje secuencialmente las siguientes formas de ondas: Vo2, Vy y Vo3. explique la operación global del circuito e indique posibles aplicaciones del mismo. − Explique la función del diodo D4 y de la resistencia R11. − Reemplace R9 por un potenciómetro P3 de 50kΩ. Varíe P3 y determine el rango del ciclo útil de Vo3. Tome en cuenta los posibles efectos sobre la frecuencia y explique si son independientes. − Coloque P3 en una posición intermedia y varíe la frecuencia de Vo3 mediante el ajuste de P1. Determine los efectos sobre el valor del ciclo útil al cambiar la frecuencia, explique los resultados. − Dibuje secuencialmente las señales Vo2, Vy y Vo3. 4.6. MULTIVIBRADOR ASTABLE CON EL LM555 La Fig. 4.3 corresponde al circuito de un multivibrador astable construido en base al circuito integrado LM555. 1 Gnd 2 Trg 3 Out 4 Rst R12 +V Vcc 8 Dis 7 Thr 6 Ctl 5 R13 Vc3 + Vo4 +V U1 555 V7 +V C4 C3 Fig. 4.3 Multivibrador Astable con el LM555 ACTIVIDADES: − Monte el circuito de la fig. 4.3. Tome R12 = R13 = 10kΩ, C3 = 0.01µF y C4 = 0.1µF. − Dibuje secuencialmente las siguientes formas de onda: V7, Vc3 y Vo4. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSE DE SUCRE” VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA LABORATORIO II DE LECTRÓNICA 30 − Calcule y compare los valores de amplitud y frecuencia de las señales antes mencionadas con los valores calculados. 4.7 SINCRONIZACIÓN Y MODULACIÓN DE SEÑALES − Desconecte el pin 4 (reset del 555) de la fuente DC y conéctelo a la tensión Vo3. Observe y explique los resultados. − Dibuje secuencialmente las señales Vo1, Vo2, Vo3, Vc3 y Vo4. − Varíe el ajuste de frecuencia y explique los efectos. − Varíe el control de ciclo útil y explique los resultados. − Compare sus predicciones teóricas y sus resultados experimentales. − Señale posibles aplicaciones de este circuito modulador.
