Download 9 PRACTICA Nº 2 CIRCUITOS NO LINEALES CON

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSE DE SUCRE”
VICERRECTORADO BARQUISIMETO
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRÓNICA
LABORATORIO II DE ELECTRÓNICA
9
PRACTICA Nº 2
CIRCUITOS NO LINEALES CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES
PREPARACIÓN TEÓRICA
2.1- INTRODUCCION
En diversas situaciones se requiere el empleo de circuitos que modifican
en forma no-lineal las señales procesadas.
La amplitud, como usualmente ocurre, es el parámetro base tomado en
cuenta en las dos aplicaciones estudiadas en esta practica: limitación de la
excursión máxima de una señal y estableciendo una zona muerta. En ambos
casos, se emplearan amplificadores operacionales (AO) como elementos
centrales de la circuiteria respectiva.
2.2- OBJETIVOS
-
Analizar la operación de limitación de amplitud de una señal a un
determinado rango, mediante el uso de amplificadores operacionales.
Considerar circuitos relativos que pueden producir el mismo efecto de
limitación.
Analizar los efectos que produce la operación de un circuito con zona
muerta sobre la amplitud de una señal.
Graficar e interpretar las curvas de transferencia de los circuitos
limitadores y de zona muerta.
Establecer posibles aplicaciones de los circuitos estudiados.
2.3- CIRCUITO LIMITADOR DE AMPLITUD
La Figura 2.1 corresponde al esquema de un circuito limitador de la
excursión máxima de una señal, tanto positiva como negativamente. El rango
de las amplitudes máximas se determina mediante elementos externos a los
AOs. El circuito posee también un rango de amplitud para la operación lineal
que depende de una relación de resistencias y que por lo tanto permite un fácil
control.
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Rf
10
+V
R2
1kHz
+V
1
5+
4
4
3+
2
11
R1
D3
D4
+V
U1
6
D2
D1
-V
R4
7
11
R5
V7
U1
Vo
-V
R3
-V
Figura 2.1
ACTIVIDADES
-
-
Explique detalladamente el funcionamiento del circuito de la Fig. 2.1.
Asuma una señal de entrada de tipo sinusoidal de amplitud adecuada y
grafique las formas de onda que estime necesarias. El AO es el LM324
alimentado en forma dual con fuentes de 12V.
Determine los valores de las resistencias a emplear si se desea tener
una ganancia de 10 en la región lineal y unas tensiones de limitación de
+6V y -4V
Si la tensión de entrada Vi es una onda sinusoidal de 400Hz y 2V de
amplitud pico. Dibuje la señal de salida (Vo) del circuito limitador
diseñado según las condiciones del punto anterior.
Repita el punto precedente si la señal de entrada es una onda triangular
de 1KHz y 3V pico, superpuesta sobre una componente DC de +1V.
Grafique la curva de transferencia Vo vs Vi del circuito diseñado.
Indique por lo menos 2 aplicaciones prácticas de este limitador.
2.4- CIRCUITO DE ZONA MUERTA
En la figura 2.2 se muestra la configuración de un amplificador con zona
muerta; es decir, un circuito que presenta cierta insensibilidad, correspondiente
a una ganancia nula, para cierto rango de valores de la señal de entrada
R1
+V
R
R2
D1
-V
+V
D3
2 +
+
-
V1
R3
R4
D2
Figura 2.2
D4
3
1
LM324
-V
Vo
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ACTIVIDADES
-
Explique el funcionamiento del circuito ilustrado.
-
Determine las relaciones matemáticas para calcular los factores K y K 2 ,
que establecen el rango de zona muerta del circuito de la Fig.2.2 para
el cual, la salida (Vo) es nula.
-
Calcule el correspondiente rango de la zona muerta, si emplea el AO
LM324 alimentado con fuentes de 12V. Además R 1 = R 3 = 10R 2 = 10R 4
y los diodos se asumen ideales. Recuerde que dicho rango viene dado
por:
-K 1 V < Vi< K 2 V
-
Calcule la ganancia del circuito en la zona lineal, si además de los datos
precedentes: R = 2R 1 = 2R 3 .
-
Determine los valores de R 1 ; R 3 ; R 2 ; R 4 y R para obtener una zona
muerta de +/- 2V; es decir de un ancho de 4V alrededor de Vi=0 y una
ganancia de 5 en la zona lineal del amplificador.
-
Si la señal de entrada es una onda sinusoidal de 3V de amplitud pico y
200Hz de frecuencia. Grafique la correspondiente tensión de salida (Vo).
-
Repita el punto anterior para una onda triangular de 5V de amplitud pico
e igual frecuencia.
-
Dibuje la curva de transferencia de este circuito
2.5- BIBLIOGRAFIA
1. Stout and Kaufman. Operational Amplifier Circuit Design. McGraw-Hill.
1976.
2. Robert Coughlin. Circuitos Integrados Lineales. Prentice Hall. 1987.
3. Deboo-Burrous. Integrated Circuits and Semiconductor Device: Theory
and Applications. McGraw-Hill. 1971.
4. Millman-Halkias. Integrated Electronics. McGraw-Hill. 1972.
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PRACTICA Nº 2
CIRCUITOS NO LINEALES CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES
Trabajo de Laboratorio
2.1- OBJETIVOS
-
Establecer las ecuaciones y calcular los elementos, componentes de
circuitos limitadores con tramos lineales.
-
Verificar la operación de limitación de la amplitud de una señal a un
rango determinado, mediante circuitos.
-
Comprobar el funcionamiento y establecer aplicaciones para circuitos
con AO cuya característica tiene una zona muerta, controlable con
elementos externos.
-
Graficar e interpretar curvas de transferencia de circuitos no- lineales.
-
Comparar los resultados experimentales con las predicciones teóricas.
2.2- MATERIAL REQUERIDO
-
Un circuito integrado (AO) LM324.
(04) Diodos semiconductores 1N4148
(10) Resistencias de 0.25W, según los valores de diseño.
Potenciómetro de 100K.
Fuente dual
Protoboard
Osciloscopio dual con puntas de prueba
Generador de señales (Wavetek).
Multimetro electrónico.
Cables y demás elementos de conexión
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2.3- CIRCUITO LIMITADOR DE AMPLITUD
La figura 2.1 ilustra el esquema de un circuito limitador de amplitud
basado en AOs de rango ajustable
Rf
+V
R2
1kHz
D3
+V
1
V1
V5
U1
D2
D1
-V
R4
5 +
6
4
4
3 +
2
11
Vi
R1
D4
+V
11
R5
7
U1
Vo
-V
R3
-V
Figura 2.1
ACTIVIDADES
-
Monte el circuito indicado en la Fig. 2.1. Para ello, alimente el LM324 y
los demás elementos con fuentes de +/- 12V y elija los valores de las
resistencias de modo que la ganancia en la región lineal sea de 10 y las
tensiones de limitación sean +6V y -4V respectivamente.
-
Verifique la correcta operación del circuito, mediante la aplicación de una
entrada sinusoidal de 1Vp de amplitud y 200Hz de frecuencia. Dibuje las
correspondiente tensiones Vi, V1, V5 y Vo en forma secuencial.
-
Dibuje el circuito de la Figura 2.1 con los valores comerciales
empleados e indique, con colores las trayectorias de las diversas
corrientes para los rangos lineal y no lineal (limitación de amplitud)
-
Seleccione una onda triangular de 0.5Vp de amplitud y 300Hz de
frecuencia. Verifique la operación del circuito y dibuje secuencialmente
las tensiones Vi, V1, V5 y Vo.
-
Opere el osciloscopio en MODO XY y obtenga la curva de transferencia
del circuito. Emplee como entrada una sinusoide de 2Vp de amplitud y
400Hz de frecuencia
-
Varíe gradualmente la frecuencia de la señal de entrada (Vi) en un
amplio rango. Observe y explique los resultados.
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Opere el osciloscopio en modo normal y compare los resultados
experimentales con los cálculos efectuados en la preparación teórica.
Indique y explique las diferencias que observe
2.4- CIRCUITO CON ZONA MUERTA
La Fig. 2.2 corresponde a la configuración de un amplificador cuya
característica presenta una zona de insensibilidad (zona muerta), ajustable
mediante elementos externos al AO
R1
+V
R
R2
D1
-V
+V
D3
2 +
+
-
V1
R3
R4
D2
D4
3
1
Vo
LM324
-V
Figura 2.2
ACTIVIDADES
- Monte el circuito de la Fig. 2.2. alimente el AO LM324 y los demás
elementos con +/-12V. Emplee los valores de resistencia para satisfacer
las condiciones R 1 = R 3 = 10R 2 = 10R 4 y R = 2R 1 =2R 3 .
-
Verifique la, operación del circuito mediante la aplicación de una entrada
sinusoidal de 3Vp de amplitud y 200Hz de frecuencia.
-
Compare los cálculos de su preparación con los resultados
experimentales obtenidos (niveles, ancho de la zona muerta y ganancia
en la región lineal). Indique y explique las posibles diferencias.
-
Grafique las señales Vi y Vo para entrada sinusoidales y triangulares
-
Obtenga y grafique la curva de transferencia del circuito con zona
muerta. Emplee una entrada sinusoidal.
-
Desconecte R2 y R4 y conecte los extremos de un potenciómetro, de un
valor aproximado a la suma de R2 y R4, entre el ánodo de D1 y el
cátodo de D2, y en la toma central de éste conecte Vi. Varíe dicho
potenciómetro, observe y explique los efectos que provoca en la,
operación original.
-
Varíe la frecuencia de la señal de entrada en un amplio rango. Observe
y explique los resultados.
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Menciones por los menos (02) aplicaciones prácticas del circuito
estudiado.