taller electronica analogica i

Download Taller Electronica Analogica i

Post on 16-Oct-2015

41 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    1/16

    TALLER ELECTRONICA ANALOGICA I

    Docente: Oscar Daz Betancourt - Gabriel Estrada VillaAndres Camilo Cardona Ramrez Codigo:211513

    Electronica Analogica IUniversidad Nacional De Colombia Sede Manizales28 de Abril del 2014

    TALLER ELECTRNICA ANALGICA I: AMPLIFICADORES OPERACIONALES

    Punto 1

    1) a. Disear un amplificador inversor con una ganancia de 40 dB y una resistencia de entrada 5K.

    b. Entre que valores lmites podra variar la ganancia de lazo cerrado del amplificador si las resistencias

    tienen una tolerancia de 5 %?

    Se considera el Amp. Operacional ideal, por lo que existe entonces un corto circuito virtual, donde la

    corriente de polarizacin IB = 0 y la tensin diferencial Vd = 0.A continuacin hacemos uso de la ley decorriente de Kirchhoff en el nodo inversor obteniendo:

    I1 = I2 + Ib (1)Debido a la unin virtual Vd y la tensin V 0 = V + = 0entonces. Debido a la union virtual Vd y latensin V = V + = 0 entonces.

    Manipulando la ecuacin (2) llegamos a:

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    2/16

    Siendo la ganancia en lazo cerrado igual a Avf .

    En decibeles.

    La resistencia de salida del amplificador inversor es la interna del Amp. Operacional que eneste caso ser La resistencia de entrada del Amp. Operacional inversor ideal es:

    segun la ganancia para la que esta disenado el circuito.

    Con esto realizamos la simulacion que se muestra a continuacion. Para la segunda parte,obtenemos los valores de resistencias maximas y mnimas con tolerancia del 5 porciento y as calculamos la ganancia maxima y ganancia minima.

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    3/16

    Punto 2

    Para establecer comparaciones y utilizar el amplificador operacional inversor manipulamos la

    ecuacin de salida del mismo as

    De la ecuacin (1), el primer signo negativo lo obtenemos con un amplificador inversor y la

    segunda parte se obtiene con un amplificador sumador inversor.

    comparando las dos ecuaciones (1),(2) se obtiene: se asume que R3 tiene el valor deresistencia mas bajo de 45k, entonces:

    Luego los valores de R1 y R2 estn dados por:

    De esta manera se observa que existen mltiples soluciones diseos para un mismo problema,a continuacin se muestra la imagen de la simulacin realizada del diseo.

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    4/16

    Punto 3

    En el circuito de la figura hallar el valor mximo que puede tener ZL para el caso en que Vo no

    supere el umbral y Vs sea igual a 10 volt

    Como Vs = 10V sabemos que le voltaje umbral es Vsat y la tensin de saturacin normalmenteesta 1 voltio por debajo de su alimentacin Vcc.

    entonces:

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    5/16

    Utilizando el valor absoluto podemos encontrar el valor mximo de la impedancia Z L.

    Realizando la simulacin observamos que si el valor de la impedancia ZL supera 14k entoncesse satura y no muestra mas de 14 voltios a la salida.

    Punto 4

    Aplicando la ecuacin de voltaje de salida del integrador a cada uno de los tramos de la ondade entrada:como Rf = 10^3 10-^7 = 10^9 entonces: Esta es la ecuacin paramtrica de una recta que toma

    como valor de salida del voltaje de cero a veinte voltios; donde el tiempo para alcanzar -10voltios estar dado por:

    Para el tiempo entre 1 y 2 mili segundos se tiene que :-10 volt para t=1ms10 volt para t=2msPara t entre 2 y 3 mili segundos se tiene que:-10 volt para t=2ms10 volt para t=3msPara t entre 3 y 4 mili segundos se tiene que;

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    6/16

    -10 volt para t=3ms10 volt para t=4msLo que nos permite pensar que este es un comportamiento cclico a partir de 1 mili segundoentonces obtenemos la grafica que se observa a continuacin.

    RF se pone en paralelo con el condensador solo con el objetivo de limitar o controlar laganancia Rf/R tambin permite modificar la pendiente con la que crece el valor de tensin desalida as:

    Siempre que Rf sea lo suficientemente grande el resultado tiende a cero para Vo(to) = 0Finalmente analizamos el integrador de miler de la figura 8 donde la tensin de salida estar

    dada as:

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    7/16

    Siendo solo dos veces el valor de la integral del integrador comn, por lo que solo vasta conreducir el valor R a la mitad para tener el mismo valor de salida que en el integrador ya visto.

    Punto 5

    Se identifica en el esquema anterior que tiene una realimentacin negativa, generando un cortovirtual donde V+=V- .

    Considerando las corrientes salientes positivas se tiene una ecuacin con dos incgnitas, si seanaliza el operacional, obtenemos otra ecuacin de corrientes para poder dar solucin alsistema de dos ecuaciones.

    Como el valor de la tensin Vc = 6 entonces V2 = -10.

    Resultado que se comprueba con la simulacin del Circuito.

    Punto 6

    Observando el esquema es fcil obtener las ecuaciones de las corrientes de tal manera que sepueda hallar la tensin de salida Vo.

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    8/16

    Con las leyes de kirchhoff obtenemos la ecuacin de la corriente de salida.

    Por lo tanto:

    De esta mandara el valor de la tensin de salida estar dado por:

    Punto 7

    Para la parte a, solo vasta con definir las ecuaciones de corrientes que nos permitirn despejarla tensin Vi con respecto a Vs.

    Para la parte b, la tensin Vo en funcin de Vs siendo necesario utilizar la ecuacin deganancia as:

    Para la parte C, Para la parte b, La intensidad IL en funcin de Vs, donde la corriente ILdepende de la tensin de salida y la resistencia de carga conectada a la salida del amplificador

    como se muestra a continuacin.

    El signo nos indica que la corriente se encuentra en sentido contrario a como la estamostomando.

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    9/16

    Punto 8

    Utilizando amplificadores operacionales, resolver las siguientes ecuaciones diferenciales. Utilizar un nmero

    mnimo de componentes.

    a)

    b)

    Solucin a, Primero se debe obtener la funcin de transferencia de la ecuacin del inciso a

    a partir de esta se obtiene la matriz de transferencia.

    Hacemos los clculos para obtener los valores de las resistencias que se desean utilizar comodiseo de la solucin a la ecuacin diferencial ya vista, suponiendo la resistencia de entra deigual a 20k.

    A continuacin la simulacin del circuito.

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    10/16

    Solucin B, Primero se debe obtener la funcin de transferencia de la ecuacin del inciso b

    Tomando la impedancia de entrada con un valor de 10k entonces procedemos a hallar losvalores de las resistencias para conectar en cascada los amplificadores integradores.

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    11/16

    Como B=0 entonces los clculos para las resistencias del ltimo amplificador sern:

    A continuacin la simulacin del esquema diseado

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    12/16

    Punto 9

    Caso a Despejamos de el sistema de ecuaciones una variable en cada ecuacin para realizarel diseo.

    Haciendo las sustituciones respectivas se tiene:

    Para cada ecuacin se realizan los clculos de los valores de las resistencias para conectar encascada los amplificadores asumiendo la resistencia de entrada como 20k.

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    13/16

    A continuacin la simulacin del diseo:

    Caso bDespejamos de el sistema de ecuaciones una variable en cada ecuacin para realizar eldiseo.

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    14/16

    Sustituyendo el valor de Vx2 = 2V c se obtiene:

    Ahora realizamos los clculos para obtener los valores de la resistencia para obtener lasolucin del sistema de ecuaciones y asumimos resistencia de entrada con valor de 20k.

    A continuacin se observa el esquema en la simulacin del diseo realizado.

    Punto 10

    Se pretende utilizar un termo regulador ajustable, que se pretende aplicar a una base

    refrigeradora de computador, para mantener la temperatura del computador personal a un

    nivel ideal.

    Diseo, para esto se debe utilizar un amplificador de instrumentacin que nos permita obtener

    la diferencia entre la temperatura ideal y la temperatura propia del computador personal, que

    a su vez es amplificada y de esta manera va a una etapa de comparacin, donde segn la

    corriente generada se activara un rel que encender el ventilador y cuando la corriente no sea

    suficiente el ventilador permanecer apagado.

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    15/16

    Calculos,

  • 5/26/2018 Taller Electronica Analogica i

    16/16

    Etapa de comparacin.