detector de pico verdadero
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Etapas de un circuito con operacionales: Amplificador de instrumentación, rectificador de onda completa, detector de pico y detector de nivelesTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL – FACULTAD REGIONAL AVELLANEDAAsignatura: ELECTRONICA APLICADA II
Profesor: Ing. Marcelo Navarro ([email protected])
Jefe de trabajos Prácticos: Ing. Pablo Veltri ([email protected])
Análisis del circuito:
1) Divida el circuito en bloques y mencione la función principal de cada etapa.2) Exprese la transferencia (Vo/Vi) del amplificador formado por OP1/1, OP1/2 y
OP2/1; la transferencia del circuito formado por OP3/1; y la transferencia del circuito formado por OP3/2.
3) Explique que función cumplen los componentes Q1; R15 y D3.4) Explique el efecto se produciría si se varia R16.
Requisitos del diseño:
1) Diseñar la 1° etapa tal que el potenciómetro P1 ( ) permita variar la ganancia de tensión entre TP3 y VG1, de 0dB a 26dB.
2) Calcular los valores de C7 y R16 para que en la salida no haya más de 1dB de ripple en la banda de audio (40Hz - 20kHz).
Mediciones:
1) Utilizando el preset P2 ( ), ajuste y describa como balanceó el amplificador de entrada (Relación de Rechazo de modo Común).
2) Mida la ganancia mínima y máxima de la 1° etapa; y el valor máximo de señal de entrada del circuito.
3) Ajustar el circuito para que con una Vin de 14Vpp se encienda el LED indicador HIGH LEVEL; y para una Vin de 1,8Vpp se active el LED LOW LEVEL.
4) Para una señal de entrada VG1 de 8V pico, capturar las señales en cada Test Point, indicando las fijaciones de la base de tiempo (t/Div) y los volts división (V/Bidv) del osciloscopio.
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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL – FACULTAD REGIONAL AVELLANEDAAsignatura: ELECTRONICA APLICADA II
Profesor: Ing. Marcelo Navarro
Jefe de trabajos Prácticos: Ing. Pablo Veltri
TRABAJO PRÁCTICO Nº 2 - AOPERACIONALES
C4 100n
Q1 BC548B
TP1
IN+
+-
C1 100u
+-
C3 100u C5 100n
Q2 BC548B
Q3 BC548B
-12V
+12V
TP2
TP3 TP4
-12V
C2 100n
R1 100k
R2
R3
R4
R5 100k
R6
R8 R9
R10 10k
R12 150k
R13 1,2k
R14 1,2k
R15 1,2k
R16
R17 10k
R18 1,2k
P2
P1
P3 10k
P4 10k
P5 10k
+12V
IN-
+12V
C6 100n
R7
JUMPER
D1 1N4148
D2 1N4148
D3 1N4148
D4 1N4148
D5 1N4148
+12V
+-
C7 GND
-12V
+12V
R19 10k
R20 1,2k
+12V
LED1
LED2
+12V
PEAK LEVEL OUTPUT
TP5
TP6
TP7
-12V
R11 150k R21 150k
R22 1,2k
R23 1,2k
R24 1,2k+12V
-12V
+
VG1
-
+ +
32
1
84
OP1/1 TL082
-
+ +3
2
18
4
OP2/1 TL082
-
+ +
56
7
84
OP2/2 TL082
-
+ +
32
1
84 OP3/1 TL082
-
+ +
56
7
84
OP1/2 TL082
-
+ +
56
7
84
OP3/2 TL082
-
+ +
32
1
84
OP4/1 TL082
-
+ +
56
7
84
OP4/2 TL082
Adjustment for
HIGH and LOW
THRESHOLD
CMRR
(Common Mode Rejection Ratio)
HIGH
LEVEL
LOW
LEVEL
GAIN
Operation
Adjust)
)Low
Threshold
High
Threshold
2
Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
Análisis del circuito
1. Amplificador de instrumentación :
-12V
+12V
-12V
+12V
+12V
-12V
-
+ +
OP1/1
-
+ +OP1/2
-
+ +OP2/1
R4
R3
R6
R8
R7
Vo
V1
V2
R9
P1
R2
P2
Se encarga de la ganancia diferencial del circuito, lo cual varía mediante P1 y del CMRR por medio de P2.
3
Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
Rectificador de onda completa:
+12
-12
R11 R21
R13
R12R14
D1
D2
-
+ +
OP3/1
VoV1
Convierte la señal de corriente alterna de entrada en V1 en corriente de salida Vo pulsante
Detector de pico verdadero:
+12V
-12V
+12V
-
+ +
OP3/2
R16
R15
D3
C7
Q1
Vo
VF2
Absorbe las variaciones de tensión, es decir, con una señal continua pulsante a la entrada, en la salida se obtiene una señal Vo casi continua (dependiendo del valor R16 y C7) e igual valor pico de V1.
4
Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
Comparadores e indicadores:
-12V
+12V
+12V+12V
V1
-
+ +
OP4/1P4
R17
R18
R24
R23
Q2
LED1
D4
-12V
+12V
+12V+12V
V1-
+ +
OP4/2
P5 R19
R20
R22
Q3
LED2
D5
Comparan la señal de entrada V1 respecto de una referencia, controlado por P4 y P5 e indican el nivel alto o bajo mediante los LEDS.
5
Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
2. Transferencia de las etapas:
OP1/1, OP1/2 Y OP2/1
-12V
+12V
-12V
+12V
+12V
-12V
-
+ +
OP1/1
-
+ +OP1/2
-
+ +OP2/1
RB
RB
R1
R1
R2
Vo
V1
V2
RA
R2
El operacional OP2/1 se encuentra en configuración diferencial
-12V
+12V
-
+ +OP2/1R1
R1 R2
R2V´1
V´2
Vo
Aplicando superposición tenemos que para :
6
Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
Para
Consideramos la suma de los efectos
Para el OP1/1 y OP1/2 podemos aplicar nuevamente el principio de superposición:
+12V
+12V
-12V
-12V
V1
V2
-
+ +OP1/1
-
+ +OP1/2
RB
RB
RA
V3
V4
(1)
7
Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
(2)
Considerando la suma de los efectos (1) + (2):
Por lo tanto la ganancia de la primera etapa es:
OP3/1
+12V
-12V
R R
R1
RR1
D1
D2
-
+ +
OP3/1
VoV1
Para el semiciclo positivo, el diodo D1 conduce y D2 queda sin conducción. Esto se debe a como el operacional presenta alta impedancia en la entrada, la corriente circula por el diodo D1 y vence la barrera de potencial. Luego en el ánodo del diodo D2 se establece un potencial de -0,7V y en el cátodo un potencial positivo.
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Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
+12V
-12V
R R
R1
RR1
-
+ +
OP3/1
Vo+V1
D1 en corto
D2 abierto
+V1
2R
R
Vo
Por lo tanto:
Para el semiciclo negativo D1 entra en no conducción y D2 conduce. El circuito equivalente es el siguiente:
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Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
+12V
-12V
R R
R1
RR1
-
+ +
OP3/1
Vo-V1
+12V
-12V
2R
R1
R
R1-
+ +
OP3/1
Vo-V1
-V1
V1
+
V1
+
V1
2R
R
Vo
Por lo tanto este circuito rectifica la señal y atenúa a la tercera parte.
OP3/2
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Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
Para el punto en que V1(t) supera al punto de Vo(t) el operacional polariza al transistor, el cual se comporta como seguidor. Por lo tanto para este tramo Vo es igual a V1 y la transferencia es:
Sin embargo cuando V1 comienza a disminuir, Vo NO lo hace debido a la carga almacenada en el capacitor. El operacional queda a lazo abierto, ya que el transistor polariza en inversa en base-emisor. Entonces en este caso la transferencia será:
En la descarga del capacitor:
La señal de entrada es:
Finalmente:
n entero e impar
es el instante en el que se igualan y 1V .
11
+12V
-12V
+12V
-
+ +
OP3/2
R
R´
D
C
Q1
Vo(t)
V1(t)
Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
3. El transistor Q1 cumple la función de seguidor de tensión para el aumento de V1. Es decir, cuando en la entrada la señal comienza a aumentar hasta el máximo, el transistor se encuentra en polarización directa y el emisor de Q1 seguirá a V1.Esto último debido a que V1 está conectada a la entrada inversora (realimentación tensión serie
). Así C7 adquiere carga positiva. Cuando V1 disminuye desde su valor pico, el transistor Q1 se
encuentra en polarización inversa a la entrada y por lo tanto ya no sigue a V1. El operacional queda a lazo abierto. El circuito RC queda aislado con C7 descargándose y si el valor de la corriente R16x C7 es grande, el capacitor se descargará muy poco y por lo tanto Vo se mantendrá.
Como el operacional queda a lazo abierto, cuando V1 disminuye y alcanza a ser menor que Vo, el operacional dispara a -Vcc. El Q1 no puede soportar esta tensión inversa, para ella el diodo D3 permite que en la base de Q1 solo llegue 0,7v.
La R15 se encuentra para limitar la corriente del diodo. En nuestro caso es:
4. Asumimos que la forma de onda del ripple se puede aproximar a una triangular.
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Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
Aplicando para la descarga del capacitor se obtiene
La tensión media de salida es
La tensión eficaz de ripple es
El factor de ripple resulta
(3)
Lo que permite observar que para una frecuencia determinada el aumento de R16 disminuye el factor de ripple.
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Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
Requisito de diseño
1. Como vimos la ganancia de la primera etapa, si imponemos que y , la ganancia está dada por:
Se piden que la ganancia varíe entre o y 26dB
Por lo tanto
Para OP2/1 suponemos
;
Tomamos y P2 de 10K
Luego para la ganancia total:
Si ;
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Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
Tomamos y
Si
Por lo tanto finalmente tomamos P1 de 50K
2. Factor de ripple menor a 1dB
Reemplazamos el factor de ripple por lo que obtuvimos antes en (3)
El peor de los casos es cuando la frecuencia es más pequeña, es decir 40Hz en nuestro caso.
Entonces si
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Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
Mediciones
1. Para efectuar el ajuste de la Relación de Rechazo de Modo Común (CMRR), una manera es cambiar la señal de entrada del modo diferencial al modo común, y obtener ganancia cero a la salida del OP2/1 con el ajuste de P2. Para ello unimos la entrada del OP1/1 con la entrada del OP1/2, y entre este nodo y masa del circuito aplicar una señal. Esta señal debe ser la máxima posible para responder mejor al rechazo del modo común. En nuestro caso aplicamos una señal de 8Vpp y mediante el ajuste se logró ver en el osciloscopio como varía la señal de salida y para un cierto valor de P2 se hace nula.
2. Para obtener la ganancia mínima, en la entrada debemos aplicar una señal máxima posible sin que recorte a la salida. En nuestro caso, con una señal de 10Vpp aumentamos la resistencia del potenciómetro P1 al máximo, y midiendo en el osciloscopio la señal de entrada y la que sale por OP2/1, ambas son iguales. Por lo tanto la ganancia mínima es:
Para obtener la ganancia máxima, en la entrada debemos aplicar una señal mínima tal que no se recorte a la salida. En nuestro caso, aplicamos una señal de 1Vpp, bajamos la resistencia del potenciómetro P1 hasta cero, y en la salida de la primera etapa obtuvimos una señal de 16Vpp. Por lo tanto la ganancia máxima que medimos es:
Para el valor máximo de señal de entrada del circuito bajamos la ganancia hasta el mínimo con P1 y para nuestro circuito la máxima señal de entrada sin recorte a la salida fue:
3. Aplicando una señal de 12Vpp, ajustamos el preset P4 al límite del encendido del LED1. De forma similar para una señal a la entrada de 1,8Vpp, ajustamos el preset P5 al límite del encendido del LED2.
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Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
De esta manera si variamos la amplitud de la señal con el generador, se observa que cuando sobrepaso un valor de 12Vpp, se enciende el detector de nivel alto (LED1), y cuando bajo hasta 1,8Vpp, se enciende el detector de nivel bajo (LED2).4. Para una señal de 8Vpp, se obtuvieron las siguientes mediciones con el osciloscopio. En todos los casos se realizó la medición entre masa del circuito y cada test point.
.
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TP1
5V/división
500μs/división
TP2
5V/división
500μs/división
Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
18
TP3
2V/división
500μs/división
TP4 y TP5
0,5V/división
20μs/división
TP6
1V/división
500μs/división
Electrónica Aplicada 2 Grupo 2 4to 12TP Nº 2
19
TP7
0,5V/división
500μs/división