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Laboratorio Analógica

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  • LABORATORIO DE ELECTRNICA ANALGICA

    INFORME DE LA PRCTICA No. 6

    RETROALIMENTACIN, ESTABILIDAD Y COMPENSACIN

    INTEGRANTES:

    Andrs Felipe Hernndez G.

    Mara Juliana Libreros C.

    Diego Fernando Mora V.

    PROFESOR: Germn Yamhure

    MONITOR: Lizeth Neira

    GRUPO: 12-1

    FECHA DE ENTREGA: Octubre 24 de 2014

    PRCTICA 6A OBJETIVOS

    1. Analizar las caractersticas de Ganancia y fase en un sistema de bloques retroalimentados. 2. Identificar y verificar algunas de las propiedades de estabilidad. 3. Dar a conocer uno de los criterios que existe para la estabilidad y encontrar diferentes maneras de observarlas mediante

    el uso de instrumentos en el laboratorio.

    PROCEDIMIENTO

    1. Se utiliz el osciloscopio para observar las seales de voltaje de entrada y de salida (voltaje en el pin 6 del

    segundo amplificador). Las medidas tomadas se realizaron con base en el circuito diseado y montado por el

    grupo 12-4.

    Figura 1. Circuito de segundo orden A*, =1. Circuito de 2 OPAs en cascada con compensacin externa, antes de la retroalimentacin.

  • La ganancia del circuito, medida, fue:

    Imagen 1. Ganancia del circuito de la figura 1 para una frecuencia de 3.5 kHz.

    V/div: CH1: 10 mV CH2: 0.1 mV [Puntas x10]

    T/div: 0.2 ms

    2. Se calcul y midi la frecuencia en la cual la ganancia es igual a la unidad fHmedida = ___35 kHz___

    fHcalculada = ___38 kHz____

    Imagen 2. Ganancia unitaria del circuito de la figura 1.

    V/div: CH1: 10 mV CH2: 0.1 mV [Puntas x10]

    T/div: 0.2 ms

    3. En la anterior frecuencia, la fase es (opcional: utilizando modo XY en el osciloscopio) = ____90_[Aprox.]___

  • Imagen 3. Fase del circuito de la figura 1 para la frecuencia de ganancia unitaria.

    Si el factor de realimentacin =1: Para fase de 30, la ganancia medida, a malla abierta, fue:

    = 751.8 = 41.74

    = 18 /

    Imagen 4. Ganancia del circuito fe la Figura 1 para una fase de 30

    V/div: CH1: 5 mV CH2: 5 mV [Puntas x1]

    T/div: 20 s El margen de fase:

  • Imagen 5. Fase del circuito de la figura 1 para 30.

    Para fase de 60, la ganancia medida, a malla abierta, fue:

    = 12.14 = 20.05 = 1.65 /

    Imagen 6. Ganancia del circuito de la Figura 1 para una fase de 60

    V/div: CH1: 10 mV CH2: 10 mV [Puntas x1]

    T/div: 50 s

    PII-1. Cul es la margen de fase del circuito? Calculado y medido

    El circuito no tiene margen de fase porque dos etapas inversoras generan una no inversora, por lo

    tanto, el margen de fase es 0. Es decir, la primera etapa es inversora, por lo tanto, se agregan 180 a la fase;

    as mismo, la segunda etapa. Por lo tanto, la fase es 360, lo cual equivale a 0. Entonces, la seal de entrada y

    la seal de salida estn en fase, lo cual significa una realimentacin positiva cuando el circuito se realimente.

    PII-2. Cul es el margen de ganancia del circuito? Calculado y medido

    No se tomaron los datos suficientes para medir el margen de ganancia, ya que no se midi la ganancia

    cuando la fase era 180. Por otro lado, como el circuito no tiene margen de fase, por consiguiente no tiene

    margen de ganancia.

  • PII-3. Al ser realimentado el circuito con =1, se tornar inestable el circuito? S se torna inestable porque no tiene margen de fase ni de ganancia, es decir, la realimentacin es

    positiva y hace que el circuito oscile. El margen de fase es 0 para la ganancia unitaria, es decir, la fase de la

    seal de salida est en -180.

    PII-4. Qu importancia tienen las anteriores medidas del circuito antes de realizar la realimentacin?

    Las medidas y clculos realizados previamente son de vital importancia para conocer el

    comportamiento del circuito, es decir, si ste es estable o inestable; con el fin de poder predecir si la

    realimentacin a implementar causar que ste oscile.

    PRCTICA 6B

    OBJETIVOS

    1. Analizar las caractersticas de Ganancia y fase en un sistema de bloques retroalimentados. 2. Identificar y verificar algunas de las propiedades de estabilidad. 3. Dar a conocer uno de los criterios que existe para la estabilidad y encontrar diferentes maneras de observarlas mediante

    el uso de instrumentos en el laboratorio.

    4. Realizar la compensacin en frecuencia de un sistema retroalimentado. PROCEDIMIENTO

    1. Se utiliz el osciloscopio para observar las seales de voltaje de entrada y de salida (voltaje en el pin 6 del segundo amplificador).

    Figura 2. Circuito de 3 OPAs abierto (A*), ganancia unitaria. (=1)

    2. Se calcul y midi la frecuencia en la cual la ganancia es igual a la unidad Para 60:

    fHmedida = ___5.5 kHz___

    fHcalculada = ___4 kHz____

    Para 30:

    fHmedida = ___12 kHz___

    fHcalculada = ___10 kHz____

  • Imagen 7. Ganancia unitaria del circuito de la figura 2 para fase de 60.

    V/div: CH1: 10 mV CH2: 10 mV [Puntas x1]

    T/div: 50 s

    3. En la anterior frecuencia se hall la fase (opcional: utilizando modo XY en el osciloscopio) = ___61____

    Imagen 8. Fase del circuito de la figura 2 para fase de 60

    Si el factor de realimentacin es =1:

    PII-1. Cul es la margen de fase del circuito? Calculado y medido

    La margen de fase es la diferencia de -180 con la fase del circuito cuando la frecuencia se encuentra

    en la ganancia unitaria (0dB). Es decir, lo que le falta a la fase del circuito para alcanzar el lmite de estabilidad

    de -180. Segn esto, el margen de fase calculado fue de 34 y el medido, 41; presentando un error del 20%.

    PII-2. Cul es el margen de ganancia del circuito? Calculado y medido

    El margen de ganancia se encuentra al saber la frecuencia donde la fase es -180. En sta se evala la

    magnitud de la ganancia y se realiza la diferencia con 0 dB. Con base en esto, el margen de ganancia calculado

    fue de 5.07 dB, lo que equivale a 1.78 V/V. No se realizaron las medidas adecuadas para obtener el margen de

    ganancia experimental, ya que no se tom nota del valor de la ganancia a la frecuencia donde la fase es -180.

  • PII-3. Al ser realimentado el circuito con =1, se tornar inestable el circuito? No. En este caso, las etapas inversoras son tres. Por lo tanto, la fase de la seal de salida est

    desfasada 180 con respecto a la seal de entrada. As, la realimentacin ser negativa; haciendo que el circuito

    sea estable.

    PII-4. Qu importancia tienen las anteriores medidas del circuito antes de realizar la realimentacin?

    Es importante tener en cuenta los mrgenes de ganancia y fase para saber si el circuito es estable o

    inestable, es decir, si oscilar o no cuando se conecte la realimentacin. A la vez, es importante tener clara la

    ganancia a malla abierta para saber si sta concuerda con lo esperado ya que sta disminuir una vez se realice

    la realimentacin. La ganancia unitaria no se debe dar cuando la fase es 0, es decir que la salida sea igual a la

    entrada, si no se desea que el circuito oscile.

    PII-5. En el anterior circuito qu representa el valor de margen de fase y el margen de Ganancia?

    Los mrgenes de fase y ganancia representan el cambio que se puede realizar en frecuencia para que el

    circuito se mantenga estable. Es decir, qu lmites se tienen en dB y en grados para que el circuito no oscile. Entre

    mayores mrgenes, ms fcil ser el control del circuito.

    4. Se realiment el circuito de los tres Opas con el circuito propuesto en los clculos previos para obtener una margen de fase de 30 y otro de 60.

    5. Se midi la respuesta paso de los dos circuitos realimentados.

    Imagen 9. Respuesta paso del circuito de la figura 2 para margen de fase de 60

    V/div: CH1: 10 mV CH2: 10 mV [Puntas x1]

    T/div: 50 s

  • Imagen 10. Respuesta paso del circuito de la figura 2 para margen de fase de 30

    V/div: CH1: 10 mV CH2: 20 mV [Puntas x1]

    T/div: 50 s

    PII-6. Cul es la diferencia entre los circuitos compensados con un margen de fase de 30 y 60? La diferencia radica en que cuando se tiene un margen de fase de 60, se tiene un mayor rango de

    frecuencia para variar antes de que el circuito se vuelva inestable. Es decir, la distancia hasta el lmite de

    estabilidad es mayor porque la fase tiene ms rango de variacin. Cuando se tiene un margen de fase de 30,

    quiere decir que la fase de la seal de salida est en -150, por lo que sta no tiene mucho rango de variacin

    antes de tornarse inestable.

    PII-7. Cul es la importancia de tener una mayor margen de fase en un circuito?

    Al tener un mayor margen de fase, se tiene un mayor rango de variacin de sta antes de que el

    circuito se torne inestable. As mismo, si se desea un circuito de respuesta rpida, el margen de fase debe ser

    grande.

    El margen de fase indica cunto puede moverse sta para que la realimentacin no se vuelva positiva.

    Entre mayor margen de fase, existe menos overshoot y menos tiempo de estabilizacin, en la respuesta

    realimentada

    PII-8. Cul es la importancia de tener un mayor margen de ganancia?

    La ventaja de tener un margen de ganancia grande es que la frontera de estabilidad est ms alejada de

    la frecuencia donde el circuito est funcionando, es decir, se torna inestable a una frecuencia mucho ms

    alejada. Por lo tanto, hay ms rango de variacin para poder mantener el circuito estable.

    CONCLUSIONES

    1. Al realizar la prctica con el circuito prestado por el grupo 12-4, no se pudieron comprobar los resultados calculados en el pre-informe. Los datos calculados, presentados en este informe, son de autora del grupo

    mencionado.

    2. Los mrgenes de ganancia y fase indican cunto se puede mover la fase del circuito o su ganancia antes de que ste sea inestable y oscile. Es decir, son las fronteras de estabilidad.

    3. Es trascendental verificar el margen de fase y el margen de ganancia, del circuito sin realimentar (af), para conocer si el circuito es estable o inestable al momento de realimentar.

    4. Un circuito con mayor margen de fase, en este caso 60, presenta menos overshoot y un menor tiempo de estabilidad al momento de realimentarlo. Si se desea un circuito de respuesta rpida, es recomendable tener un

    margen de fase grande. Segn la aplicacin que se necesite, se disea el margen de ganancia.

    5. Los errores de las medidas, con respecto a lo calculado, tienen origen en la tolerancia de los componentes y los posibles errores de medicin manual.