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7/23/2019 Informe CEA,16y 17 2015
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Universidad Nacional de Ingeniera
Facultad de Ciencias
Escuela Profesional de Fsica
Informe del laboratorio de Circuitos Electrnicos
Analgicos
Experimentos No 1 ! 1"
Nombres: Rosmeri Huamn Garca
Cdigos: 20092660GProfesor: Julio Csar !ala"ar Rodrgue"
20#$
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Laboratorio de Circuitos Electrnicos Analgicos Laboratorio No7
I# $emas%
Experimento 1%
% Circui&os com'aradores
Experimento 1"%
% Circui&o oscilador (am'lificador o'eracional)
II# &b'etivos%
% *s&udiar los circui&os com'aradores de uno + dos ni,eles-
% *s&udiar el dise.o del oscilador de rela/acin basado en el am'lificador
o'eracional
III# Fundamento terico%
1# Comparadoresos com'aradores son circui&os no lineales 1ue sir,en 'ara com'arar dos
se.ales ( una de las cuales generalmen&e es una &ensin de referencia) +
de&erminar cul de ellas es ma+or o menor ob&eniendose como resul&ado una
&ensin al&a (3H) o ba/a (3)-
a o'eracin de un com'arador4 re'resen&ado en la 5C de la figura #-b4 se
'uede e'resar como :
*l com'arador ace'&a se.ales anlogicas a la en&rada + 'ro'orciona se.ales
binarias a la salida- *s&e elemen&o cons&i&u+e un neo de unin en&re elmundo analgico + digi&al-
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Laboratorio de Circuitos Electrnicos Analgicos Laboratorio No7
(# )isparador *c+mitt o *c+mitt triggera realimen&acin nega&i,a en un am'lificador &iende a man&enerle den&ro de la
regin lineal + una realimen&acin 'osi&i,a fuer"a a ese am'lificador a o'erar
en la regin de sa&uracin- 7n dis'arador !c8mi&& es un com'arador
regenera&i,o con realimen&acin 'osi&i,a 1ue 'resen&a dos &ensiones de
com'aracin a la en&rada 5H+ 54 en funcin del es&ado de la salida- a
5C de es&os circui&os 'resen&a 8is&resis + 'or ello &ambin se les denomina
com'arador con 8is&resis-as 'rinci'ales a'licaciones del dis'arador !c8mi&& se encuen&ran en el cam'o
de comunicaciones digi&ales debido a su ca'acidad de eliminar ruidos + en
circui&os generadores de forma de onda-
nali"ando la conein bsica del dis'arador !c8mi&& &rigger :
as resis&encias R# + R2 in&roducen una realimen&acin 'osi&i,a en el circui&o 1ue
fuer"a a o'erar al 3 en sa&uracin-a &ensin de en&rada i es com'arada
con ' es&a &ensin se ob&iene a &ra,s del di,isor de &ensin formado 'or R#
+ R2 de forma 1ue :
Como o 'uede &ener dos es&ados (3H4 3) 4 eis&en dos &ensiones umbrales
definidos 'or:
;e la 5C de la figura 2-b4 se 'one de manifies&o 1ue el cambio en la salida del
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com'arador
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Laboratorio de Circuitos Electrnicos Analgicos Laboratorio No7
los ,ol&a/es de &ransicin ,ienen dados 'or Vi= R
2V
R
R1+R2
R1
R1+R2V
cc
,# &scilador o multivibrador astableos mul&i,ibradores son un gru'o de circui&os 1ue &ienen dos es&ados de &ensin4
al&o + ba/o4 + ,an conmu&ando en&re ellos4 o bien 'or ellos mismos (modo free
running en ingls4 1ue se en&iende como modo libre) o bien cada ,e" 1ue los
es&imulamos con un 'ulso de en&rada (one s8o& en ingls4 o de una sola ,e")-
!e &ra&a de &ener un circui&o 1ue &ome dos es&ados de &ensin4 + solo es&os
dos4 + 1ue el &iem'o 1ue es& en cada es&ado es& de&erminado 'orcons&an&es de &iem'os conocidas-
*l mul&i,ibrador as&able corres'onde a la 'rimera ca&egora de ,ibradores 1ue
conmu&an de es&ado libremen&e (free running)4 'or ellos solos4 sin ning
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5enemos :
% A c
B AR
2
R1+R2Vo
o A Bsa& sa&
!u'oniendo 1ue inicialmen&e : o A Bsa& 4 &endremos :
B A
R2
R1+R2+Vsat
Por o&ro lado4 en el &erminal in,ersor4 el condensador in&en&a cargarse a
Bsa&4 'ro'orcionado 'or la resis&encia R4 'ero cuando el condensador
alcan"a un 'o&encial igual al del &erminal no in,ersor del 3 :
cA % AR
2
R1+R2+Vsat
;ado 1ue el 3 se com'or&a como un circui&o com'arador4 la salida cambia
de Bsa& a sa& 4 'or1ue el 'o&encial in,ersor llega a ser ma+or 1ue el
'o&encial no in,ersor -
8ora la salida es o A %sa&
B A %R
2
R1+R2
Vo
*l condensador &iene un ,ol&a/e de cA % AR
2
R1+R2+Vsat en el comien"o
de la segunda e&a'a4 +a 1ue la &ensin de salida es o A %sa& 1ue 'uede fluir
8acia el condensador-
;ebido a es&e 'o&encial4 el condensador in&en&a descargarse un mimo de
%sa&4 'ero en el camino de descarga4 el condensador alcan"a un 'o&encial
igual al del &erminal no in,ersor del 3 + ,ol,emos al caso inicial-
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a siguien&e figura mues&ra la &ensin del condensador + la &ensin de salida:
>igura ?: Grfica com'ara&i,a de c + o
!i a'licamos la ecuacin de un condensador 4 ob&enemos :
Como el &iem'o &o&al es 5A 25#
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Primera Par&e: *'erimen&o #6
I-# Procedimiento Experimental%
A E/uipo%% >uen&e de ,ol&a/e ;C
% Generador de ondas
% Resis&encias
% @D?#
% 3scilosco'io
A# Procedimiento%
Paso 1%
#- !e arm el circui&o de la figura #6-#4 R es el ,ol&a/e de referencia-
2- !e ,aro el ,ol&a/e de en&rada (*) en&re 0 + #0 + se midi el ,ol&a/e
de salida (ss)-
=- !e &omaron los da&os de ss de 2 formas : (a) aumen&ando e 4 (b)
disminu+endo e-
?- !e grafic ss ,s- e + se de&ermin el ni,el de &ransicin 5-
Figura 1#1
Paso (%
# !e sus&i&u+o la fuen&e ;C de la en&rada 'or una se.al senoidal ($00H"4
E')
2 !e obser, + regis&ro las se.ales de salida + en&rada en el
oscilosco'io-
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= !e iden&ific el ni,el del ,ol&a/e de &ransicin 5-
Paso ,%
$- !e mon& el circui&o com'arador de 2 ni,eles 4 con 8is&risis o !c8mi&&
&rigger4 de la figura #6-2-
6- !e re'i&ieron los 'rocedimien&os de los 'asos # + 2 + se de&erminaron
los ,ol&a/es de &ransicin 5
Figura 1#(
Paso 0%
# !e conec& una se.al de ,ol&a/e senoidal a la en&rada en el circui&o de
la figura #6-2
2 !e obser, la cur,a de 8is&erisis en el oscilosco'io 4 conec&ando el,ol&a/e de salida al CHF + el ,ol&a/e de en&rada al CH4 en modo F-
= !e iden&ificaron los ,ol&a/es de &ransicin 5 -
? !e com'araron los resul&ados con los ,alores ob&enidos de la siguien&e
ecuacin :
VT=
R2V
R
R1+R2
R1
R1+R2V
cc
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-# )atos experimentales ! clculos
Paso 1 %
;a&o : referencia A ?-#=
) umen&ando e :
$abla de datos N21
-e -s -e -s
0406 ##4== $4E %#040?
0426 ##4== 64#= %#040?
04=E ##4== 64=? %#040?
04$? ##4== 64$D %#040?
04D2 ##4== 64E# %#040?
04E$ ##4== D40= %#040?
#40? ##4== D4#$ %#040?
#42E ##4== D4== %#040?
#4?= ##4== D4$6 %#040?
#4D9 ##4== D4E= %#040?
2409 ##4== D49$ %#040?
24= ##4== E4#? %#040?
24$D ##4== E4=D %#040?
24E ##4== E4$9 %#040?
=40= ##4== E4E2 %#040?
=4E? ##4== 9406 %#040?
?40D ##4== 94#D %#040?
?4#2 ##4== 94=# %#040?
?4#? %949= 94?D %#040??42$ %#040? 9462 %#040?
?46= %#040? 94E# %#040?
?4E$ %#040? 949 %#040?
$409 %#040? #04#= %#040?
$4=# %#040? #04=D %#040?
$4?D %#040? #046 %#040?
$46E %#040?
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Graficando s ,s- e 4 usando los da&os de la &abla N # &enemos :
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
-15
-10
-5
0
5
10
15
Ventrada (V)
Vsalida (V)
3rfica 1% s ,s- e4 cuando e ,a aumen&ando
I) ;isminu+endo e :
$abla de datos N2(
-e -s -e -s
#04# %#040? ?4#E %#040#94=? %#040? ?406 ##4==
E4D2 %#040? =4$2 ##4==
E42? %#040? =4#2 ##4==
D4$$ %#040? 24$D ##4==
D409 %#040? 242$ ##4==
64?D %#040? #4E= ##4==
6409 %#040? #4=D ##4==
$4$= %#040? 049? ##4==
?499 %#040? 04$2 ##4==
?4=$ %#040? 04## ##4==?4=# %#040?
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Graficando s ,s- e 4 usando los da&os de la &abla N 2 &enemos :
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
-15
-10
-5
0
5
10
15
Ventrada (V)
Vsalida (V)
3rfica (% s ,s- e4 cuando e ,a disminu+endo
;e las grficas + las &ablas de da&os se ob&iene 1ue :
Para e : 5A ?-2$
Para e : 5A ?-06
Paso ( %
> onda A $#0 H"
' A E
@idiendo en ;C se ob&u, :
5A ?-20 cuando e
5A ?-00 cuando e
Figura 1#, % !e.ales de salida + en&rada en el oscilosco'io 'ara el
circui&o #6-#
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Paso , %
;a&o :referencia A $
4.eali5ando los
procedimientos del Paso 1 6
) umen&ando e :
$abla de datos N2,
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_13
e s e s
0 ##4#E $4#$ ##4#E
04$D ##4#E $4E6 ##4#E
#409 ##4#E 640D ##4#E
#46= ##4#E 64#$ %#042=
24#2 ##4#E 64E9 %#042=
24E? ##4#E D42= %#042=
=4#D ##4#E E4$# %#042=
=4E# ##4#E 94#6 %#042=
?42= ##4#E #0402 %#042=
?469 ##4#E
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Graficando s ,s- e 4 usando los da&os de la &abla N = &enemos :
0 2 4 6 8 10 12
-15
-10
-5
0
5
10
15
Ventrada (V)
Vsalida (V)
3rfica ,% s ,s- e4 cuando e ,a aumen&ando
I) ;isminu+endo e :
$abla de datos N20
________________________________________________________________________
_14
e s e s
94EE %#042= 24$D %#042=
E4D= %#042= 24?? %#042=
D42 %#042= 242= ##4#E64D? %#042= #4E# ##4#E
$462 %#042= #4#D ##4#E
?42D %#042= 0492 ##4#E
=46= %#042= 04$= ##4#E
=406 %#042= 0 ##4#E
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Graficando s ,s- e 4 usando los da&os de la &abla N ? &enemos :
0 2 4 6 8 10 12
-15
-10
-5
0
5
10
15
Ventrada (V)
Vsalida (V)
3rfica 0% s ,s- e4 cuando e ,a disminu+endo
!i graficamos s ,s- e usando los da&os de las &ablas N = + ? &endremos :
3rfica 7% s ,s- e ( 8is&ersis )
;e las &ablas + grficas se ob&iene 1ue:
5B A 6-#$
5% A 2-2=
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4.eali5ando los procedimientos del Paso ( 6
C) 7sando una fuen&e generadora de se.ales :
;a&os : > A ?90-00 H"
o !e ob&u, : 5B A 6-2
5% A 2-?
Figura 1#0 % !e.ales
de salida + en&rada enel oscilosco'io 'ara el
circui&o #6-2
Paso 0 %
Calculando los ,alores &ericos usando la frmula :
VT=
R2V
R
R1+R2
R1
R1+R2V
cc
VT+
20k5V
24k +
4k
24 k12V=6.17V
VT
20k5V
24 k
4 k
24 k12V=2.17V
Com'arando los resul&ados &ericos con los e'erimen&ales ob&enidos en el
'aso =C) &enemos :
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Experi
mental
Teri
c
!err
rVT+ 6.2 V 6.17
V
0.5%
VT - 2.4 V 2.17
V
10.6
%
-I# &bservaciones ! discusiones#- *n el 'aso #4 de la grfica # se obser, 1ue el ,alor de 5A ?-2$4
mien&ras 1ue en la grfica 2 el ,alor obser,ado fue de ?-06 - *s&os ,alores
eran cercanos al ,alor del ,ol&a/e de referencia 4 RA ?-#=-(# ;e la grfica de la cur,a de 8is&resis ob&enida e'erimen&almen&e en
el 'aso = se obser, 1ue el ,alor de 5(%) A 2-2= + el de 5(B) A 6-#$
son bas&an&e cercanos a los ob&enidos 'os&eriormen&e usando una fuen&e
generadora de se.ales-,# *n el 'aso =4 luego de com'arar los resul&ados &ericos de 5 B% con los
e'erimen&ales se obser, 1ue : 'ara 5B los ,alores ob&enidos 'resen&aron
un error del 0-$K + 'ara 5% un error del #0-6 K-0# !e obser, duran&e la e/ecucin del 'aso = 1ue en al &omar las
medidas de 5 en el oscilosco'io 4 en ocasiones los ,alores 'ara 5 B%
fueron dis&in&os + fue necesario 8acer una doble medicin - *s&o ca'a" se
deba al cambio casual del R duran&e la e/ecucin de los 'rocedimien&os-
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!egunda Par&e: *'erimen&o #D
-II# Procedimiento Experimental%
8 E/uipo%
% >uen&e de ,ol&a/e ;C
% Resis&encias
% @D?#
% 3scilosco'io
% Condensador
8# Procedimiento%
Paso 1%
# !e arm el circui&o oscilador de la figura #D-#- !e obser, en el
oscilosco'io las se.ales de salida (s) + del condensador (c) -
D- !e regis&r la forma4 ,ol&a/es de &ransicin + 'eriodo de las se.ales-
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Figura 1"#1
Paso (%
? *n el circui&o4 se sus&i&u+ la resis&encia R# 'or una resis&encia
,ariable-
$ !e regis&raron en una &abla los ,alores de R# + 54 'eriodo de la
se.ales-
6 !e grafic 5 ,s- R# + se de&ermin en 1u rango de frecuencias
funciona bien el circui&o oscilador con el 3 D?#-
Paso ,%
# *n el circui&o4 se sus&i&u+ el condensador 'or o&ro de dis&in&a
ca'aci&ancia-
D !e re'i&i el 'rocedimien&o del 'aso 2-
Paso 0%# 7sando los da&os ob&enidos en 'asos an&eriores4 se demos&r 1ue el
'erodo de la se.al cuadrada generada es :
T=2R1C
1ln(
2 R3
R2
+1)
!e 8i" la grfica &erica + se com'ar con su grfico e'erimen&al-
-III# )atos experimentales ! clculos %
n&es de iniciar la &oma de da&os4 se ,erific 'ara el @D?# :offse& A 040 m (usando un 'o&encime&ro)
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Paso 1 %
;a&os : R2A 9-E= L R=A ?-EE L R#A 0-9E9 L ; C#A E$-En>
as grficas + medidas siguien&es se &omaron en ;C :
Figura 1"#( %!e.al de salida del circui&o
Figura 1"#, %!e.al del condensador
Paso ( %
a) c + s 'ara R#A 0-29L b6 c + s 'ara R#A 0-$2LM
________________________________________________________________________
_
-s % ccB A ?-?
cc% A %?-0
5 A #D6 us
-c % 'B A ?-?
'% A %=-6
5 A #D6 us
2
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c) c + s 'ara R#A 0-D$L d6 c + s 'ara R#A 0-E2LM
e) c + s 'ara R#A 0-9#L f6 c + s 'ara R#A 0-9?LM
Figura 1"# 0 4a694b694c694d694e694f6 %s + c en el oscilosco'io 'ara
diferen&es ,alores de R#
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;e la figura #D-? se obser,a como conforme se aumen& el ,alor de R# 4 la
se.al de salida4 1ue inicialmen&e no era cuadrada4 fue 'oco a 'oco
delimi&ando me/or su forma 8as&a 8as&a alcan"ar la forma de se.al
cuadrada con R# A 0-9?6 LM-
'ar&ir de es&e ,alor '&imo 4 se 8i" la &oma de da&os 1ue se resume en
la siguien&e &abla :
$abla de datos N27
R#(Lo8m)
5(ms) R#(Lo8m)
5(ms)
049?6 04#6 #649E 242
04992 04#6E #E4D 24?#46=? 042$ #94E 246
240# 04= 2#42 24E
=42# 04?? 2=4= =
?4=6 04$E 2$4? =4=
$4E= 04DD 2D4E =4D
D406 0492 =04= ?
9 #4#? =?4D ?4$
#04D? #4=6 =E49 $
#2426 #4$6 ?2 $4?
#?4=6 #4E ??4$ $4E?64$ 6
7sando los da&os de la &abla N$ se ob&u, :
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
1
2
3
4
5
6
7
"(x) # 0$13x % 0$02
Linear ()
&1 ('m)
T (ms)
3rfica %5 ,s R#(CAE$-$n>)
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Laboratorio de Circuitos Electrnicos Analgicos Laboratorio No7
;e la grfica se obser,a como 5 ,ara linealmen&e con R#-
Paso , %
;a&o : C A 22? n>
;e igual forma 1ue en el 'aso 2 se comen" buscando el ,alor de R#
'ara el cual se obser,an las se.ales del condensador + de salida de
manera '&ima-
4a6 4b6
4c6 4d6
Figura 1"#7 4a694b694c694d6 % s + c en el oscilosco'io 'ara diferen&es
,alores de R#4 8as&a alcan"ar el ,alor '&imo en (d)-
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Laboratorio de Circuitos Electrnicos Analgicos Laboratorio No7
'ar&ir de es&e ,alor '&imo 4se 8i" la &oma de da&os 1ue se resume en la
siguien&e &abla :
$abla de datos N2
7sando los da&os de la &abla N6 se ob&u, :
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
"(x) # 0$35x - 0$03
Linear ()
&1 ('m)
T (ms)
3rfica " %5e'erimen&al,s R# (CA22?n>)
;e la grfica se obser,a como 5 ,ara linealmen&e con R#4 siendo + A 5
4 AR#4 + 0-=?9$ el ,alor de la 'endien&e de la rec&a
________________________________________________________________________
_24
R#(Lo8m)
5(ms) R#(Lo8m)
5(ms)
#40=# 04=9$ 224? D4E
=40D #40? 2?4$ E46
$42E #4E$ 2$49 9
D409 24$ 2E42 94E
9409 =4# =0 #04?
#04?$ =46 =24$ ##42##469 ?4# =?42 #2
#=42# ?4$ =646 #24E
#$4#6 $42 =E49 #=46
#D4#9 $4E ?04= #?
#94## 646 ?242 #?4E
204#9 D4= ??46 #$46
?646 #642
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Laboratorio de Circuitos Electrnicos Analgicos Laboratorio No7
Paso 0 %Para demos&rar 1ue el 'eriodo de la se.al cuadrada generada es :
T=2R1C
1ln(
2 R3
R2
+1)
7samos los da&os de R# del 'aso = + generamos los ,alores &ericos de 5
1ue les corres'onderan4 ob&eniendo la siguien&e &abla:
$abla de datos N2"
R#(Lo8m)
5(ms) R#(Lo8m)
5(ms)
#40=# 04=#E$0EE6
224? 649200D62
=40D 049?E?2##6
2?4$ D4$6EE===$
$42E #46=##60E2
2$49 E400#==E##
D409 24#90=2D69
2E42 E4D##EE#6$
9409 24E0E#9#6?
=0 9426D9$92
#04?$ =422E==9#2
=24$ #040?02E9#
##469 =46##?#?DD
=?42 #04$6$?D=$
#=42# ?40E099#=D
=646 ##4=069#02
#$4#6 ?46E=?0ED2
=E49 #240#D?$=E
#D4#9 $4=#0$?062
?04= #24??99$E$
#94## $490=6900#
?242 #=40=6929=
204#9 642=D==6$?
??46 #=4DDE=66
?646 #?4=962=
7sando los da&os de la &abla N D se ob&u, :
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_25
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Laboratorio de Circuitos Electrnicos Analgicos Laboratorio No7
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
2
4
6
810
12
14
16
"(x) # 0$31x - 0
Linear ()
&1 ('m)
T ( ms)
3rfica : %5&erico,s R# (CA22?n>)
!obre'oniendo las grficas D + E de los ,alores e'erimen&ales + &ericos
de 5 con res'ec&o a R#4 ob&enemos :
0 5 101520253035404550
0
2
4
6
8
10
12
1416
18
"(x) # 0$35x - 0$03
"(x) # 0$31x - 0
Grfca terica
Linear (Grfcaterica)
Grfca exeri!enta"
Linear (Grfca
exeri!enta")
&1 ( 'm)
T (ms)
3rfica ; %Grfica com'ara&i,a de da&os &ericos ,s- da&os
e'erimen&ales
'ara CA22? n>
!e obser,a de es&a grfica com'ara&i,a 1ue los da&os e'erimen&ales
ob&enidos no dis&an muc8o de los &ericos-*l 'orcen&a/e de error de los
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Laboratorio de Circuitos Electrnicos Analgicos Laboratorio No7
da&os e'erimen&ales calculado usando las 'endien&es de las grficas es
de #=4#?K 4 'or lo &an&o 'odemos decir 1ue el 'erodo de la se.al
cuadrada generada es cercana a :
T=2R1C
1ln( 2 R3
R2
+1)
I
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Laboratorio de Circuitos Electrnicos Analgicos Laboratorio No7
2- !edra4 - !mi&84 L- (2002) Circui&os @icroelec&rnicos- 3ford- @ico-