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Prctica 1: Simulacin de circuitos y sistemas electrnicos mediante el paquete informtico PSIMIntegracin Energtica (IEEN)Albert Turon Florenza Adria Pibernat Roses Grup: M11

3.- Tutorial sobre PSIM1. Simulacin de un amplificador no inversor de tensin

2. Representacin de las formas de onda y clculo de la ganancia

Valor mximo V0 Vi Ganancia del circuito 9.9997920 5 1.9999584

Valor mnimo V0 Vi -9.9997920 -5

Valor eficaz V0 Vi 7.0709207 3.5355339

Valor medio V0 Vi 1.6514842 8.3082090

3. Adems, en el guion de prcticas se pide variar la tensin de entrada del amplificador a 10V y representar nuevamente las tensiones de entrada y salida del circuito. Estas seales son las mostradas en la figura 3.

4. De este circuito se pide adquirir su Netlist, este es el resultado obtenido:.TIME 1E-005 0.005 0 1 0 0 0 0 0 R R1 0 1 1k 0 R = Resistencia R1 = Nombre de la resistencia 0 1 = Localizacin de la resistencia 1K = Valor de la Resistencia

-

R R2 1 2 1k 0 VSIN Vi 3 0 10V 1000Hz 0 0 0 VSIN = Tensin sinusoidal Vi = Nombre de la fuente de tensin 3 0 = Localizacin de la fuente de tensin 10V = Amplitud de la fuente de tensin 1000Hz = Frecuencia de la fuente de tensin 0 0 0 OP_AMP OP_AMP1 3 1 2 10 -10 OP_AMP = Amplificador operacional OP_AMP1 = Nombre del amplificador operacional 3 1 2 = Localizacin del amplificador operacional 12 -12 = Valor de la tensin de saturacin del amplificador operacional VP Vi 3 VP = Voltmetro Vi = Nombre del voltmetro 3 = Localizacin del voltmetro VP V0 2

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-

-

5. Igualmente, se pide hallar el valor mximo, el mnimo, el valor medio y el valor eficaz de las seales de entrada y salida del circuito simulado.

Valor mximo V0 Vi Ganancia del circuito 9.9997920 5 1.9999584

Valor mnimo V0 Vi -9.9997920 -5

Valor eficaz V0 Vi 7.0709207 3.5355339

Valor medio V0 Vi 1.6514842 8.3082090

6. Realizacin de la transformada rpida de Furier (FFT) con el fin de estudiar el espectro de la frecuencia de las seales de entrada y salida del circuito.Amplitud de 5 V

Amplitud de 10 V

4. Desarrollo y realizacin de la prctica4.1.- Simulacin de un amplificador inversor de tensin.1. Realizar el esquemtico del circuito amplificador inversor que aparece en la figura 4.1, y ejecutar la simulacin.

2. Representar las formes de onda de las seales de entrada y de salida, y comprobar la ganancia del circuito mediante el valor mximo o eficaz de dichas seales.

Valor eficaz V0 Vi Ganancia del circuito 3.5354575 3.5355339 - 0.9997288

Un amplificador inversor de tensin tiene como funcin modificar el valor de onda y cambiar el signo. Como comprobamos en nuestro caso, el valor del voltaje de entrada con el de salida obtenemos una ganancia cercana a 1 negativo. Podemos justificar este comportamiento basndonos en la siguiente ecuacin:

4.2- Amplificador sumador inversor de tensin1. Realizar el esquemtico del circuito sumador inversor que aparece en la figura 4.2, y ejecutar la simulacin.

2. Representar las formes de onda de las seales de entrada y de salida, y comprobar la ganancia del circuito mediante el valor mximo o eficaz de dichas seales.

Ganancia del circuito Ganancia del circuito - (Vi + 5)

El amplificador sumador inversor de tensin, le aade a una onda sinusoidal un valor otorgado por una corriente continua. Adems de cambiarle el signo. Como en el caso anterior su comportamiento viene regido por una formula, en funcin de las resistencias. ( )

En nuestro caso partcula obtendramos la siguiente ganancia: ( ) ( ) ( )

4.3- Amplificador restador de tensin1. Realizar el esquemtico del circuito sumador inversor que aparece en la figura 4.3, y ejecutar la simulacin.

2. Representar las formes de onda de las seales de entrada y de salida, y comprobar la ganancia diferencial del circuito mediante el valor mximo o eficaz de dichas seales.

Ganancia del circuito Ganancia del circuito 5 Vi Un amplificador restador de tensin realiza la misma funcin que el amplificador sumador inversor de tensin, pero en lugar de ello resta el valor de la corriente continua. Como en el caso anterior su comportamiento viene regido por una formula, en funcin de las resistencias.

En nuestro caso particular obtendramos la siguiente ganancia:

4.4- Derivador inversor de tensin

Ganancia del circuito Ganancia del circuito 0.6286650

Un derivador inversor de tensin, hace que la tensin de salida sea desfasada unos 90 y modifica la tensin en funcin de los valores de la resistencia y del condensador. Como en los casos anteriores el comportamiento de un derivador de tensin viene regido por una formula, en funcin de las resistencias y del condensador.

En nuestro circuito particular tenemos una tensin de entrada de una amplitud de 5 V con una frecuencia de 100 Hz. Por lo que su comportamiento vendra dado por la siguiente ecuacin: ( )

En nuestro caso particular obtendramos la siguiente ganancia: ( ( ) ) ( )

1. Repeticin de la simulacin con seales de entrada Vi rectangular y una triangular de la misma amplitud y frecuencia que en el caso anterior. Seal rectangular

Seal triangular

4.5.- Integrador Inversor de TensinEn la figura 4.5 se muestra la estructura bsica de un amplificador integrador inversor, con funcin de salida dada por la siguiente expresin (siempre que el amplificador operacional funcione en rgimen lineal): ( ) ( )

Se pide realizar los ensayos que se consideren necesarios para: 1. Utilizando como seal de entrada al circuito una tensin sinusoidal de 5 V de amplitud y 100 Hz de frecuencia, representar las tensiones de entrada y salida del circuito, justificando analticamente que la tensin de salida observada coincide con la tericamente esperada.

Un integrador inversor de tensin se define de la siguiente manera, donde comprobamos que se desfasa 90 debido a la integral, adems de variar el valor de su amplitud en funcin de las caractersticas de la resistencia y el condensador.

( (

) ) ) )

( (

2. Representar las tensiones de entrada y salida del circuito cuando la seal de entrada es de 5 kHz de frecuencia (sin modificar su amplitud 5 V).

3. A partir de los resultados experimentales observados en el laboratorio, describir qu le ocurre a la tensin de salida del circuito cuando se aumenta la frecuencia de la tensin de entrada, sin modificar su amplitud. Justificar a qu se debe el fenmeno observado.

Al aumentar la frecuencia el periodo de tiempo disminuye ya que es la inversa de la frecuencia, y al disminuir el tiempo el condensador no le da el suficiente tiempo en cargarse y descargarse.

4. Cmo responde ahora el circuito si a la entrada del mismo queda aplicada una interferencia o ruido de alta frecuencia? Con una interferencia o un ruido de alta frecuencia la amplitud de la salida del voltaje V0 se vera reducida todava ms tendiendo a cero.

5. Cmo responde ahora el circuito si a la entrada del mismo queda aplicado un nivel de DC (offset de continua)?Cmo se evitara el efecto que dicho nivel de offset tendra sobre la salida del circuito? En la siguiente figura la hemos hecho con un offset de valor igual a 2.

Aadirle un offset es aadir una seal de continua que provoca que la tensin de salida suba o disminuya inversamente al valor del offset. Para eliminar el efecto del offset tendramos que aadir otro operacional con el inverso valor del offset que nos inyectara el mismo valor per cambiado de signo.

6. Utilizando ahora como seal de entrada al circuito una tensin triangular de 5V de amplitud y 100 Hz de frecuencia, representar las tensiones de entrada y salida del circuito, justificando analticamente que la tensin de salida observada coincide con la tericamente esperada.

Nosotros sabemos que el voltaje de salida seguir la funcin que nos han dado al inicio del problema, cogiendo alfa como la inversa del producto entre la resistencia y el condensador. Cuando en la entrada tenemos un voltaje triangular positivo de 5 V en la salida obtendramos el siguiente valor:

Cuando en la entrada tenemos un voltaje triangular negativo de 5 V en la salida obtendramos el siguiente valor:

7. Finalmente, y utilizando como seal de entrada al circuito una tensin cuadrada de 5 V de amplitud y 100 Hz de frecuencia, representar las tensiones de entrada y salida del circuito, justificando tambin de forma analtica que la tensin de salida observada coincide con la tericamente esperada.

Nosotros sabemos que el voltaje de salida seguir la funcin que nos han dado al inicio del problema, cogiendo alfa como la inversa del producto entre la resistencia y el condensador. Cuando en la entrada tenemos un voltaje constante de 5 V en la salida obtendramos el siguiente valor:

Cuando en la entrada tenemos un voltaje constante de -5 V en la salida obtendramos el siguiente valor:

4.6.- Circuito Rectificado de Precisin de Media OndaEn la figura 4.6 se muestra la estructura de un circuito rectificador de precisin de media onda (en su versin inversora), basado en dos resistencias, dos diodos y un amplificador operacional.

1. Representar las tensiones de entrada y de salida del circuito, con el fin de verificar el funcionamiento del circuito.

2. Representar la caracterstica de transferencia Vout=(Vin) del circuito. En la imagen anterior podemos observar que cuando tenemos un voltaje positivo, en la salida obtenemos un valor de la tensin igual a cero. Esto lo produce el diodo ya que en ese momento esta conduciendo, pero cuando en la entrada tenemos una tensin negativa nuestro circuito acta como un amplificador inversor de tensin, donde en funcin de sus resistencias tendr una amplitud u otra. En nuestro caso obtendramos la siguiente aptitud:

3. Repetir los dos apartados anteriores sustituyendo la resistencia R2 de 2,2 k por otro de valor igual a 1 k, con el fin de verificar por simulacin el efecto de estas resistencias sobre la funcin de salida del circuito. Comentar y comparar los resultados.

Como hemos comentado en el caso anterior, como los dos valores de la resistencia son iguales, en este caso tendramos que cuando tenemos una tensin positiva no tenemos tensin de salida (el diodo esta conduciendo) y cuando tenemos una tensin de entrada negativa en la salida obtendramos la misma tensin de salida pero cambiada de signo.