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Fecha: Mayo de 2010
CENTRO de la industria, la empresa y de servicios
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PRACTICA DE UN PWM CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES
“MODULACION DE ANCHO DE PULSO CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES”. MARCO TEORICO
Abstract –PWM The objective of this practices of laboratory, is to realise a PWM, through op amps, for nuetro case were used the LM341, LM324 or LM358.
INTRODUCCION El siguiente trabajo tiene como objeto realizar, un controlador de PWM o modulación del ancho del pulso, empleando amplificadores operacionales, en sus diferentes configuraciones de tal forma, que nos permita tener un control sobre el periodo de la señal. OBJETIVOS GENERAL Implementar un PWM, utilizando una configuración de amplificadores operacionales, que permita controlar el periodo de la señal.
Un modulador por ancho de pulso (PWM) es un dispositivo que puede usarse como un eficiente dimmer de luz o para controlar la velocidad en motores DC. Los motores DC grandes son controlados más eficientemente con tiristores de alta potencia, mientras los motores DC pequeños y medianos de imán permanente, son controlados más exitosamente con transistores de conmutación por ancho de pulso. El circuito descrito es un dispositivo para controlar motores que manejen unos cuantos amperios o también se puede utilizar para controlar el brillo en lámparas.
El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación con el período. Expresado matemáticamente:
ESPECIFICOS 1. Obtener una base teórica sobre el PWM que se simulara a través del software Electronics Workbench. 2. Implementar el circuito obtenido y verificar su operación a través de mediciones de voltajes. 3. Comparar los resultados obtenidos en la simulación con los resultados obtenidos en la práctica
D es el ciclo de trabajo τ es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso) T es el período de la función La construcción típica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante un comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas se conecta a un oscilador de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda disponible para la señal
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moduladora. En la salida la frecuencia es generalmente igual a la de la señal dientes de sierra, y el ciclo de trabajo está en función de la portadora. La principal ventaja de un circuito de PWM sobre un controlador que se base en la variación lineal de la potencia suministrada a una carga mediante cambio resistivo es la eficiencia. A una señal de control del 50%, el PWM usará cerca del 50% de la potencia total, de la cual casi tosa será transferida a la carga. En un controlador tipo resistivo, de un 50% de potencia que se quiera transferir a la carga se estima que le puede llegar cerca de un 71%. El otro 21% se pierde en forma de calor. La principal desventaja de los circuitos de PWM es la posibilidad de que exista interferencia por radiofrecuencia (RFI). El RFI puede minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y utilizando un filtrado de la fuente de alimentación. Este circuito posee una pequeña protección contra RFI y produce una mínima interferencia.
PROCEDIMIENTO Inicialmente, se debe realizar la simulación del circuito PWM para verificar su funcionamiento. El análisis que se debe realizar a este circuito tiene que ser paso a paso, o sea que se analiza cada salida, con el fin de poder hacer nuevos cambios al circuito, si los requiere.
Se realiza el esquemático del PWM (VER anexos, FIGURA 1), en el software Electronics Workbench, para posteriormente, ser simulado.
Se observa con el osciloscopio y se mide con el voltímetro, la salida en cada amplificador, con el fin de verificar que este en perfecto funcionamiento. Para el amplificador 1 en configuración de seguidor, se puede ver que la señal DC, de la entrada, es la que aparece a la salida, con un voltaje CC de 6v. (Ver anexos, figura 2 y 3) La salida para el amplificador 2, es una señal DC, pero cuadrada, con un voltaje de 6v. (Ver anexos, figura 4y 5) De igual manera para el amplificador 3, como esta configurado como un integrador, la salida es una señal triangular, por que el integra la señal entrada, como esta es una cuadrada, hace que se genere este tipo e señal en a salida, con un voltaje de 6v. (Ver anexos, figura 6 y 7) Por ultimo, el amplificador esta configurado como un comparador, en el cual la señal que es fija en la entrada no inversora se compara , con una señal que es variable en su entrada inversora, haciendo posible variar el ancho del pulso de la señal de salida, pero sin modificar su amplitud. De igual forma se puede observar que al variar el
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potenciómetro se genera un cambio en el periodo de la señal (Ver anexos, figura 8, 9, 10, 11 Y 12).
De igual forma, se realizo el montaje de este circuito en la practica (ver anexo figura 13) Los elementos utilizados, para el respectivo montaje del circuito en la protoboard son: 4 Amplificadores LM741 4 Resistencias de 100KΩ 1 Resistencias de 4.7KΩ 1 Condensador de 0.01 µF 1 Potenciómetro de 10KΩ 2 Resistencias de 3.9KΩ 1 Diodo led 1 Mosphet 1 Resistencia de 220Ω El circuito mostrado en la figura 13, consta de una cascada de amplificadores, que interconectados entre si, dependiendo de la configuración que se este trabajando, permite un funcionamiento optimo del circuito. En la primera etapa como es un seguidor, el voltaje presente a la entrada (que es de 6v, el cual se obtiene de un divisor de voltaje), va a ser el mismo a la salida, la cual esta realimentada, con el fin de que la señal permanezca en ese punto, y se obtenga a la salida una señal DC. (Ver anexo figura 14) Para la segunda etapa como es un comparador, toma la salida del primer amplificador, como la entrada de la inversora y la compara con la señal presente en la no inversora,
como esta se encuentra realimenta con la salida a través de una resistencia, permite que se genere una señal cuadrada a la salida. (Ver anexo figura 15) La tercera etapa, como esta configurado como un circuito integrador, Las entradas de este esquema, son las dos salidas anteriores, debido a la presencia de un condensador, se puede decir que el circuito esta oscilando, se obtiene a la salida una señal triangular, al integrar la señal de entrada. (Ver anexo figura 16) Para terminar, en esta última parte es donde se pueda modular el ancho del pulso o su frecuencia, sin alterar su amplitud, esto es posible debido a que a medida que yo aumento la resistencia en el potenciómetro, permite realizar este tipo de modulación. (Ver anexo figura 17) CONCLUSIONES Los amplificadores operacionales en configuración de lazo cerrado, para el desarrollo de nuestra practica fueron muy importantes por que nos permiten mantener la señal cualquier punto especificó, previniendo que nuestro circuito no presente tantas fallas a la hora de funcionar, y tenga un desempeño lo mas optimo posible. Las configuraciones de los amplificadores operacionales, es muy importante conocerlas a la hora de interpretar como esta funcionando el circuito.
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ANEXOS
FIGURA 1. ESQUEMA DE UN PWM
FIGURA 2.VOLTAJE DE SALIDA EN EL PRIMER AMPLIFICADOR CON EL OSCILOSCOPIO
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FIGURA 3.VOLTAJE DE SALIDA EN EL PRIMER AMPLIFICADOR CON EL VOLTIMETRO
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FIGURA 4.VOLTAJE DE SALIDA EN EL SEGUNDO AMPLIFICADOR CON EL OSCILOSCOPIO
FIGURA 5.VOLTAJE DE SALIDA EN EL SEGUNDO AMPLIFICADOR CON EL VOLTIMETRO
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FIGURA 6.VOLTAJE DE SALIDA EN EL TERCER AMPLIFICADOR CON EL OSCILOSCOPIO
FIGURA 7.VOLTAJE DE SALIDA EN EL TERCER AMPLIFICADOR CON EL VOLTIMETRO
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FIGURA 8. VOLTAJE DE SALIDA EN EL CUARTO AMPLIFICADOR CON VARIACION DEL POTENCIOMETRO AL 0%
FIGURA 9.VOLTAJE DE SALIDA EN EL CUARTO AMPLIFICADOR PARA UN RESISTOR VARIABLE =30%
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FIGURA 10.VOLTAJE DE SALIDA EN EL CUARTO AMPLIFICADOR PARA UN RESISTOR VARIABLE =50%
FIGURA 11.VOLTAJE DE SALIDA EN EL CUARTO AMPLIFICADOR PARA UN RESISTOR VARIABLE =75%
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FIGURA 12.VOLTAJE DE SALIDA EN EL CUARTO AMPLIFICADOR PARA UN RESISTOR VARIABLE =100%
FIGURA 13. MONTAJE DEL PWM
FIGURA 14. VOLTAJE A LA SALIDA DEL AMPLIFICADOR CONFIGURADO COMO SEGUIDOR
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FIGURA 15. VOLTAJE A LA SALIDA DEL AMPLIFICADOR CONFIGURADO COMO COMPARADOR
FIGURA 16. VOLTAJE A LA SALIDA DEL AMPLIFICADOR CONFIGURADO COMO INTEGRADOR
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FIGURA 17. VOLTAJE A LA SALIDA DEL AMPLIFICADOR CONFIGURADO COMO COMPARADOR, CON ENTRADA VARIABLE.