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Fecha: Mayo de 2010
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GENERADOR DE ONDA SENOIDAL, CUADRADA Y TRIANGULAR
Abstract: The laboratory practice consisted, to generate, square and triangular a sinusoidal wave, from configurations already established, which use op amps.
INTRODUCCION
El concepto original del AO (amplificador operacional) procede del campo de los computadores analógicos, en los que comenzaron a usarse técnicas operacionales en una época tan temprana como en los años 40. El nombre de amplificador operacional deriva del concepto de un amplificador dc (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas características de operación estaban determinadas por los elementos de realimentación utilizados. Los circuitos osciladores, ya sea que a su salida, presenten una señal seno, cuadrada o triangular, emplean configuraciones con amplificadores operacionales sin ninguna señal de entrada, de tal forma que esa práctica se realizo con el propósito de tener una visión real del comportamiento de cada uno de ellos. OBJETIVOS GENERAL Implementar un generador funciones (senoidal,cuadrada triangular), a partir configuraciones ya establecidas amplificadores operacionales,
de y de con con
limitaciones en cuanto el rango de amplitud y frecuencia. ESPECIFICOS 1. Obtener una base teórica sobre los circuitos osciladores, 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.
MARCO TEORICO Un oscilador es un sistema capaz de crear perturbaciones o cambios periódicos o cuasiperiódicos en un medio, ya sea un medio material (sonido) o un campo electromagnético (ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, rayos X, rayos gamma, rayos cósmicos). En electrónica un oscilador es un circuito que es capaz de convertir la corriente continua en una corriente que varía de forma periódica en el tiempo (corriente periódica); estas oscilaciones pueden ser senoidales, cuadradas, triangulares, etc., dependiendo de la forma que tenga la onda producida. Un oscilador de onda cuadrada suele denominarse multivibrador y por lo tanto, se les llama osciladores sólo a los que funcionan en base al principio de
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oscilación natural que constituyen una bobina L (inductancia) y un condensador C (Capacitancia), mientras que a los demás se le asignan nombres especiales. Un oscilador electrónico es fundamentalmente un amplificador cuya señal de entrada se toma de su propia salida a través de un circuito de realimentación. Se puede considerar que está compuesto por:
Un circuito cuyo desfase depende de la frecuencia. Por ejemplo:
Oscilante eléctrico (LC) o electromecánico (cuarzo). Retardador de fase RC o puente de Wien.
Un elemento amplificador Un circuito de realimentación.
A partir de esta configuración , puedo generar señales cuadradas y triangulares, empleando amplificadores operacionales. Se conoce por onda cuadrada a la onda de corriente alterna (CA) que alterna su valor entre dos valores extremos sin pasar por los valores intermedios La onda triangular es un tipo de señal periódica que presenta unas velocidades de subida y bajada (Slew Rate) constantes. Lo más habitual es que sea simétrica, es decir que, los tiempos de subida y bajada son iguales.
En fin, Se entiende por oscilador a una etapa electrónica que, siendo alimentada con una tensión continúa, proporciona una salida periódica, que puede ser aproximadamente sinusoidal, o cuadrada, o diente de sierra, triangular, etc. Debido a esto, la esencia del oscilador es “crear” una señal periódica por sí mismo, sin que haya que aplicarle señal alguna a la entrada. PROCEDIMIENTO Inicialmente se realiza las simulaciones de los tres esquemas electrónicos que son objeto de práctica de este laboratorio. Para el circuito oscilador de onda senoidal (ver anexos, figura 1). El circuito oscilador, consta de un amplificador con lazo de retroalimentación, en configuración de comparador, el cual compara dos señales, la entrada inversora en la cual su retroalimentación a la salida los diodos permite un voltaje continuamente, el cual depende de la variación de los `potenciómetros y la entrada no inversora, en la cual se presenta una carga y descarga del condensador, lo que permite que la señal sea oscilante, el condensador en serie permite eliminar la parte alterna en la salida, para que se retroalimente una vez mas a la entrada, este proceso es continuo de tal manera que en la salida se presenta un señal oscilante en el tiempo. En la simulación se observa el comportamiento de la señal de
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salida, con respecto a la variación de los potenciómetros, mediante los cuales permite atenuación, distorsión, generación de la señal senoidal, como lo muestra las figura 2-6(ver anexos). En la practica, se realizo el montaje del circuito oscilador (ver anexos figura 7), en el cual a medida que se variaba la resistencia del potenciómetro se variaba la amplitud de la señal. Al disminuir la resistencia variable de 100K, entre mas aumentaba el valor(R=25.2K), se corta la señal por ambos lados (ver anexo figura 8), a partir de dicho valor. La onda no se satura para un R=20.7K (ver anexo figura 9), con un voltaje a la salida de 6.8Vp. Cuando se disminuye el potenciómetro de 50K (R<=30.4K), la señal de salida se satura en su parte inferior (ver anexo figura 10). Cuando los dos potenciómetros están en su ajuste mínimo, a la salida se obtiene una onda distorsionada. (ver anexo figura 11) El potenciómetro de 100k, es el que me determina la forma de la onda y el de 50K la saturación de la señal. Además cuando tenemos (R=100K) en su valor mínimo Y (R=50K) en su valor máximo, no se presenta señal a la salida. En el circuito generador de onda cuadrada (ver anexo figura 12). Este circuito consta de un comparador, en el cual las dos señales de entradas, entrada inversora por la cual ingresa la parte positiva y la entrada no inversora en la cual se adhiere la parte negativa,
de la señal senoidal, mediante este proceso permite que a la salida se obtenga una señal cuadrada oscilante. Para la simulación, se puede observar (ver anexo figura 13), efectivamente que a la entrada tenemos la señal proveniente del circuito oscilador y a la salida se pude ver una señal de onda cuadrada oscilante con una amplitud y periodo constante. Para la practica se realizo el mismo montaje (ver anexo figura 14). Mediante la comparación de las señales en las entradas del amplificador, se obtuvo en la salida una señal cuadrada con un nivel de voltaje de 7Vp o 14Vpp. (Ver anexo figura 15). En el circuito generador de onda triangular podemos observar que mediante la configuración del amplificador como circuito integrador, permite realizar la respectiva operación sobre la señal de entrada y obtener a la salida una señal triangular que mediante el ajuste de un potenciómetro permite variar la amplitud de la señal salida. En la simulación, se realizo el montaje del circuito (ver anexo figura 16), en el cual se pude observar que la forma en que se configura el amplificador, permite obtener a la salida una señal triangular (ver anexo figura 17), pues se esta realizando una operación, ya que el condensador en paralelo integra la señal de entrada y además el hecho de estar conectado a una resistencia en
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paralelo permite que el condensador se cargue y descargue lo que genera una oscilación, para un ajuste del potenciómetro de 2.8KΩ. En comparación con la práctica, se realizo el mismo esquema circuí tal sobre la protoboard (ver anexo figura 18), Al variar el potenciómetro d 20 KΩ a un valor de 2.56 KΩ, se genera ala salida una señal triangular (ver anexo figura 19).Se pudo ver que a valores <=15.63 KΩ, la señal triangular esta presente a la salida, mientras para valores >=15.63 KΩ se presenta un voltaje DC muy pequeño a la salida. En general, como se pudo ver la simulación (ver anexo figura20), en comparación con la practica (ver anexo figura21), la funcionalidad de estos circuitos es muy importante por que nos permite ser independientes de un generador, aunque muy limitado como se pudo ver en amplitud y frecuencia. 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 funcionando el circuito.
esta
La forma de conectar un condensador en un circuito oscilador es muy importante, por que si el condensador se conecta en serie, se esta eliminando la parte AC de la señal, mientras si conecta entre la entrada y la salida del amplificador, se esta configurando como un integrador. El ajuste de los potenciómetros permite, variar la amplitud de la señal, su forma de onda y su frecuencia para el caso del circuito generador senoidal y triangular.
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ANEXOS
Figura 1. Esquema circuital de un circuito oscilador senoidal
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Figura 2. Resistencia de 100k a un ajuste del 20% y del y la de 50k al 60%
Figura 3. Resistencia de 100k a un ajuste del 0% y del y la de 50k al 50%
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Figura 4 Resistencia de 100k a un ajuste del 20% y del y la de 50k al 50%
Figura 5. Resistencia de 100k a un ajuste del 61% y del y la de 50k al 60%
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Figura 6. Resistencia de 100k a un ajuste del 70% y del y la de 50k al 50%
Figura 7. Montaje en protoboard de un circuito oscilador senoidal
Figura 8. Señal a la salida cortada por ambos lados del circuito oscilante con R=25.2K
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Figura 9. Señal a la salida del circuito oscilante con R=20.7K
Figura 10. Señal a la salida del circuito oscilante cortada por debajo con R<=30.4K
Figura 11. Señal a la salida del circuito oscilante con los valores mínimos de los potenciómetros
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Figura 12. Esquema circuital de un circuito oscilador de onda cuadrada
Figura 13. Salida del oscilador de onda cuadrada
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Figura 14. Montaje del circuito oscilador de onda cuadrada
Figura 15. Señal a la salida del circuito onda cuadrada
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Figura 16. Esquema circuí tal de un circuito oscilador de onda triangular
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Figura 17. Salida del oscilador de onda triangular
Figura 18. Montaje del circuito oscilador de onda triangular
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Figura 19 Señal a la salida del circuito onda triangular
Figura 20. Esquema del circuito generador en simulación
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Figura 21. Esquema del circuito generador en simulación