Trabajo Practico: Filtros de señal

Introduccion Teórica

Filtro pasa bajos:
Un filtro pasa bajo corresponde a un filtro caracterizado por permitir el paso de las frecuencias más bajas y atenuar las frecuencias más altas. El filtro requiere de dos terminales de entrada y dos de salida, de una caja negra, también denominada cuadripolo o bipuerto, así todas las frecuencias se pueden presentar a la entrada, pero a la salida solo estarán presentes las que permita pasar el filtro. De la teoría se obtiene que los filtros están caracterizados por sus funciones de transferencia, así cualquier configuración de elementos activos o pasivos que consigan cierta función de transferencia serán considerados un filtro de cierto tipo.

Filtro pasa alto:
Un filtro paso alto es un tipo de filtro electrónico en cuya respuesta en frecuencia se atenúan las componentes de baja frecuencia pero no las de alta frecuencia, éstas incluso pueden amplificarse en los filtros activos. La alta o baja frecuencia es un término relativo que dependerá del diseño y de la aplicación.

Desarrollo de la practica:

1) Arma el siguiente circuito cuidando de alimentar adecuadamente con +/- 12V sus terminales y filtrando los mismos:

2) Conectale a la entrada Vs una señal senoidal de 200 mVpp y 100 Hz.

3) Medí la tensión de salida, averigua la ganancia de tensión expresándola en veces y en dB. Medí el desfasaje que sufre la señal a la salida respecto a la señal de entrada. Expresa ese valor en grados sexagesimales.Vo=2V 

Ganancia en veces = 10
Ganancia en dB = 20
Desfasaje: 180º

4) Repetí el punto anterior para frecuencias distintas. Aumenta el número de mediciones donde se observe un cambio significativo en algunas de ellas.5) Elabora una tabla donde se reflejen estas mediciones y cálculos de manera ordenada y clara.

6) En base a esta tabla realizá dos gráficas:

a) Una gráfica donde se muestre la variación de la ganancia expresada en dB (eje y), en función de la frecuencia (eje x). Para ello usá un gráfico semilogarítmico. Eje y lineal, eje x expresado en décadas (también llamado decádico) comenzando con una frecuencia de 1 Hz.

b) Idem anterior pero en el eje y gráfica ahora el ángulo de desfasaje de la señal de salida respecto de la entrada.

El desfasaje calculado es de 139° en la fc.

7) En la primer gráfica marcar la región de paso de banda, la frecuencia de corte, y mediante mediciones logradas a partir de la tabla y/o obtenidas mismo de la gráfica calcular la pendiente de atenuación del filtro expresándolo en dB/dec. En la segunda gráfica marcá cuanto desfasa el filtro a la frecuencia de corte. Asimismo y en ese mismo gráfico marcá cuánto desfasa el filtro una década por encima y por debajo de la frecuencia de corte.

Conclusion:

La realizacion de este trabajo nos permitio conocer el funcionamiento de los circuitos mas usados en la electronica que son los filtros pasa altos y  bajos. Tambien nos ayudo a calcular la frecuencia de corte, ancho de banda, etc.

Trabajo Practico: Fuentes Reguladas Integradas

Introduccion Teórica

Hoy en día es más común encontrar en las fuentes de alimentación reguladores integrados, normalmente son componentes muy parecidos a los transistores de potencia, suelen tener tres terminales, uno de entrada, un común o masa, y uno de salida, tienen una capacidad de reducción del rizado muy alta y normalmente sólo hay que conectarles un par de condensadores. Existen circuitos reguladores con un gran abanico de tensiones y corrientes de funcionamiento. La serie más conocida de reguladores integrados es la 78xx y la serie 79xx para tensiones negativas. Los de mayor potencia necesitarán un disipador de calor, este es el principal problema de los reguladores serie lineales tanto discretos como integrados, al estar en serie con la carga las caídas de tensión en sus componentes provocan grandes disipaciones de potencia. Normalmante estos reguladores no son buenos para aplicaciones de audio por el ruido que pueden introducir en preamplificadores. 

Desarrollo de la Practica

1) Se procede a armar el siguiente circuito:

2) Varia la tensión de entrada entre 4 y 10 volts y registra para cada valor la tensión de salida una tabla . Dibuja Vo(Vi).

Grafico de Vo(Vi)

a) El circuito regula a partir de los 6,6 V de entrada.

b) La tensión de drop-out es el minimo valor que debe tener la tensión medida entre la entrada y la salida del circuito; en este caso el minimo valor es de 1,7V,  y no puede suoerar los 20V. En caso de que la diferencia de tensión entre entrada y salida sea menor de 1,7V, el circuito no comienza a operar.

c) La tensión de regulación no es la misma para todas las fuentes reguladas integradas.

3)
                               

4) Gráfico de tensión en función de la carga.





5) Grafico de potencias disipadas:





6) La tensión de entrada debería ser para cualquier regulador de tensión integrado igual a la tensión a regular más la tensión de drop out.

Fuentes Integradas:
78xx y 79xx: es la denominación de una familia de reguladores de tensión positiva, de tres terminales, Vi voltaje de entrada, Vo voltaje de salida y la pata central, masa o común, con especificaciones similares y que sólo difieren en la tensión de salida suministrada y en la corriente que es capaz de dar ante una demanda de ello depende las letras que intercala detrás de los dos primeros dígito.
Caracteristicas del 78xx y el 79xx: el 7805 entrega 5V de corriente continua. El encapsulado en el que usualmente se lo utiliza es el TO220, aunque también se lo encuentra en encapsulados pequeños de montaje superficial y en encapsulados grandes y metálicos (TO3).El ejemplar más conocido de esta serie de reguladores es el 7805, que provee 5V, lo que lo hace sumamente útil para alimentar dispositivos TTL.La tensión de alimentación debe ser un poco más de 2 voltios superior a la tensión que entrega el regulador y menor a 35 volts. Usualmente soporta corrientes de hasta 1 A aunque diversos modelos hay en el mercado. El dispositivo posee como protección un limitador de corrientepor cortocircuito, y además, otro limitador por temperatura que puede reducir el nivel de corriente. Estos integrados son fabricados por numerosas compañías, entre las que se encuentran National Semiconductor, Fairchild Semiconductor y STMicroelectronics.
El 79xx realiza el mismo trabajo que el 78xx, a diferencia que entrega tensiones negativas, por ejemplo -5v

Trabajo Practico: Sistemas Secuenciales

Objetivo
Conocer el funcionamiento de un sistema secuencial.


Introducción Teorica
En electrónica digital, Un contador es un circuito secuencial construido a partir de biestables y puertas lógicas capaz de realizar el cómputo de los impulsos que recibe en la entrada destinada a tal efecto, almacenar datos o actuar como divisor de frecuencia. Habitualmente, el cómputo se realiza en un código binario, que con frecuencia será el binario natural o el BCD natural (contador de décadas).


Clasificación de los contadores
Según la forma en que conmutan los biestables, podemos hablar de contadores síncronos (todos los biestables conmutan a la vez, con una señal de reloj común) o asíncronos (el reloj no es común y los biestables conmutan uno tras otro).
Según el sentido de la cuenta, se distinguen en ascendentes, descendentes y UP-DOWN (ascendentes o descendentes según la señal de control).
Según la cantidad de números que pueden contar, se puede hablar de contadores binarios de n bits (cuentan todos los números posibles de n bits, desde 0 hasta 2ⁿ − 1), contadores BCD (cuentan del 0 al 9) y contadores Módulo N (cuentan desde el 0 hasta el N-cuarto).
El número máximo de estados por los que pasa un contador se denomina módulo del contador. Este número viene determinado por la expresión 2^n donde n indica el número de bits del contador. Ejemplo, un contador de módulo 4 pasa por 4 estados, y contaría del 0 al 3. Si necesitamos un contador con un módulo distinto de 2^n, lo que haremos es añadir un circuito combinacional.


Desarrollo de la practica


Circuito del contador:

Simulacion del circuito:

Conclusion:
El conocimiento del funcionamiento de los sistemas secuenciales nos permitio diseñar un circuito contador con circuitos integrados, el cual por medio de un pulsador aumenta su valor +1 y por medio de otro pulsador decrementa su valor en -1.

Trabajo Practico: Comparadores Analógicos

Objetivo

Conocer el funcionamiento de un amplificador operacional de tensión como comparador.
Implementar un sistema de control On-Off
Evaluar el uso de la histéresis para compensar el comportamiento del sistema.

Introducción Teorica

Que un amplificador operacional sea de lazo abierto significa que si no existe realimentación la salida del amplificador operacional será la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100.000 (que se considerará infinito en cálculos con el componente ideal). Por lo tanto si la diferencia entre las dos tensiones es de 1V la salida debería ser 100.000V. Debido a la limitación que supone no poder entregar más tensión de la que hay en la alimentación, el amplificador operacional estará saturado si se da este caso. Esto será aprovechado para su uso en comparadores.
En un circuito electrónico, se llama comparador a un amplificador operacional en lazo abierto y suele usarse para comparar una tensión variable con otra tensión fija que se utiliza como referencia.
Como todo amplificador operacional, un comparador estará alimentado por dos fuentes de corriente contínua (+Vcc, -Vcc). El comparador hace que, si la tensión de entrada en el borne positivo es mayor que la tensión conectada al borne negativo, la salida será igual a +Vcc. En caso contrario, la salida tendrá una tensión -Vcc.

Amplificador Operacional en la configuracion Comparador:

Histeresis

Para explicar el concepto de histeresis hay que recurrir a un disparador, el Schmitt Trigger creado por Otto Herbert Schmitt.
El schmitt trigger usa la histéresis para prevenir el ruido que podría solaparse a la señal original y que causaría falsos cambios de estado si los niveles de referencia y entrada son parecidos.

Para su implementación se suele utilizar un amplificador operacional realimentado positivamente. Los niveles de referencia pueden ser controlados ajustando las resistencias R₁ y R₂:

Por ejemplo, si el trigger inicialmente está activado, la salida estará en estado alto a una tensión Vout = +Vs, y las dos resistencias formarán un divisor de tensión entre la salida y la entrada. La tensión entre las dos resistencias (entrada +) será V+, que es comparada con la tensión en la entrada −, que supondremos 0V (en este caso, al no haber realimentación negativa en el operacional, la tensión entre las dos entradas no tiene porque ser igual). Para producir una transición a la salida, V+ debe descender y llegar, al menos, a 0V. En este caso la tensión de entrada es

 Llegado este punto la tensión a la salida cambia a Vout=−Vs. Por un razonamiento equivalente podemos llegar a la condición para pasar de −Vs a +Vs:

 

Con esto se hace que el circuito cree una banda centrada en cero, con niveles de disparo ±(R₁/R₂)V_S. La señal de entrada debe salir de esa banda para conseguir cambiar la tensión de salida.

Si R₁ es cero o R₂ es infinito (un circuito abierto), la banda tendrá una anchura de cero y el circuito funcionará como un comparador normal.

Para indicar que una puerta lógica es del tipo schmitt trigger se pone en el interior de la misma el símbolo de la histéresis:

                                                               

LDR (Fotoresistencia)

Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado fotoresistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuya siglas, LDR, se originan de su nombre en inglés light-dependent resistor. Su cuerpo está formado por una célula o celda y dos patillas.
El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en él (puede descender hasta 50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras (varios megaohmios).
Un fotoresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante.
Las células de sulfuro del cadmio se basan en la capacidad del cadmio de variar su resistencia según la cantidad de luz que incide la célula. Cuanto más luz incide, más baja es la resistencia. Las células son también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV).
La variación del valor de la resistencia tiene cierto retardo, diferente si se pasa de oscuro a iluminado o de iluminado a oscuro. Esto limita a no usar los LDR en aplicaciones en las que la señal luminosa varía con rapidez. El tiempo de respuesta típico de un LDR está en el orden de una décima de segundo. Esta lentitud da ventaja en algunas aplicaciones, ya que se filtran variaciones rápidas de iluminación que podrían hacer inestable un sensor (ej. tubo fluorescente alimentado por corriente alterna). En otras aplicaciones (saber si es de día o es de noche) la lentitud de la detección no es importante.
Se fabrican en diversos tipos y pueden encontrarse en muchos artículos de consumo, como por ejemplo en cámaras, medidores de luz, relojes con radio, alarmas de seguridad o sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles.

Desarrollo de la practica

Se arma el siguiente circuito

4) Responde el siguiente cuestionario:

a) ¿El sistema es estable? ¿En caso de no serlo cómo explicarías esta inestabilidad?

No. La luz de la lámpara que vuelve a entrar en el LDR (Realimentación Positiva) crea una oscilación.

b) ¿La inestabilidad es periódica?

Sí, es periódica.

c) Teniendo en cuenta ésta experiencia, ¿usarías el circuito ensayado para hacer un control de luz crepuscular?

No, debido a que es inestable, se prendería y apagaría repetidamente, y no beneficiaria al objetivo para el cual se emplea el circuito.

Curva De Histeresis

Luego de acercar la lámpara al sensor hasta observar un cambio en el comportamiento del sistema se responde al siguiente cuestionario.

a) ¿El sistema es estable? ¿En caso de no serlo cómo explicarías esta inestabilidad?
Si, el sistema es estable

b) ¿La inestabilidad es periódica?
No presenta inestabilidad

c) Teniendo en cuenta esta experiencia, ¿usarías el circuito ensayado para hacer un control de luz crepuscular?

Si lo usaría porque no oscila ya que tiene dos tensiones de referencia.

Conclusiones
La practica nos permitio conocer un sensor sensible a los cambios de luz, el LDR, tal sensor es muy sensible a los cambios en los valores de lumen. Por tal razón, se introdujo la realimentación en el circuito para aumentar el valor del valor minimo al que la señal tendria que llegar para permanecer en un estado 1. Alterando asi la histeresis explicada detalladamente mas arriba con el ejemplo de un disparador Schmitt.

Trabajo Practico: Restador

Objectivo
Implementar mediante un restador un adaptador de escala en corriente continua.

Introducción Teorica

La función de esta configuración es la de atenuar o amplificar la señal de salida segun V1 y V2.

De I1 = I3 deducimos:

De I2 = I4 deducimos:

Si igualamos las dos expresiones de VE:

la expresión final de Vo se puede simplificar si se considera que la resistencia combinada en paralelo de R3 y R1 es igual a la resistencia combinada en paralelo de R2 y R4.

Desarrollo de la practica

Circuito que armamos

                         

Calculos

Se utiliza una R1 de 120Ω



Grafico de Vo(Vc)  (Vo en funcion de Vc)

Conclusiones

Se comprendio el funcionamiento de un amplificador operacional con la configuracion de restador, aprendiendo a armarlo, medir su tensión de salida y comprender basicamente como esta formado internamente (un amplificador operacional en la configuracion inversor y otro en la configuracion no inversor).