CIRCUITOS ELECTRONICOS INTEGRADOS
PROYECTO N° 01
CONTROLADOR DE TEMPERATURA
ON-OFF
FASE 3: Comparación de dos voltajes y salida de
potencia
I. DESARROLLO:
1. Descripción del OPAMP como Amplificador INVERSOR.
Se llama así este
montaje porque la señal de salida es inversa de la de entrada, en polaridad,
aunque pude ser mayor, igual o menor, dependiendo esto de la ganancia que le
demos al amplificador en lazo cerrado. La señal, como vemos en la figura, se
aplica al terminal inversor o negativo del amplificador y el positivo o no
inversor se lleva a masa. La resistencia R2, que va desde la salida al terminal
de entrada negativo, se llama de realimentación.
2.
Descripción del OPAMP como Amplificador NO
INVERSOR.
Este circuito es muy parecido al inversor, la
diferencia es que la señal se introduce por el terminal no inversor, lo cual va
a significar que la señal de salida estará en fase con la señal de entrada y
amplificada.El análisis matemático será igual que en el montaje inversor.
en este caso la
ganancia será:
3.
Descripción del OPAMP como COMPARADOR.
Un Amplificador
Operacional puede ser utilizado para determinar cual de dos señales en
sus entradas es mayor. (se utiliza como comparador). Basta con que una de estas
señales sea ligeramente mayor para que cause que la salida del amplificador
operacional sea máxima, ya sea positiva (+Vsat) o negativa (-Vsat).
Esto se debe a que el
operacional se utiliza en lazo abierto (tiene ganancia máxima). La ganancia de
un amplificador operacional es de
200,000 o más y la fórmula de la señal de salida es: Vout = AOL (V1 – V2),
donde:
·
Vout = tensión de salida
·
AOL = ganancia de amplificador
operacional en lazo abierto (200,000 o más)
·
V1 y V2 = tensiones de entrada (las que se comparan)
Vout no puede exceder la tensión de saturación del amplificador
operacional, sea esta saturación negativa o positiva. normalmente este valor es
aproximadamente unos 2 voltios menor que el valor de la fuente (V+ ó V- )
Del gráfico se ve que el valor de la entrada en V2 es mayor que la de V1
(que se utiliza como referencia y tiene un valor fijo), hasta que en un
momento t1, V2 cambia y ahora es menor que V1. Como V2 está conectado a
la entrada no inversora del operacional, la salida (Vout) está en
saturación positiva, hasta que llega a t1, en donde la salida ahora está
en saturación negativa.
4.
Funcionamiento del circuito en el laboratorio
Se analizó el circuito
mostrado, el cual es un Amplificador Inversor con un sensor de temperatura, el
LM35. Para lo cual se procedió a simular el mismo con ayuda del software
PROTEUS, para analizarlo y luego implementarlo.
Este circuito se implementó y se comprobó que
funcionase de la misma forma, dejamos armado dicho circuito y pasamos a simular
nuestro siguiente circuito.
En nuestro siguiente
circuito mostrado, el cual es un Amplificador No Inversor, se procedió a
realizar lo mismo del paso anterior, simulándolo y luego implementándolo.
Finalmente, procedemos a
armar un circuito Comparador, en el cual el OPAMP nos indicara si el voltaje de
salida del sensor de temperatura es mayor que el voltaje de salida del
potenciómetro o viceversa. Para ambos casos nos dará como resultado el voltaje
máximo de saturación del OPAMP, en este caso 13.5 V o -13.5 V.
Para fines visuales se
puso un LED a la salida de este OPAMP comparador el cual nos indicara si el
voltaje a la salida del LM35 es menor que el voltaje de salida del circuito con
potenciómetro, este LED no se encenderá.
Si en cambio el voltaje a
la salida del LM35 es mayor que el voltaje de salida del circuito con
potenciómetro, este LED se encenderá.
En esta imagen medimos el voltaje del sensor de temperatura que equivale a una temperatura ambiente de 27°C.
Realizando un cambio en nuestro circuito anterior, pasamos a utilizar nuestro sensor de temperatura LM35, para que se caliente por medio de la resistencia de 150 ohmios, actuando esta ultima como un horno o un calentador. El esquema seria el siguiente:
Implementando de manera física dicho circuito, tenemos algunas medidas en las cuales se enciende el LED o se apaga.
El video explicando el funcinamiento de dicho circuito:
Utilizando la resistencia como un horno
5.
Observaciones y Conclusiones
Observaciones
-
En
el circuito amplificador no inversor para obtener un cociente igual a 9
utilizamos una resistencia de 120k y otras dos en serie de 10 y 3.3k, ya que
90k no es un valor comercial.
-
Al
armar nuestro primer circuito y hacer mediciones estas no coincidían debido a
que nos equivocamos en poner las resistencias correctas para la amplificación.
Fue necesario verificar todas las conexiones y componentes para encontrar el
error.
-
En
el segundo circuito conectamos un potenciómetro de 1k en serie con una
resistencia de 4k, 4 de 1k en serie, conectados a 5 voltios para poder variar
el voltaje de entrada al amplificador de 0 a 1 voltio.
-
El
circuito comparador nos permitió encender un led cuando el voltaje del circuito
del sensor era mayor que del potenciómetro, para esto es necesario que se
conecte en la entrada no inversora esta señal.
-
Otro
error que tuvimos fue usar un transistor en corto circuito, esto lo dedujimos
ya que el led se quedaba siempre encendido al variar el valor del
potenciómetro.
Conclusiones
-
Comprobamos
que la ecuación de amplificación para un circuito amplificador inversor o no
inversor se cumple, independientemente de las resistencias que usemos. Algunas
veces tendremos que conectar resistencias en serie o paralelo para obtener
valores que no son comerciales.
-
Concluimos
que con un divisor de tensión y una resistencia variable podemos limitar el
voltaje de entrada a un circuito.
-
Para
comparar dos voltajes y saber cuál es mayor utilizamos el circuito comparador,
este nos permitió realizar una acción cuando esto ocurría. Como excitar un
transistor para encender un led indicador.
-
Conocer
la teoría y utilizar buenos componentes, nos ayudará bastante a que no
obtengamos o cometamos errores en el armado de nuestros circuitos, y también a
realizar con más rapidez nuestro experimento
7.
TEMA DE INVESTIGACION
.¿Es
posible minimizar el Controlador de temperatura mostrado? ¿Inclusive utilizando
un solo OPAMP? ¿Es posible utilizar una fuente de alimentación simple? ¿Cómo
puede agregarse un LM3914 para “visualizar” la temperatura del sensor”? ¿Qué
sucede si agrego un Amplificador seguidor de tensión entre el Potenciómetro y
el Amplificador No inversor?
1. Es posible minimizar el
Controlador de temperatura mostrado?
ASI QUE SE PODRIA UTILIZAR SOLAMENTE UN DIFERENCIAL ( OPAMP COMPARADOR ) EL CUAL ON/OFF impide que se produzcan cambios rápidos de conmutación en la salida, si los ajustes se producen rápidamente. El control ON/OFF se utiliza generalmente cuando no es necesario un control preciso, en los sistemas que no pueden soportar cambios frecuentes de encendido/apagado, donde la masa del sistema es tan grande que las temperaturas cambian muy lentamente, o para una alarma de temperatura.
2.
¿Inclusive utilizando un solo OPAMP?
Se podría utilizar un solo OPAMP
si solo se considera los valores de controlador de ON – OFF como un valor
proporcional, es decir disminuyendo los
valores de reconocimiento de
potencial sin sobrepasar los
puntos de ajuste de temperatura.
Se considera que La acción
proporcional se produce dentro de una "banda proporcional" en torno a
la temperatura objetivo. Fuera de esta banda, el controlador de temperatura se
comporta como una unidad ON/OFF normal, con la salida, ya sea totalmente ON
(por debajo de la banda) o totalmente OFF (por encima de la banda).
3. ¿Es
posible utilizar una fuente de alimentación simple?
Si puede ser
posible ya que el sistema de controlador
on off de temperatura es un método simple de control de temperaturas, si se
utiliza un comparador este actuara de acuerdo
a los valores de voltaje de la alimentación simple tomando como valores
que actúan dentro del rango del punto de
ajuste.
¿Cómo puede agregarse un LM3914 para
“visualizar” la temperatura del sensor”?
si se
puede agregar ya que lo spines de conexión se asociarían de la siguiente forma
Pin 2 :
tierra o masa
Pin3:
Alimentación de 5 voltios
Pin 5:
Resistencia 2 de 10 K Entrada del Ckto
Pin 6:
se hace puente con el 7 y se conecta a la resitencia1 de 10 K en le CKTO
Pin 8 y
Pin 4: A tierra
Pin
10,11 12 13 14 15 16 17 18 19 : Salida de valores en VO LED
¿Qué
sucede si agrego un Amplificador seguidor de tensión entre el Potenciómetro y
el Amplificador No inversor?
El
amplificador seguido de tensión no varía el valor del Vin es decir el Valor de
Salida del Vo es igual al valor del Vin
y si este se agrega al
amplificador no inversor se obtendría el mismo valor del voltaje de entrada .
Pero debemos tener en cuenta que el
valor del voltaje de entrada variaría de
acuerdo a la resistencia que se le brinde mediante el potenciómetro.
Alumno(s)
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Benito Mendoza, Gabriela
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Berenguel Vera P, José
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Valdivia Apaza, Percy
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Grupo
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B
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Ciclo
3C5
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Electrónica y Automatización – C. E.
Integrados
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