Practica 2.- Comparadores de voltaje

Introducción

En esta práctica se analizará el comportamiento del amplificador operacional en saturación obteniendo un comparador de voltaje de nivel.

Marco Teórico

Comparador de voltaje: Los comparadores son circuitos no lineales que, como su nombre indica, sirven para comparar dos señales (una de las cuales generalmente es una tensión de referencia) y determinar cuál de ellas es mayor o menor.

La función del comparador es comparar dos tensiones obteniéndose como resultado una tensión alta (VOH) o baja (VOL).

La tensión de salida tiene dos estados (binaria) y se comporta como un convertidor analógico-digital de 1 bit.

Su utilización en las aplicaciones de generación de señal, detección, modulación de señal, etc., es muy importante y constituye un bloque analógico básico en muchos circuitos.

Osciloscopio: Un osciloscopio es un instrumento de visualización electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.

Amplificador operacional: Se trata de un dispositivo electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):Vout = G•(V+ − V−) el más conocido y comúnmente aplicado es el UA741 o LM741.

Objetivo

Desarrollar, observar y aprender, cómo realizar un comparador de voltaje con amplificadores operacionales. En este caso utilizando el op amp 741.

Analizar y comparar de manera práctica los fundamentos teóricos vistos en clase.

Desarrollo

En el primer inciso de la segunda práctica, conectamos el amplificador operacional a 12V en la alimentación positiva y -12V en la alimentación negativa. La entrada inversora la conectamos a 1.2V, mientras que la entrada no inversora va conectada a la terminal intermedia del potenciómetro de 1kΩ, el cual se encuentra conectado en una de sus terminales extremas a +6V y en la terminal del extremo opuesto a -6V (ver Imagen 1).

Imagen 1

La señal de salida sigue saturándose en 11.33V y en -10.62V al igual que en el Inciso 1 de la Práctica 1. Lo que ocasionó el voltaje de 1.2V que introdujimos en la entrada inversora, fue que se convirtió en el punto donde conmuta la señal, cambiando de polaridad positiva a negativa partiendo de 1.2V como podemos obsérvalo en la Foto 1, donde la señal amarilla (canal 1) representa la señal de salida, mientras que la señal verde (canal 2) representa la señal introducida en la entrada no inversora que se encuentra oscilando debido a la variación que producimos en el voltaje al mover el Pot.

Foto 1

En el segundo inciso alimentamos el amplificador operacional a 12V y -12V. Conectamos la entrada inversora a 1.2V y ahora introducimos una señal

sinusoidal en la entrada no inversora (ver Imagen 2).

Imagen 2

Nosotros asignamos una señal de 8Vpp en el generador de funciones, sin embargo en la foto que tomamos (ver Foto 2), el voltaje de la señal sinusoidal de entrada según el osciloscopio es de 8Vp, sin embargo no afecta en nuestro análisis. Lo importante en la foto, es que se ve reflejado como el punto de conmutación de la señal de salida de polaridad negativa a positiva, esto el flanco de subida, se realiza a los 1.2V, mientras que el punto de conmutación de polaridad positiva a negativa, esto es el flanco de bajada, es en el punto de corte (0V).

Sucedió que al igual que pudimos experimentar en la Práctica 1, la señal se amplifica y satura en 11.33V y en -10.62V (aprox 11V ver Grafica 1). Cuando el tiempo de conmutación de la señal de salida aumentaba, la frecuencia aumentaba, o si disminuía la frecuencia disminuía. Por lo tanto, al ingresar una señal con frecuencia lo suficientemente elevada, se hacía visible que el tiempo de la señal de salida en saturación, era menor que el

de conmutación de la misma (tiempo que tardaba en pasar de polaridad positiva a negativa), como podemos observar en la Foto 3.

Gráfica 1

Foto 2

Fotos 3

En el tercer inciso alimentamos el amplificador operacional a 12V y -12V. Pero ahora introducimos una señal

sinusoidal en la entrada inversora y conectamos la entrada no inversora a 1.2V (ver Imagen 3). Ocasionando que la señal de salida se invierta respecto a la de la entrada (Ver Foto 4).

Imagen 3

Foto 4

En el cuarto inciso alimentamos el amplificador operacional a 12V y -12V.Ingresamos una señal triangular en la entrada inversora e ingresamos una señal sinusoidal en la entrada no inversora (ver Imagen 4).

Imagen 4

La frecuencia entre ambas señales debe ser diferente, por lo que introducimos la señal triangular a 1kHz y la señal sinusoidal a 5kHz obteniendo como resultado lo que se aprecia en la Foto 5.

Foto 5

Conclusiones

El comportamiento de los primeros tres incisos, es parecido al de los primeros tres incisos la práctica 1 respectivamente, con la diferencia de que el punto de conmutación ya no se en corte (0V), sino en el Voltaje que asignamos en la entrada inversora (1.2V) y para el caso de las señales sinusoidales de entrada, el punto de conmutación cambia a 1.2V para flanco de subida cuando la señal se introduce en la entrada no inversora y el voltaje de 1.2V en la entrada inversora, y cambia a 1.2V en flanco de bajada cuando la señal sinusoidal se introduce en la entrada inversora y el voltaje de 1.2V en la entrada no inversora, invirtiendo la señal de salida respecto a la de entrada como ya lo habíamos comentado.

Cómo observación, en el inciso 4, no supimos cómo interpretar lo que nos indica el comportamiento de la señal de salida que obtuvimos, debido a que lo único que pudimos observar, era que el tiempo que permanecía la señal en saturación variaba de manera decreciente hasta que se empataba y volvía a empezar en el mayor tiempo de saturación que había presentado.