Reporte Oscilador Puente DE WIEN Prueba PDF

Preview

Summary

Reporte de práctica sobre oscilador ...

Description

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

AMPLIFICADORES OPERACIONALES

Oscilador de puente de Wien

PRACTICA 6 PROFESOR: GÓMEZ SÁNCHEZ FÉLIX

INTEGRANTES:

No. Control.

CONTRERAS CHÁVEZ ALFONSO EDÉN.

11560035

RUEDA ZINZUN FRANCISCO JAVIER

11560125

Cd. Y Pto. Lázaro Cárdenas Michoacán a Noviembre del 2014.

Contenido INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................1 MARCO TEÓRICO................................................................................................................................1 1.

Principios básicos de osciladores senoidales..........................................................................1

2.

El oscilador puente de Wien...................................................................................................5

3.

Comparador con histéresis inversor:......................................................................................6

OBJETIVOS:.........................................................................................................................................8 MATERIAL...........................................................................................................................................8 PROCEDIMIENTO................................................................................................................................8 CONCLUSIÓN....................................................................................................................................16

PRACTICA 6 OSCILADOR PUENTE WIEN. INTRODUCCIÓN Los osciladores son circuitos inestables que sirven como generadores de ondas eléctricas. Hay dos grandes clases de osciladores:  

Osciladores senoidales, que producen ondas senoidales Osciladores de relajación, que producen ondas triangulares o rectangulares

Además, se puede diferenciar entre osciladores basados en amplificadores operacionales y redes RC, y los que utilizan circuitos LC. Finalmente se verán los osciladores de cristal.

MARCO TEÓRICO

1. Principios básicos de osciladores senoidales Un oscilador senoidal tiene tres partes funcionales:   

Desplazador de fase, que establece la frecuencia de oscilación Circuito de ganancia, que compensa las pérdidas de energía en el desplazador de fase Limitador, que controla la amplitud de la oscilación

A pesar del nombre de oscilador lineal, se emplea algún tipo de no linealidad para producir el control de la amplitud de la onda senoidal.

Amplificadores Operacionales

1

1.1.

Lazo de realimentación del oscilador

La estructura básica de un oscilador senoidal consiste en un amplificador y en una red de frecuencia selectiva conectada en un lazo de realimentación positiva.

X

S

A M P L IF IC A D O R A



X

X

O

f

RED D E F R E C U E N C IA S E L E C T IV A 

A f ( s)=

A ( s) 1− A( s)β ( s)

En realidad un oscilador no tiene señal de entrada, pero aquí se ha incluido para facilitar el siguiente desarrollo. La ganancia en lazo, L(s), de este circuito la definimos como:

LS ≡ A (s)⋅β (s) La ecuación característica será por tanto:

1.2.

1−L( s)=0

El criterio de oscilación

Se define como circuito oscilador a aquel que a una frecuencia f o tiene una ganancia en lazo A igual a la unidad, de forma que la ganancia con realimentación dada por:

A( s) A f ( s)  1  A(s ) (s )

Amplificadores Operacionales

2

tendrá un valor infinito, y la salida será finita para una entrada igual a 0.

Por lo tanto, la condición para que en el lazo de realimentación de la figura anterior se produzcan oscilaciones a frecuencia w o es:

L( jw o )≡ A ( jw o )⋅β ( jw o )=1 Esto da lugar al criterio de Barkhausen, que dice: A wo la fase de la ganancia en lazo debe ser 0 y la magnitud debe ser la unidad.

La frecuencia de oscilación w o viene determinada sólo por la característica de fase del lazo de realimentación: el lazo oscila a la frecuencia a la cual la fase se haga igual a cero.

Una forma alternativa de estudiar circuitos osciladores consiste en examinar sus polos, que son las raíces de la ecuación característica. Para que el circuito produzca oscilaciones a frecuencia w o, la ecuación característica debe tener raíces en s=jwo. Por lo tanto, 1-A(s)(s) debe tener un factor de la forma s2+wo2. 1.3.

Control no lineal de la amplitud.

La función del mecanismo de control de la ganancia es como sigue: 

Primero, se asegura que las oscilaciones comienzan, y se diseña el circuito de forma que A sea ligeramente mayor que la unidad, lo cual se corresponde con diseñar el circuito de forma que los polos estén en la mitad derecha del plano s. Por lo tanto, al conectarle la fuente de tensión, la magnitud de las oscilaciones comenzará a aumentar.



Cuando la magnitud ha alcanzado el valor deseado, la red no lineal comienza a funcionar y hace que la ganancia en lazo se reduzca a exactamente la unidad. Esto hace que el circuito mantenga oscilaciones a la frecuencia deseada.



Si por alguna razón la ganancia en lazo se reduce por debajo de la unidad, la amplitud de la onda senoidal disminuirá. Este hecho será detectado por la red no lineal, que hará que la ganancia en lazo aumente a exactamente la unidad.

2.4. Circuito limitador de amplitud Amplificadores Operacionales

3

V+

R2 D 1

R

f

R3

V

R1

in

V

out

R4

D 2

R5

V-

Este circuito limita la amplitud de las ondas senoidales a los valores representados por las siguientes expresiones y expresados en la siguiente gráfica:

L−¿−V L+= V

( ) ( )

R3 R3 −V D 1+ R2 R2

R4 R4 +V D 1+ R5 R5

m−¿− m+=−

( R f ||R 4 ) R1 (R f ||R3 ) R1

Amplificadores Operacionales

4

Vout

V in

Amplificadores Operacionales

3. Comparador con histéresis inversor: El circuito de este comparador y su funcionamiento se describen a continuación. Funcionamiento: Como sabemos, un comparador coteja las tensiones que ingresan en las entradas inversora (-) y no inversora (+) del amplificador operacional. La tensión que ingresa en la entrada inversora del OPAMP es la señal de entrada vi(t). La tensión que ingresa en la entrada no inversora del OPAMP es la tensión en el punto P, o sea en la resistencia R2. Esta tensión resulta de la realimentación de la tensión de salida Vo a la entrada del amplificador, la cual se atenúa mediante un divisor de tensión formado por R1 y R2. La tensión en el punto P está dada por:

En la expresión anterior, Vsat es la tensión de salida del OPAMP cuando este está saturado. ±Vsat ≈ ±Vcc∓1,5(V). Si consideramos que la tensión de salida del OPAMP es V0=+VSat, entonces la tensión de referencia en el punto P será VP=+β.VSat, por lo tanto la tensión de entrada vi(t) debe incrementarse un valor ligeramente mayor que “+β.VSat” para conmutar la tensión de salida V0 del OPAMP de “+VSat” a “-VSat”. Una vez que la salida está en el estado negativo, permanecerá en ese estado hasta que la tensión de entrada vi(t) sea más negativa que el valor de tensión VP=-β.VSat. En este caso, la tensión de salida del OPAMP conmuta de “-VSat” a “+VSat”. La curva característica para este comparador se muestra a continuación:

La diferencia entre los puntos de conmutación es lo que se denomina “Tensión de Histéresis VH”.

Amplificadores Operacionales

6

La realimentación positiva ocasiona la histéresis. Si no hubiese realimentación, β=0 (lo que ocurre cuando R2=0 ó R1→∞) la histéresis desaparecerá ya que los puntos de conmutación serían ambos similares e iguales a cero, quedando el circuito como un circuito comparador detector de cruce por cero inversor. Para evitar que la tensión de ruido ocasione falsos disparos debe cumplirse que:

En esta configuración, si se elige correctamente el valor de la tensión de histéresis, se evita conmutaciones múltiples a la salida del comparador de tensión. La desventaja de este circuito es que se produce el desplazamiento del punto de comparación, lo que puede solucionarse seleccionando adecuadamente el valor del punto de conmutación.

Amplificadores Operacionales

7

OBJETIVOS: Comprobación del funcionamiento del oscilador de onda senoidal. Montaje y análisis de un generador de señales elemental.

MATERIAL 2 diodos 1N914 o equivalente 1 resistor de 1 kΩ 4 resistores de 10 kΩ 1 resistor de 47 kΩ 1 resistor de 100 kΩ 1 resistor de 470 kΩ 1 resistor de 1 MΩ

1 potenciómetro de 1 kΩ 1 potenciómetro 4.7 kΩ 1 potenciómetro de 10 kΩ 1 capacitor de 2.2 nF (no electrolítico) 2 capacitores de 0.01 μF (no electrolítico) 3 OPAMPs LM741 o equivalente

PROCEDIMIENTO



El circuito de la figura (a) proporciona una señal de salida senoidal.



Si aplicamos esta señal a un circuito disparador Schmitt obtendremos un generador de las señales básicas (senoidal y cuadrada).



Aplicando la onda cuadrada, proporcionada por el disparador Schmitt, al integrador se obtendrá una onda triangular en la salida.



De ese modo, es posible construir un generador elemental de señales (senoidal, cuadrada y triangular)

Amplificadores Operacionales

8

1. Montar y conectar el circuito de la figura.

2. Ajustar R1 en su valor máximo (10 kΩ). 3. Ajustar R3 para conseguir la máxima señal de salida en S 1 (sin que presente distorsión). En caso de producir interferencias hacer uso de capacitores de 0.1 μF en las terminales de cada una de las fuentes de polarización de cd del opamp y tierra.

Amplificadores Operacionales

9

4. Medir la frecuencia de la señal de salida en S 1 comparándola con el valor teórico calculado. Comprobar cuál es la frecuencia de S2. 1 f= 2 πRc f=

1 2 π ( 10 Ω ) (.01−6 F) 3

=1.59 kHz .

5. Ajustar la salida de S3 variando su tensión (CC) por medio del potenciómetro de 1 kΩ colocado en la entrada no inversora del opamp (3), de manera que sea simétrica respecto al eje adoptado para las salidas S 1 y S2.

Amplificadores Operacionales

10

6. Medir los valores de pico de la tensión de las señales de salida en S 1 y S2. Comparar los resultados.

S1=7.6Vp S2=11.4Vp

7. Variar lentamente el potenciómetro R 1 y observar que sucede con la señal de salida en S1. Justificar las observaciones.

Amplificadores Operacionales

11

8. Provocar los efectos indicados y llenar la tabla que se muestra.

Componente R1 R2 R3 R3

Avería observada Abierto Cortocircuitad o Cortocircuitad o Abierto

Efecto observado en la salida S1 Figura 1. Figura 2. Figura 3. Figura 4.

Figura 1.

Figura 2.

adores Operacionales

12

Figura 3.

Figura 4. 9.- ¿De qué manera es posible variar la frecuencia de operación del circuito? Justificar la respuesta. Mediante la variación de los capacitores que se encuentran en serie y paralelo de R1 y R2

10.- ¿Para qué sirven los diodos D1 y D2?

Amplificadores Operacionales

13

El circuito construido es muy sensible al valor de los componentes y a la temperatura. Imaginemos que la ganancia en lazo cerrado es un poco superior a la unidad: cada vez va a ir aumentando más la señal de salida, Vo, y acabará saturando al amplificador. Así, la señal de salida dejará de ser una sinusoide para convertirse en una señal cuadrada. Para resolver este problema, debemos diseñar una etapa amplificadora con limitación de ganancia, de modo que ajustemos su valor hasta alcanzar la salida deseada.

En el diseño de la figura, El potenciómetro R 4 permite ajustar la ganancia para que la oscilación comience. Recuerde que, si la ganancia en lazo cerrado es inferior a la unidad, la oscilación no es capaz de mantenerse aunque haya comenzado en un momento por un pico de ruido. Cuando empiezan a crecer las oscilaciones, los diodos D 1 y D2 comienzan a conducir (uno en cada semiciclo de la oscilación). Se alcanzará el equilibrio cuando la ganancia del circuito realimentado sea exactamente igual a 1.

Amplificadores Operacionales

14

11.- ¿Qué sucedería en caso de que se pusieran en corto el diodo D 1 (o D2)? Comprobarlo en la práctica.

Cuando empiezan las oscilaciones, los diodos D1 y D2 comienzan a conducir (uno en cada semiciclo de la oscilación). Se alcanzará el equilibrio cuando la ganancia del circuito realimentado sea exactamente igual a 1. Entonces si uno de los diodos se encuentra en cortocircuito ya no hay conducción en uno de los semiciclos por lo tanto ya no cumple con la función de limitador y tiende a saturarse.

Señal de salida al cortocircuitar uno de los dos diodos

12.- Explicar el funcionamiento de la figura (a): En el puente de wien los resistores R1 y R2 y los capacitores C1 y C2 conforman los elementos de ajuste de frecuencia, mientras que los resistores R3 y R4 forman parte de la trayectoria de retroalimentación.

Los diodos D1 y D2 llevan a cabo el control automático de ganancia (CAG), si la tensión de salida aumenta la resistencia CA (rca) del diodo que este conduciendo disminuye por incrementarse la corriente instantánea (ID) que circula por él y el factor de retro negativa aumenta.

Amplificadores Operacionales

15

CONCLUSIÓN En esta práctica comprendí la función que desempeña cada elemento del oscilador puente Wien, ya que si requiero variar la frecuencia o ganancia de dicho circuito sé que elementos debo modificar. El puente de Wien no tiene entrada de señal que haga que comience la oscilación. Por lo tanto el inicio de la oscilación está en el ruido ambiente. En el límite, cuando la saturación es muy elevada, la señal que se obtiene es una señal cuadrada.

Amplificadores Operacionales

16...