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Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Eléctrica
IE-0408 Laboratorio Eléctrico II
Reporte
Experimento #2: Osciladores, Multivibradores Y
Filtros
Profesor:
Ing. Jaime Cascante Vindas.
Por:
Cabezas Castillo Carlos Julio A61029
Corrales Contreras Jorge Andrés A61757
Campos Brenes Jensen A91263
Grupo # 1, Subgrupo #3
Ciudad Universitaria Rodrigo Facio
14 de mayo del 2013
ii
ÍNDICE GENERAL
1. RESUMEN: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1
2. OBJETIVOS: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 2
2.1. OBJETIVO GENERAL ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 2
3. NOTA TEÓRICA: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3
3.1. OSCILADORES ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 3.2. MULTIVIBRADOR: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 4 3.3. FILTROS ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 3.4. CUESTIONARIO --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 8
4. LISTA DE EQUIPO: --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9
5. LISTA DE COMPONENTES: ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 10
6. DISEÑO: ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10
7. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ------------------------------------------------------------------------------ 26
I PARTE: OSCILADOR -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 26 II PARTE: MULTIVIBRADORES ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 29 III PARTE: FILTROS ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 36
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: --------------------------------------------------------------------------------- 46
9. BIBLIOGRAFÍA: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 47
10. ANEXOS ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 48
BITÁCORA: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 48
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Posición de los polos en un oscilador ..................................................................... 3 Figura 2: (a) Polos acercándose al eje imaginario al reducir la ganancia. (b) Polos sobre el
eje imaginario ......................................................................................................................... 4 Figura 3: Configuración externa como monoestable .............................................................. 5
Figura 4: Configuración externa como astable ....................................................................... 6 Figura 5: Filtros ideales .......................................................................................................... 7
Figura 6: Circuito oscilador (con LF353) [guía de laboratorio]. .......................................... 11 Figura 7: Circuito oscilador implementado con TINA) [TINA]. ......................................... 13 Figura 8: Gráfica de la tensión de salida con respecto al tiempo ......................................... 14 Figura 9: configuración para circuito oscilador con LF353 [Autores]. ................................ 16 Figura 10: salida del circuito multivibrador. ........................................................................ 17
Figura 11: Circuito implementado en TINA [TINA]. .......................................................... 17 Figura 12: Salida del circuito simulado en TINA [TINA]. .................................................. 18 Figura 13: Salida del circuito simulado en TINA, frecuencia 500Hz .................................. 19
Figura 14: salida del circuito simulado en TINA, frecuencia 500Hz . ................................. 19 Figura 15:Bosquejo del circuito diseñado para funcionar como generador de señales
cuadradas de frecuencia variable. ......................................................................................... 20
iii
Figura 16: Bosquejo del circuito diseñado para funcionar como generador de señales
cuadradas de frecuencia variable. ......................................................................................... 21 Figura 17: Circuito filtro pasa bajos ..................................................................................... 22
Figura 18:Circuito filtro pasa bandas ................................................................................... 23 Figura 19: Circuito pasa altos ............................................................................................... 24 Figura 20: Simulación del Circuito Oscilador con valores reales ........................................ 26 Figura 21: Salida del circuito oscilador con valores reales .................................................. 27 Figura 22: Captura de la salida del circuito oscilador [autores] ........................................... 28
Figura 23: Multivibrador con valores reales de componentes [TINA] ............................... 29 Figura 24: Salida del multivibrador con valores reales de componentes [TINA] ............... 30 Figura 25: Salida de primera etapa multivibrador LM555 [autores] .................................... 31
Figura 26: Salida de segunda etapa multivibrador LM555, 500Hz. [TINA] ....................... 32 Figura 27: Salida del multivibrador LM555. [autores] ........................................................ 32 Figura 28: Salida de la segunda etapa del multivibrador LM555. [autores] ........................ 33 Figura 29: Salida de la segunda etapa del multivibrador LM555. [autores] ........................ 34
Figura 30: Salida de la segunda etapa del multivibrador LM555. [autores] ........................ 34
Figura 31: Salida del CD4047, 100Hz. [autores] ................................................................. 35 Figura 32: Salida del CD4047, 10 kHz. [autores] ................................................................ 36 Figura 33: Captura de Fourier para la señal de entrada [autores] ......................................... 36
Figura 34: Frecuencia de corte del filtro, entrada/salida.[autores] ....................................... 37 Figura 35: Señal cuadrada y Fourier [autores] ..................................................................... 38
Figura 36: Frecuencia de corte pasa altos. ............................................................................ 39 Figura 37: Respuesta ante señal cuadrada y Fourier[autores] .............................................. 40
Figura 38: Respuesta ante señal cuadrada y Fourier[autores] .............................................. 42 Figura 39: Entrada/Salida del sumador [autores] ................................................................. 42
Figura 40:Implementación completa del ecualizador[autores] ............................................ 43 Figura 41: Barrido de frecuencias ecualizador[autores] ....................................................... 44 Figura 42: Salida del ecualizador a 1418.6Hz. .[autores] ..................................................... 45
Figura 43: Salida del ecualizador con entrada, la salida del multivibrador.[autores] .......... 45 Figura 44.Salida del ecualizador con entrda el CD4047[autores] ........................................ 46
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: LD4047 vs LM555 ................................................................................................... 8 Tabla 2: Lista de equipo a utilizar durante la práctica en la laboratorio. ............................... 9
1
1. Resumen:
Este experimento se basa en la implementación de varias etapas entre ellas, un
circuito oscilador, un multivibrador y algunos filtros. Para el diseño de estas etapas,
primero se procedió a la simulación de cada una de ellas por medio de datos teóricos
obtenidos en los cálculos del diseño, y una vez verificado el correcto funcionamiento se
continúa con su implementación.
Para la primera parte del experimento se implementó un circuito oscilador con un
LF353 para aprovechar los 2 amplificadores encapsulados. Se observó que la variación de
la resistencia de realimentación del segundo amplificador (Rx), influye en gran medida en
la forma y funcionamiento del oscilador. Se debió entonces ajustar Rx a un valor justo así
como el valor del capacitor paralelo para que el circuito oscilara, midiendo la frecuencia de
la señal de salida para compararla más tarde con la frecuencia teórica obtenida en el diseño.
Un circuito multivibrador, fue el implementado para la segunda parte de la práctica,
utilizando dos LM555 en configuración astable siguiendo las conexiones establecidas en la
hoja del fabricante. Una primera etapa de este se encargaba de controlar la frecuencia de
salida de la segunda etapa, ya fuera una señal de 500 Hz o de 1 kHz.
Se implementó además un generador de ondas cuadradas en un rango de 100 Hz a
10 kHz utilizando un CD4047; conectándolo bajo la configuración astable propuesta en la
hoja del fabricante.
Se implementaron, por último, algunas configuraciones de Filtros (pasa bajos, pasa
bandas y pasa altos). Los cuales además se conectan para formar un ecualizador de
frecuencias. Se realizan barridos de frecuencias para cada una de las etapas, y se obtienen
además frecuencias de corte y comportamiento en el dominio del tiempo.
Se aplicó al final la teoría de Fourier, mediante una señal cuadrada a la entrada de cada
etapa, para luego analizar su respuesta en frecuencia utilizando la función FFT.
2
2. Objetivos:
2.1. Objetivo general
Estudiar las principales características de los osciladores, multivibradores y filtros
para poder diseñar y para verificar experimentalmente lo aprendido.
2.2. Objetivos específicos
Estudiar el funcionamiento básico de un circuito oscilador y multivibrador.
Diseñar dispositivos de generación de frecuencias para aplicaciones prácticas.
Diseñar un filtro analógico utilizando las técnicas aprendidas en el curso de
Electrónica II.
Verificar, experimentalmente, la respuesta en frecuencia del sistema diseñado.
3
3. Nota Teórica:
3.1. Osciladores
Un oscilador es un circuito con una configuración capaz de producir una señal
periódica con una frecuencia, forma de onda y amplitud determinadas sin necesidad de
tener en sus terminales de entrada una señal de tipo periódica.
Para construir un oscilador sinusoidal necesitamos emplear un amplificador con
realimentación positiva. La idea es utilizar la señal de realimentación en lugar de la señal
habitual de entrada del amplificador. Si la señal de realimentación es lo suficientemente
grande y tiene la fase correcta, habrá una señal de salida, incluso cuando no exista una señal
de entrada externa.
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 sinusoidales, cuadradas, triangulares, etc. Dependiendo de la
forma que tenga la onda producida. Un oscilador de onda cuadrada suele denominarse
multivibrador.
Los sistemas en el dominio de la frecuencia se pueden considerar como estables,
inestables u oscilatorios según sea la ubicación de los polos de la ecuación característica.
Para que el sistema sea puramente oscilatorio, estas raíces deben ubicarse sobre el eje
imaginario como se observa en la Figura 1
Figura 1: Posición de los polos en un oscilador
4
El criterio de Barkhausen se produce en principio por derivas térmicas,
envejecimiento o dispersión de parámetros y los polos se muevan hacia el semiplano real
positivo o negativo. En esta última situación, las oscilaciones desaparecen. Si los polos se
mueven hacia el positivo, tienden a aumentar de amplitud. La magnitud aumentaría hasta
que se produce la saturación.
La saturación en este caso podría explicarse como una variación de ganancia, al
variar la ganancia varía la posición de los polos, es decir las raíces toman un lugar como el
de la Figura 2.2 a. Si la amplitud se excede, la ganancia del sistema empieza a bajar, por lo
tanto los polos se desplazan hacia el eje imaginario (Figura 2.2 b).
Figura 2: (a) Polos acercándose al eje imaginario al reducir la ganancia. (b) Polos sobre el eje imaginario
3.2. Multivibrador:
Para muchas aplicaciones se necesitan dispositivos temporizadores y generadores de
un tren de pulsos, estos dispositivos se conocen como multivibradores, los multivibradores
se pueden dividir en dos clases:
De funcionamiento continuo, estable o de oscilación libre: genera ondas a partir de
la propia fuente de alimentación.
De funcionamiento impulsado: a partir de una señal de disparo o impulso sale de su
estado de reposo.
Si posee dos de dichos estados, se denomina bi-estable, si poseen uno, se le llama
monoestable.
Un multivibrador astable presenta dos estados semiestables. No requiere de una
excitación externa para el cambio de estado.
5
En su forma más simple son dos simples transistores realimentados entre sí. Usando
redes de resistencias y condensadores en esa realimentación se pueden definir los periodos
de inestabilidad.
Un circuito integrado multivibrador muy popular es el 555, que usa un sofisticado
diseño para lograr una gran precisión y flexibilidad con muy pocos componentes externos.
En modo monoestable, el 555 sólo necesita de una resistencia y un capacitor
externos. Cuando la señal de disparo (“trigger”) está en alto, la salida se mantiene en bajo.
Cuando el flanco de la señal de disparo sea descendente, la salida se pone en alto, en un
tiempo:
(2.1)
Su configuración externa como monoestable sería la siguiente:
Figura 3: Configuración externa como monoestable
En modo astable, se necesitan dos resistencias y un capacitor externos. Para obtener
una señal cuadrada (lo que es lo mismo decir con un ciclo de trabajo del 50%), se emplean
resistencias del mismo valor y un diodo, el cual tiene como función, lograr que la carga sea
por una de las resistencias y la descarga por la otra. Así, el tiempo en alto es igual al tiempo
en bajo:
(2.2)
6
Su configuración externa como astable sería la siguiente:
Figura 4: Configuración externa como astable
Otro de los temporizadores es el CD4047, que puede operar en ambos modos
también, pero solamente necesita de una resistencia y un capacitor externos, este puede ser
disparado tanto con un flanco negativo como con uno positivo y tiene una salida normal,
una negada y otra de por la que se duplica la frecuencia de la señal de salida normal.
Para funcionamiento como multivibrador astable se tiene que:
(2.3)
Y para su funcionamiento como monoestable se tiene la siguiente ecuación:
(2.4)
7
3.3. Filtros
Un filtro es un circuito diseñado con el fin de dejar pasar una banda de frecuencias
establecidas, mientras que rechaza todas las demás señales fuera de esa banda. Los filtros
activos son los que utilizan amplificadores operacionales o transistores en su
funcionamiento.
Tipos de filtros:
Filtros paso bajo.
Filtros paso alto
Filtros pasa banda.
Filtro supresor de banda o rechazo de banda.
Figura 5: Filtros ideales
En comparación con los filtros ideales, los filtros reales obedecen a los siguientes defectos:
La transición entre la banda que se requiere dejar pasar y la que se quiere atenuar no
es abrupta, sino que tiene una determinada pendiente que depende del orden del
filtro.
La respuesta en fase no es lineal, lo que aumenta significativamente la distorsión de
la señal.
8
3.4. Cuestionario
¿Por qué un sistema electrónico puede llegar a oscilar?
La oscilación de un sistema electrónico depende directamente de la estabilidad de dicho sistema,
existen varios criterios para determinar la estabilidad de un sistema tales como el criterio de Routh
Hurwitz, el criterio de Nyqist, el criterio de Valkenburg los diagramas de Evans entre otros.
Entonces un sistema será oscilatorio cuando presente parte imaginaria en la solución de la ecuación
característica y dicho sistema será puramente oscilatorio cuando tenga dos raíces sobre el eje
imaginario, con parte real igual a cero. Cabe a mencionar que esta condición sería el límite de la
estabilidad, y por esta razón un sistema electrónico puede llegar a oscilar.
¿Un oscilador presenta entradas? ¿Por qué si/no?
Un oscilador no debe presentar entradas fuera de la configuración del oscilador para lograr oscilar
dado que el circuito provee su propia señal de entrada de esta manera una parte de la señal de
salida se retroalimenta para mantener constante la señal de entrada.
¿Qué diferencias existen entre el CD4047 y el LM555? ¿Qué fortaleza presenta uno con
respecto al otro? Agrúpelas en una tabla.
Característica CD4047 LM555
Re disparo Sí No
Rango de tensión Mayor Menor
Empaquetamiento Doble Sencillo
Funcionamiento
Monoestable Sí Sí
Funcionamiento
Astable Sí Sí
Astable y
Monoestable Sí No
Ciclo Ajustable
de Trabajo Sí Sí
Precio Mayor Menor
Variedad de
Fabricantes Menor Mayor
Tabla 1: LD4047 vs LM555
9
Investigue un poco sobre el diseño de filtros ¿Es lo mismo que un filtro procese una señal
cuadrada que una sinusoidal pura? (Recuerde Fourier)
Según Fourier:
( )
∑ [
]
(1)
Esta ecuación muestra que las ondas periódicas se pueden descomponer en una onda
fundamental y otras armónicas, que es donde se diferencia entre una señal cuadrada y una
sinusoidal dado que la cuadrada está compuesta exclusivamente de armónicos infinitas y la
sinusoidal no por lo tanto no es lo mismo procesar ambas señales.
En general se define un filtro como aquel dispositivo capaz de modificar una señal que pasa
a través del mismo, dejando pasar ciertas frecuencias y rechazando otras. Los filtros activos son
circuitos que utilizan un amplificador operacional como el dispositivo activo en combinación con
algunas resistencias y condensadores. Los tipos de filtros que se tienen son filtros pasa bajo, pasa
alto, pasa banda, y rechaza banda.
Se tiene que los filtros ideales son selectores de frecuencia que permiten el paso sin
distorsión de las componentes espectrales comprendidas en la o las bandas de paso, anulando
completamente las componentes ubicadas fuera de ellas, al someter una señal a un filtro se perderá
la información de las frecuencias atenuadas modificando su comportamiento, si esta presenta su
frecuencia fundamental en el rango de frecuencias de atenuación del filtro la señal sinusoidal se
perderá por completo.
4. Lista de Equipo:
Equipo Semana 1 Semana 2
Osciloscopio 179207 193639
Medidor multifunción 179220 179221
Fuente de voltaje 127389 236075-236074
Fuente de voltaje 236074 127389
Generador de señales 126590 127352
Tabla 2: Lista de equipo a utilizar durante la práctica en la laboratorio.
10
.
5. Lista de Componentes:
COMPONENTE VALOR
TEÓRICO
VALOR
EXPERIMENTAL
R1 33 kΩ 32,5 kΩ
R2 33 kΩ 33 kΩ
R3 69 kΩ 69,4 kΩ
R4 47 kΩ 47,4 kΩ
R5 47 kΩ 46,6 kΩ
R6 6,8 kΩ 6,83 kΩ
R7 6,8 kΩ 6,75 kΩ
R8 6,8 kΩ 6,75 kΩ
R9 15 kΩ 15,20 kΩ
C1 4,7 nF 5,9 nF
C2 10 nF 10,96 nF
C4 47 nF 46,8 nF
C5 10 nF 10,52 nF
C6 22 nF 24 nF
C7 1 nF 1,364 nF
CD4047 - -
LM 555 X2 -
Amp OP X10 -
Tabla 4.1. Lista de componentes a utilizar durante la realización de la práctica en Laboratorio.
6. Diseño:
I Parte: Osciladores.
Para el siguiente circuito:
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Figura 6: Circuito oscilador (con LF353) [guía de laboratorio].
1. Determine las condiciones que debe cumplir C1 para que el circuito oscile, para Rx
= 3R. Utilice el método de Van Valkenburg.
En este caso, para calcular la condición de oscilación del circuito, se deben obtener los
polos asociados a la ecuación característica de la función de transferencia referente al
circuito de la Figura 6; asimismo se necesita obtener una configuración de sus componentes
pasivos de manera tal que la parte real de las raíces sea igual a cero, tal y como se
mencionó en la nota teórica. Haciendo el desarrollo del circuito para encontrar la condición
de oscilación, se llega a la siguiente expresión:
(5.1)
El desarrollo de este procedimiento se encuentra completo en la sección de anexos.
De esta relación se nota que el capacitor C1 debe ser 1.5 veces el valor de C2; lo cual nos
arroja a seleccionar los siguientes valores:
C1 : 15nF y C2 : 10nF.
2. Calcule la frecuencia de oscilación natural del circuito.
El cálculo de la frecuencia natural del circuito igualmente se encuentra desarrollado
completamente en el apartado de los anexos, la expresión para dicha frecuencia es la
siguiente:
√
(5.2)
12
Sabiendo que se usara C2 : 10nF, se seleccionara R: 10kΩ.
Entonces la frecuencia natural de oscilación será:
√
(5.3)
(5.4)
Para conocer este valor en Hz, se divide la frecuencia anterior entre 2* :
( ) (5.5)
( ) (5.6)
(5.7)
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3. Simule el circuito de la Figura N°8; utilice OrCAD o programa similar. Compare la
frecuencia simulada con la teórica calculada.
Utilizando el simulador TINA, la configuración es la siguiente:
Figura 7: Circuito oscilador implementado con TINA) [TINA].
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Haciendo la simulación y graficando la señal VF1 en el tiempo se obtiene la siguiente
respuesta:
Figura 8: Gráfica de la tensión de salida con respecto al tiempo
Para verificar la frecuencia de la simulación con la obtenida teóricamente es necesario
obtener el tiempo de un ciclo de la onda, este se obtiene gracias a los medidores A y B. Los
tiempos de dichas medidas son las siguientes:
A: 1,08 ms.
B: 1,87 ms.
Para obtener el tiempo del ciclo simplemente se resta el valor de A sobre B.
T: 1,87ms – 1,08ms = 0, 79 ms.
T: 0, 79 ms.
Entonces el valor simulado de la frecuencia del oscilador está dada por f=1/T:
f= 1/0,79ms= 1265 Hz.
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El valor obtenido teóricamente fue de 1299 Hz, el simulado es de 1265 Hz; con lo cual
podemos tener seguridad de que el circuito y los valores utilizados cumplirán con las
expectativas de la práctica a realizar.
Valor
teórico
Valor simulado
(TINA)
Frecuencia de oscilación (rad/seg) 1299 Hz 1265 Hz Tabla 5.1 Valores teórico y simulado con TINA, de la frecuencia natural de oscilación.
4. ¿Utilizaría un oscilador de este tipo para construir un generador de señales
sinusoidales de frecuencia variable? Justifique su respuesta.
Es importante señalar que para lograr oscilación en el circuito se deben cumplir una serie
de condiciones para ubicar polos complejos en el eje imaginario; pero estas condiciones
dependes de los componentes pasivos del circuito, y es bien sabido que en la realidad es
muy difícil cumplir a cabalidad estas suposiciones. De acá que si podemos implementar un
oscilador, pero para llegar a variar su frecuencia habría que retomar todas las condiciones
desde el inicio y posiblemente varias más de un parámetro para cumplirlas, en este caso
elementos pasivos de la configuración, como las resistencias y los capacitores.
Por esta razón de dificulta al obtener valores fijos en los elementos del circuito es que no
utilizaría este oscilador como generador de señales sinusoidales de frecuencia variable.
Procedimiento.
1) Ensamblaje del circuito oscilador.
Identificar el circuito integrado del LF353 para reconocer sus respectivas terminales
y su numeración.
Implementar la configuración del circuito oscilador conectando las resistencias y los
capacitores como se muestra en la figura 9.
Conectar la fuente DC y ajustarla en el modo serie, para obtener valores de tensión
de -15V y +15V.
Alimentar el circuito integrado en las terminales 4 y 8 con los valores 15V y +15V
respectivamente.
16
Figura 9: configuración para circuito oscilador con LF353 [Autores].
2) Verificación del circuito.
Con ayuda del osciloscopio, medir la salida del circuito en la terminal 7 y
corroborar la frecuencia de oscilación a la cual fue diseñado.
Si fuese correcta la frecuencia del circuito, proceder a capturar las imágenes que
puedan verificar su funcionamiento.
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II Parte: Multivibradores.
1. Utilizando dos LM555 y todos los componentes periféricos que requiera, diseñe el
dispositivo multivibrador que genere la salida mostrada en la siguiente figura:
Figura 10: salida del circuito multivibrador.
Para diseñar un multivibrador que genere la salida mostrada anteriormente dispondremos
de dos LM555, uno de estos se utilizara para regular los ciclos de trabajo de 0.5s, y el otro
para generar las señales tanto de 1kHz como de 500kHz. Los dos dispositivos trabajaran en
modo astable, sin embrago los LM555 no tienen la capacidad de trabajar con un ciclo de
trabajo de 0.5, pero se puede hacer un arreglo con diodos para acercarse a este valor. El
ciclo de trabajo de 0.5 es debido a que se quiere generar una señal puramente cuadrada.
En la sección de anexos se desarrolla el diseño para obtener los valores deseados en cada
etapa. Siendo el circuito a implementar el siguiente:
Figura 11: Circuito implementado en TINA [TINA].
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2. Simule el circuito diseñado en el punto 1.
Para comprobar el funcionamiento del multivibrador a continuación se presentan las
simulaciones de los puntos de interés del circuito:
La siguiente figura muestra el funcionamiento del primer oscilador el cual fue diseñado
para cumplir con una frecuencia de 1Hz.
Figura 12: Salida del circuito simulado en TINA [TINA].
La señal VF1 corresponde a la salida del primer LM555 el cual debe tener una frecuencia
de aproximadamente 1Hz, con la ayuda de los medidores A y B el valor del periodo de la
onda es de 2,82s – 1,57s = 1,25s. Con lo cual la frecuencia es de 0,8Hz; cercana al valor
diseñado. Importante destacar que el comportamiento deseado se da después de 1 segundo.
Ahora bien, según lo diseñado, cuando la señal VF1 se encuentra en alto la salida del
oscilador debe rondar los 500Hz, y cuando la salida de VF1 se encuentra en bajo la salida
del oscilador debe ser cercana a 1000Hz. Esto se representa en las siguientes figuras,
aplicando un zoom en la zona deseada y utilizando los medidores para verificar el periodo
T de la onda de salida.
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Figura 13: Salida del circuito simulado en TINA, frecuencia 500Hz
Según las medidas de los cursores A y B, el periodo de la onda cuando VF1 se encuentra en
alto es 969,55ms – 967,69ms = 1,86 ms. Si T=1,86ms, la frecuencia seria de 537,63Hz,
muy cercano al valor esperado.
Ahora cuando la señal VF1 se encuentra en bajo, la frecuencia de salida debería estar cerca
de los 1000Hz, esto se corrobora a continuación:
Figura 14: salida del circuito simulado en TINA, frecuencia 500Hz .
El periodo de la onda al ser VF1=0V está dado por la resta: 971,88ms – 970,94ms =
0,94ms. Por lo cual la frecuencia de la onda de salida para este caso es de 1063,82Hz.
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3. Construya un generador de señales cuadradas de frecuencia variable entre 100 Hz a 10
kHz con un CD4047 y todos los componentes periféricos que requiera.
Para diseñar una configuración de este tipo se implementara un CD4047 en modo astable
para lograr obtener las frecuencias especificadas. La siguiente figura ilustra la conexión de
este componente en modo astable:
Figura 15:Bosquejo del circuito diseñado para funcionar como generador de señales cuadradas de frecuencia variable.
El desarrollo del diseño se encuentra en la sección de anexos, de estos análisis los valores
de los elementos pasivos para lograr las frecuencias de 100Hz y 10000Hz serán:
El valor del capacitor será constante C: 33nF
La resistencia variara desde 688,7Ω para una frecuencia de 10kHz, hasta 68,87k Ω para
obtener la frecuencia mínima de 100Hz
La sección de simulación no se llevó a cabo debido a que el software utilizado no presenta
en su librería el elemento que representa al CD4047, sin embargo se esperan buenos
resultados al guiarnos con las especificaciones de la hoja del fabricante para fijar por medio
de elementos pasivos su frecuencia de oscilación.
b) Procedimiento:
Identificar el circuito integrado LM555 así como cada una de sus terminales y la
correcta numeración de las mismas.
Una vez identificadas las terminales del LM555 se procede a armar el siguiente
circuito en la protoboard:
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Figura 16: Bosquejo del circuito diseñado para funcionar como generador de señales cuadradas de frecuencia variable.
Unas ves armado el circuito anterior se procede a su alimentación y verificación de
oscilación, si el circuito cumple con las normas de diseño se debe proceder a tomar capturas
con ayuda del osciloscopio para comprobar su eficacia.
22
Ahora se deberá hacer la misma identificación al integrado CD4047, reconocer sus
terminales y armar la configuración que se propuso en el diseño
Luego de armar el circuito se corrobora su funcionamiento e igualmente se toman capturas
para comprobar su diseño.
II Parte: Multivibradores.
Se diseñaran tres filtros para logras dividir las frecuencias en los rangos establecidos.
Pasa Bajos
Figura 17: Circuito filtro pasa bajos
Para este diseño se siguieron los siguientes pasos en el orden que se expone a continuación:
La frecuencia de corte se establece en
El valor de se fijara en 10nF aunque se podría fijar en cualquier valor entre
100pF y 0,1µF
Ahora se debe cumplir que: por lo que será fijado en 22nF(Valor
comercial)
Luego se calcula R a partir de la siguiente ecuación:
R=
Por lo que R es aproximadamente 34097Ω, dado que este no es un valor comercial se
utilizara una resistencia con un valor de R = 33kΩ para evitar problemas con
potenciómetros.
Finalmente se selecciona por lo que debería ser = 66kΩ y
comercialmente se utilizará 69kΩ.
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Pasa Banda
Figura 18: Circuito filtro pasa bandas
Para este diseño se tomaran como dos filtros en cascada, un filtro pasa bajos y un filtro pasa
altos
Para el pasa altos se tiene que:
La frecuencia de corte se establece en
El valor de se fijara en 4,7nF
Ahora se debe cumplir que: por lo que será fijado en 10nF
R=6819Ω por lo que se utilizará R=6.8Ω
Luego para el pasa altos se tiene que:
La frecuencia de corte se establece en
Ahora se debe cumplir que: por lo que será fijado en 48.8nF.
Comercialmente 47nF
R=6.8Ω igual que en el pasa bajos.
Finalmente se selecciona por lo que debería ser = 15kΩ
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Pasa Altos
Figura 19: Circuito pasa altos
La frecuencia de corte se establece en
Ahora se debe cumplir que: .
Para el diseño de R se tiene que:
R=
Por lo que R = 47kΩ que sería el valor comercial más cercano
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Componentes de esta parte
Filtro Componente Nombre Magnitud
Bajos
Resistencia R1 Pbajos 33kΩ Resistencia R2 Pbajos 33kΩ Resistencia Rf Pbajos 82kΩ Capacitor C1 Pbajos 0,01µF Capacitor C2 Pbajos 0,022µF
Amp Op Amp Op LF741
Banda
Resistencia R1 Pbandas 6,8kΩ Resistencia R2 Pbandas 6,8kΩ
Resistencia R3 Pbandas 6,8kΩ
Resistencia Rf Pbandas 15kΩ Capacitor C1 Pbandas 4,7nF Capacitor C2 Pbandas 10nF Capacitor C3 Pbandas 47nF Capacitor C4 Pbandas 47nF
Altos
Resistencia R1 Paltos 47kΩ
Resistencia R2 Paltos 47kΩ
Capacitor C Paltos 1nF
26
7. Resultados y análisis de resultados
I Parte: Oscilador
Para la primera parte del experimento se procedió a armar la configuración del
circuito oscilador propuesto en el enunciado del curso. Para esta sección se tiene la libertad
de que una vez sabiendo cual es la relación de componentes pasivos del circuito, se puede
seleccionar a placer la frecuencia a la cual se va a hacer oscilar dicha configuración; en
nuestro caso la frecuencia a la que se desea trabajar es de alrededor a los 1299 Hz,
frecuencia para la cual se necesitan los siguientes valores teóricos de componentes pasivos:
R=10 k , C2= 10nF, C1= 15nF; considerando sí que el valor de Rx es 3xR para cumplir la
condición de oscilación. Sim embargo a la hora de implementar el circuito se contó con los
siguientes valores experimentales: R1= 10.047 k , R2= 9.882 k R3= 9.921 k Para Rx
se usó una resistencia en serie con un potenciómetro para lograr un valor de 29.647
k Para el caso de C1 se tuvo que hacer un arreglo de serie paralelo de capacitores debido a
que en la bodega no se cuenta con valores de 15nF, se obtuvo un valor de 14.877nF, y para
C2= 9.57nF.
Considerando los valores reales de componentes utilizados, el circuito
implementado es el siguiente:
Figura 20: Simulación del Circuito Oscilador con valores reales
-
++3
2
1
84 OP1 LF353
-
++3
2
1
84 OP2 LF353
V1 15
V2 15
V3 15
V4 15R1 10,05k
C1 14,88n
R2 9,92k
R3 29,65k
C2 9,57n
R4 9,88k
VF1
27
Para verificar si el circuito es capaz de oscilar se hace un análisis en el tiempo para conocer la respectiva
frecuencia de simulación, para poder compararla con la obtenida experimentalmente; según el simulador
TINA el circuito tiene una salida de la forma:
Figura 21: Salida del circuito oscilador con valores reales
En donde la frecuencia viene dada por el inverso del intervalo A-B de medición de TINA,
1/757,28u = 1320,51Hz. Ya con el circuito implementado en el laboratorio, se obtuvo una
captura con la forma de onda de la señal de salida, con el fin de verificar su funcionamiento
y además para comprar la frecuencia de oscilación diseñada con la simulada y con la real.
Con ayuda de una cámara fotográfica se obtiene la siguiente imagen:
28
Figura 22: Captura de la salida del circuito oscilador [autores]
Como se nota la frecuencia de oscilación es de 1418 Hz, la cual está cercana a la
esperada, pero para conocer qué tan alejada esta de nuestros márgenes es necesario
compararla porcentualmente con el valor diseñado, el cual fue de 1299 Hz.
(7.1)
(7.2)
Con respecto al valor de diseño se está por debajo del 10% de error, lo cual es aceptable
debido a los márgenes de tolerancia de los elementos pasivos del sistema oscilante.
Podemos también comparar este valor experimental con la frecuencia de oscilación
obtenida con el simulador:
(7.3)
(7.4)
Comparado con la simulación tenemos aún un valor más próximo, con lo cual se puede
decir que para conseguir un resultado con un muy bajo porcentaje de error no solo basta
con acercarse a los datos teóricos arrojados por el diseño, sino que también se debe hacer
algo de prueba y error en cuanto a la selección de los elementos pasivos con el fin de
encontrar la relación correcta de resistencia y capacitores.
29
II Parte: Multivibradores
MULTIVIBRADOR CON LM555.
Este oscilador trabaja con dos LM555 en configuración Astable. El primer 555 se
encargaba de hacer la transición de 500 Hz a 1000 Hz cada medio segundo, en forma de
astable con una anda cuadrada de 1 Hz. El segundo 555 se encargaba de aportar las
frecuencias de alto valor, siendo controlado como se mencionó por el primero. Por otra
parte la función del transistor que se coloca entre los multivibradores es la de dividir la
frecuencia con la que trabaja el segundo LM555; cuando el transistor recibe una señal en
alto de parte del primer multivibrador, éste se satura dejando a C1 y C5 (figura 7.4) en
paralelo y por consiguiente provocando que la frecuencia del segundo multivibrador se
reduzca a la mitad. En el caso contrario, si el transistor recibe una señal en bajo por parte
del primer multivibrador, el segundo trabaja con la frecuencia inicial de 1 kHz.
Según la bitácora (anexos), el circuito implementado con los valores reales de
componentes es el siguiente:
Figura 23: Multivibrador con valores reales de componentes [TINA]
THRES
CONT
TRIG
RESET OUT
DISC
VC
CG
ND
U1 LM555
THRES
CONT
TRIG
RESET OUT
DISC
VC
CG
ND
U2 LM555R1 100k
T1 !NPN
C1 101n
C2 10,48nC3 8,85u
R3 71,92k
V1 5
C4 10nC5 99,6n
D3 1
N4001
D4 1
N4001
R4 4
,79
R5 4
,76k
VF
1
D1 1
N4148
D2 1
N4148
R2 71,98k
VF2
30
La salida de este circuito tendría la siguiente forma:
Figura 24: Salida del multivibrador con valores reales de componentes [TINA]
Se logra apreciar el comportamiento de la primera etapa del circuito la cual se desea
que tenga una frecuencia de 1 Hz, para lograr 0,5s una señal de 500Hz y el restante 0,5s
una señal de 1000Hz. La frecuencia de esta simulación se puede obtener con el inverso de
la diferencia de los cursores A-B, 1/1,24= 0,8Hz, cercano a 1 Hz deseado según las
especificaciones de diseño.
El comportamiento de esta primera etapa en el laboratorio se ilustra a continuación,
la siguiente es la captura de la salida del primer LM555.
31
Figura 25: Salida de primera etapa multivibrador LM555 [autores]
Según el tiempo por división del osciloscopio, el periodo de la onda esta por los
1200ms, por lo cual la frecuencia experimental para esta etapa de control es de
f=1/1200ms; f= 0,83 Hz, prácticamente la que se obtuvo en la simulación, sim embargo si
se diferencia de la frecuencia de especificación el diseño. Para esto se compara esta
frecuencia con la teórica:
(7.5)
Comparándola con el valor requerido por diseño si es significativa la diferencia, pero
tomando en cuenta que el LM555 no es capaz por si solo de tener un ciclo de trabajo del
50%, que para esto hay que añadir diodos a la configuración normal, hay muchos puntos
que influyen, pero si se compara con el valor de frecuencia que se obtiene con las
simulaciones:
(7.6)
Un valor bajo de diferencia, con lo cual podemos ahora analizar la segunda etapa del
multivibrador, la cual depende su frecuencia de salida de esta frecuencia de la primera
etapa. La salida de la segunda etapa para cuando la primera se encuentra en alto según la
simulación se muestra en la siguiente figura:
32
Figura 26: Salida de segunda etapa multivibrador LM555, 500Hz. [TINA]
Para este caso la frecuencia de salida está dada por el inverso de la diferencia de los
cursores de medida, 1/1,86ms= 537 Hz; recordando que la frecuencia de diseño es de 500
Hz se comparara la frecuencia real experimental con esta para tener el valor más crítico
según el caso. Una vez que ya se corroboro el funcionamiento experimental de la primera
etapa, se procede a ver el comportamiento de las dos etapas juntas por medio del 2N2222;
la forma de onda de salida de este multivibrador es como sigue:
Figura 27: Salida del multivibrador LM555. [Autores]
En la figura anterior se aprecia la transición bajo alto de la primera etapa, la cual ya se
mencionó, la de interés es la segunda etapa la cual debe ser de 1000 Hz cuando la primera
está en bajo y de 500 Hz cuando la primera etapa está en alto. Experimentalmente se
33
obtuvo el siguiente comportamiento de la segunda etapa cuando la primera se encuentra en
alto:
Figura 28: Salida de la segunda etapa del multivibrador LM555. [Autores]
Según los cursores del osciloscopio, la frecuencia de salida para la segunda etapa es de
543.5Hz, comparada con la frecuencia de diseño:
(7.7)
Para cuando se desea el valor de 500Hz se obtiene un error del 8.7%, el cual está dentro del
rango aceptable, debido a las tolerancias de los elementos pasivos que conforman el
multivibrador. Una vez verificado el funcionamiento para este valor de frecuencia, se
observa en la simulación que sucede cuando la salida de la primera etapa se encuentra en
bajo, a continuación se ilustra:
34
Figura 29: Salida de la segunda etapa del multivibrador LM555. [Autores]
Para este caso la frecuencia de salida está dada por el inverso de la diferencia de los
cursores de medida, 1/932,95us= 1070 Hz; próximo a los 1000Hz de diseño que se
solicitaban en el enunciado; pero para poder comparar esta simulación con el experimento
se presenta seguidamente la forma de anda de la segunda etapa cuando la primera se
encontraba en bajo:
Figura 30: Salida de la segunda etapa del multivibrador LM555. [Autores]
Según el osciloscopio, la frecuencia de salida para cuando la primera etapa esta en bajo es
de 1020Hz, comparándola con la frecuencia de diseño:
(7.8)
Un porcentaje muy bueno, considerando que esta etapa está diseñada con diodos para poder
lograr la señal cuadrada con ciclo de trabajo de 0.5. En general, el funcionamiento del
35
multivibrador utilizando los 2 LM555 funciono bastante bien, logrando correctamente la
conmutación de frecuencia de menor a menor, según el estado de bajo o alto de la primera
etapa.
MULTIVIBRADOR CON CD4047.
Este multivibrador consistió en tener un circuito que generara frecuencias entre los
100 Hz y los 10 kHz, para esto se fijó el valor del capacitor de la configuración propuesta
por la hoja del fabricante y se varía el valor de la resistencia en un rango determinado, de
acuerdo a la salida deseada. Es importante recalcar que los valores de capacitancia y
resistencia se cambiaron según el primer diseño, ya que las frecuencia no eran las deseadas
según lo esperado, para solucionar esto se seleccionaron valores de resistencias más
elevados que los que se habían propuesto, y se estableció un capacitor más pequeño; estos
nuevos valores se encuentran en la bitácora (anexos); pero teóricamente para 100Hz,
R=227.2 kΩ, C=10nF; y para 10kHz, R=2.27 kΩ y el capacitor se mantiene igual.
La salida de este multivibrador para cuando se desea la frecuencia de 100 Hz es la
siguiente:
Figura 31: Salida del CD4047, 100Hz. [autores]
Según la captura para la sección donde se deseaban los 100Hz se logró
satisfactoriamente la frecuencia, con un margen de error de 0%. Se corrobora la eficiencia
del oscilador para esta baja frecuencia; ahora se modificó el valor de la resistencia por
medio de una resistencia variable al valor específico para tener 10 kHz a la salida. La
captura mencionada es la siguiente:
36
Figura 32: Salida del CD4047, 10 kHz. [Autores]
La frecuencia para este caso es de 8471 Hz, comparándola con el valor deseado del diseño:
(7.9)
Este si es un porcentaje alto de diferencia con respecto al valor deseado, con lo cual hay un
comportamiento ideal para bajas frecuencias en relación con los elementos pasivos, mas no
la hay para altas frecuencias, ya que según los valores de diseño esta frecuencia debería
rondar los 10 kHz.
III Parte: Filtros
Para empezar es importante tener captura del comportamiento en frecuencia de la señal de
entrada utilizada para que pueda ser comparada con las señales de salida de los filtros en
caso de ser requerido.
Figura 33: Captura de Fourier para la señal de entrada [autores]
37
Pasa Bajos
Se ha diseñado un filtro pasa bajos para una frecuencia de corte de 330 Hz, en la práctica
no se puede contar con los valores de componentes idénticos a los diseñados por lo que tal
frecuencia de corte es una referencia.
A continuación la tabla de componentes utilizados en este paso:
COMPONENTE VALOR TEÓRICO VALOR
EXPERIMENTAL
R1 33 kΩ 32,5 kΩ
R2 33 kΩ 33 kΩ
Rf 69 kΩ 69,4 kΩ
C1 10 nF 10,52 nF
C2 22 nF 24 nF
Por otra parte se utilizó un LM741 cuyas tensiones de alimentación fueron las siguientes:
Una vez construido el circuito según los datos anteriores, se realizó un barrido de
frecuencias para verificar que la frecuencia de corte se aproxime a la diseñada.
Cabe destacar que tanto durante este paso como en el resto del experimento, se calibró el
equipo con valores de tensión o frecuencia (según lo requiera el caso) lo más cercanos
posibles, debido a la sensibilidad del mismo.
Figura 34: Frecuencia de corte del filtro, entrada/salida.[autores]
Dado que la señal de entrada fue de 1,02 V entonces:
De manera que al alcanzar una tensión de 720 mV, se obtuvo una frecuencia de corte de
339 Hz tal y como se muestra en la figura anterior. Frecuencia sumamente cercana a la
diseñada.
A continuación se adjunta la tabla con el barrido de frecuencias completo, en la cual se
observa un comportamiento de bastante predecible y además se resalta la línea cuya
38
frecuencia corresponde a la tensión más cercana posible para determinar una frecuencia de
corte.
FRECUENCIA (Hz) Vin (V) Vout (V)
10 1,02 0,840
100 1,02 1,02
149 1,02 1,02
199 1,02 1,00
250 1,02 0,920
275 1,02 0,860
300 1,02 0,820
310 1,02 0,780
320 1,02 0,760
330 1,02 0,740
339 1,02 0,720
350 1,02 0,700
400 1,02 0,580
500 1,02 0,420
Luego se aplicó una señal cuadrada de 2 kHz a la entrada de este filtro pasa bajos, lo que se
obtuvo a la salida fue una señal sinusoidal de amplitud muy pequeña tal y como se muestra
en la siguiente figura
Figura 35: Señal cuadrada y Fourier [autores]
Por último y para verificar el funcionamiento correcto que del filtro, pasamos del análisis
en el tiempo al análisis en la frecuencia mediante la rápida de Fourier, cuya captura no deja
dudas en respecto al paso de las bajas frecuencias.
Pasa Altos:
Según los valores teóricos de componentes se espera obtener una frecuencia de corte de
3300 Hz para este filtro, a continuación la tabla de componentes requeridos:
COMPONENTE VALOR TEÓRICO VALOR
EXPERIMENTAL
R 47 kΩ 47,4 kΩ
39
Rf 47 kΩ 46,6 kΩ
C 1 nF 1,364 nF
Nuevamente se calibró el generador de señales con una tensión de 1,02 V (lo más cercana
posible a 1 V). De igual manera so obtuvo la frecuencia de corte cuando la tensión de salida
marca 720 mV, en este caso 3541 kHz según la siguiente captura.
Figura 36: Frecuencia de corte pasa altos.
Si bien es cierto la frecuencia no es tan próxima a la diseñada, sigue siendo un valor
bastante aceptable tomando en cuenta los siguientes detalles:
Ningún componente tiene valor idéntico al diseñado
No se pudo ajustar la señal de entrada a 1 V exacto
El equipo no permite conocer la frecuencia a una tensión de salida de 721,14 mV
(verdadera frecuencia de corte para este caso)
A continuación el barrido de frecuencias realizado, donde se resalta nuevamente la
frecuencia buscada.
FRECUENCIA (Hz) Vin (V) Vout (V)
100 1,02 0,050
500 1,02 0,163
1000 1,02 0,308
1500 1,02 0,416
2000 1,02 0,520
2500 1,02 0,604
2750 1,02 0,640
3000 1,02 0,672
3100 1,02 0,680
3200 1,02 0,688
40
3300 1,02 0,704
3400 1,02 0,712
3541 1,02 0,720
4000 1,02 0,760
4500 1,02 0,792
5000 1,02 0,816
6000 1,02 0,856
10000 1,02 0,980
15000 1,02 1,000
Por otra parte se analizó la salida delo filtro al aplicarle una señal cuadrada de 2 kHz a la
entrada, como era de esperarse se puede apreciar el paso de magnitudes más grandes en su
análisis de frecuencia. Además es útil compararla con su gráfica análoga del pasa bajos
para notar tal diferencia de magnitudes.
Figura 37: Respuesta ante señal cuadrada y Fourier [autores]
Pasa Bandas:
El último filtro por analizar fue un pasa bandas, por supuesto que requiere mayor cantidad
de componentes para su construcción, de esta manera podría contemplarse una mayor
tolerancia en el margen de error dependiendo de los valores experimentales de dichos
componentes:
COMPONENTE VALOR TEÓRICO VALOR
EXPERIMENTAL
R1 6,8 kΩ 6,83 kΩ
R2 6,8 kΩ 6,75 kΩ
R3 6,8 kΩ 6,75 kΩ
Rf 15 kΩ 15,20 kΩ
C1 4,7 nF 5,9 nF
C2 10 nF 10,96 nF
C4 47 nF 46,8 nF
En todo caso, el barrido de frecuencias dio resultados satisfactorios. Se debe tener en cuenta
que para la tensión de salida seleccionada para las frecuencias de corte cambó un poco
41
respecto a los pasos anteriores, ya que en este caso la tensión de entrada quedó calibrada a
1,04 V.
FRECUENCIA (Hz) Vin (V) Vout (V)
10 1,04 0,020
100 1,04 0,108
150 1,04 0,382
250 1,04 0,518
300 1,04 0,656
310 1,04 0,680
320 1,04 0,712
330 1,04 0,736
340 1,04 0,744
350 1,04 0,776
400 1,04 0,856
500 1,04 0,944
1000 1,04 1,00
1500 1,04 1,00
2000 1,04 1,02
2750 1,04 0,900
3000 1,04 0,840
3100 1,04 0,840
3200 1,04 0,860
3300 1,04 0,784
3400 1,04 0,744
3500 1,04 0,728
3600 1,04 0,704
4000 1,04 0,616
5000 1,04 0,440
6000 1,04 0,312
6600 1,04 0,280
Al filtro pasa bandas se le efectuó también el análisis respectivo en tiempo y frecuencia, al
aplicarle una señal cuadrada de 2 kHz a la entrada.
A la salida del filtro se obtuvo una señal sinusoidal bastante limpia como se puede observar
al lado izquierdo de la siguiente captura.
42
Figura 38: Respuesta ante señal cuadrada y Fourier [autores]
Al lado derecho aparece la captura del análisis en frecuencia mediante su rápida de Fourier.
Ecualizador
El primer paso fue probar el funcionamiento correcto en la etapa del sumador no inversor,
aplicando en cada una de sus tres entradas una tensión de 1,08 V y obteniendo a la salida la
tensión esperada de 3,24 V.
A continuación se adjunta la captura con los valores descritos.
Figura 39: Entrada/Salida del sumador [autores]
El resultado de la implementación completa del ecualizador se muestra a continuación,
donde quizás lo más extraño son los picos producidos en la señal de salida, producidos por
los valles de la señal de entrada.
43
Figura 40: Implementación completa del ecualizador [autores]
FRECUENCIA (Hz) Vin (V) Vout (V)
50 1,02 0,960
100 1,02 0,900
150 1,02 0,740
200 1,02 0,560
230 1,02 0,384
267 1,02 0,208
300 1,02 0,155
330 1,02 0,140
350 1,02 0,220
380 1,02 0,356
420 1,02 0,488
500 1,02 0,688
550 1,02 0,760
600 1,02 0,830
700 1,02 0,912
800 1,02 0,960
1000 1,02 1,06
1500 1,02 1,08
2000 1,02 1,02
2300 1,02 0,980
2600 1,02 0,900
3000 1,02 0,780
3100 1,02 0,740
3200 1,02 0,720
3300 1,02 0,680
3700 1,02 0,600
3900 1,02 0,560
4000 1,02 0,540
4600 1,02 0,520
5000 1,02 0,540
44
5600 1,02 0,600
5900 1,02 0,660
6400 1,02 0,680
6800 1,02 0,720
7100 1,02 0,740
8200 1,02 0,800
9300 1,02 0,820
9800 1,02 0,860
12200 1,02 0,920
13300 1,02 0,940
15000 1,02 0,960
Tabla de la cual se obtiene la siguiente gráfica, correspondiente al comportamiento en
frecuencia del ecualizador.
Figura 41: Barrido de frecuencias ecualizador [autores]
Oscilador:
Se realizó la conexión de la salida del oscilador construido con el LF353 a la entrada del
ecualizador.
La señal emitida por el oscilador casi idéntica a la salida del ecualizador, tanto en su
magnitud de tensión como de frecuencia.
0
0,5
1
1,5
0 5000 10000 15000 20000
Gan
anci
a(d
B)
Frecuencia (Hz)
Barrido de frecuencias ecualizador
45
Figura 42: Salida del ecualizador a 1418.6Hz. . [Autores]
De la captura se puede deducir que la banda de trabajo del ecualizador contempla todas las
frecuencias del oscilador ya que permite el paso de las mismas dando como resultado una
señal de salida prácticamente igual a la de entrada.
Multivibrador:
A continuación se muestra el resultado de conectar a la entrada del ecualizador la señal de
salida del multivibrador.
Figura 43: Salida del ecualizador con entrada, la salida del multivibrador. [Autores]
46
Si bien es cierto, la señal de salida posee una forma difícil de explicar, posee un
comportamiento que varía en el tiempo de igual manera como varía la señal de salida del
multivibrador, aumentando o disminuyendo el periodo de la señal de salida del ecualizador.
CD4047 a distintas frecuencias:
Por último solo resta conectar la señal de salida del CD4047 a la entrada del ecualizador, se
utilizó un trimer en lugar de la resistencia contemplada en la topología básica de
implementación de este integrado, de manera que al tener una resistencia variable se pueda
modificar la frecuencia en la señal de salida del circuito.
A continuación se muestra las señales de salida del ecualizador al aplicarle una entrada
proveniente del CD4047 con variaciones en frecuencia desde los 100 Hz hasta los 9000 Hz.
Figura 44.Salida del ecualizador con entrada el CD4047 [autores]
8. Conclusiones y recomendaciones:
El diseño de los componentes para hacer oscilar un circuito es muy delicado, esto
debido a que las raíces se deben colocar sobre la línea imaginaria. Por lo que los
valores de los componentes deben ser muy exactos para que el sistema sea
puramente oscilatorio.
Es de suma importancia corroborar el buen funcionamiento de los equipos antes de
iniciar cada sesión, ya que esto evitaría posibles atrasos por el mal funcionamiento
de los equipos.
Para medir la frecuencia de una señal lo ideal es utilizar la función de cursores del
osciloscopio ya que esta función da valores más precisos que los mostrados en
pantalla por la función de medidas.
47
Los circuitos multivibradores tienen gran relevancia en el contexto cotidiano e
industrial dada la gran gama de aplicaciones en la vida cotidiana como
temporizadores y generadores de tren de pulsos.
El hecho de realizar una comparación entre filtros activos y pasivos no tiene mucho
sentido por la gran ventaja tecnológica que tienen los filtros activos al utilizar
amplificadores operacionales sin embargo cabe a destacar sus características
ventajas de exactitud y selectividad.
Las frecuencias de corte de los filtros del ecualizador deben ser precisas y para esto
la selección y calibración de los elementos debe ser adecuada ya que de esta manera
no se perderá información necesaria.
9. Bibliografía:
[1] J. I. Escudero, M. Parada y F. Simón; Universidad de Sevilla. Amplificadores de
instrumentación. Fecha de consulta: 12:07, marzo 15, 2013 en
http://www.dte.us.es/ing_inf/ins_elec/temario/Tema%202.%20Amplificadores%20de
%20Instrumentacion.pdf
[2] Drake, José M.; Universidad de Cantabria. Tema III: Amplificadores de
instrumentación. Fecha de consulta: 12:41, marzo 15, 2013 en
http://www.ctr.unican.es/asignaturas/instrumentacion_5_IT/IEC_3.pdf
[3] Escuela de Ingeniería Eléctrica, UCR. Listado de Experimentos. Laboratorio
Eléctrico II. I ciclo 2013. Material de la Cátedra.
[4] National Semiconductor. Hojas de datos. LF353: “Wide Bandwidth Dual JFET
Input Operational Amplifier”. Fecha de consulta: marzo 14, 2013 en
http://www.national.com/ds/LF/LF353.pdf
[5] National Semiconductor. Hojas de datos. LM741: “Operational Amplifier”.
Fecha de consulta: marzo 14, 2013 en http://www.national.com/ds/LM/LM741.pdf
[6] Documentos correspondientes al curso Electrónica II.
[7] Boylestad, R. Electrónica: Teoría de Circuitos. 4ta Edición. Prentice Hall. 1997.
48
10. Anexos
Bitácora:
Figura 45 Bitácora 1[autores]
49
Figura 46: Bitácora 2[autores]
50
Figura 47: Bitácora 3[autores]
51
Figura 48: Bitácora 4[autores]
52
Figura 49: Bitácora 5[autores]
53
Figura 50: Bitácora 6[autores]
54
Figura 51: Bitácora 7[autores]
55
Figura 52: Bitácora 8[autores]
56
Figura 53: Bitácora 9[autores]
57
Figura 54: Bitácora 10[autores]
58
Figura 55: Bitácora 11[autores]
59
Figura 56: Bitácora 12[autores]
60
Figura 57: Bitácora 13[autores]