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
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)VS. 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.
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
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.
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, 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.
No hay comentarios:
Publicar un comentario