DSA - Práctica 1

DISEÑO CON SUBSISTEMAS ANALÓGICOS Departamento de Tecnología Tecnología Electrónca Un!er"dad de #$$$$$ C%r"o &'$$(&'$$

)*+CTICA ,O"clador armónco en p%ente de .en con crc%to lmtador de amplt%d/

)are0a ###$$$$$$$ #$$$$$ #$$$$$ #$$$$$$$

1. Diseño del circuito El e"1%ema del )%ente de .en d"e2ado e" el "g%ente-

Se trata de %na con3g%racón 45"ca del )%ente de .en con %na realmentacón negat!a 3ormada por *, 6 *& 1%e proporcona %na red%ccón de la d"tor"ón a la "alda del ampl3cador  operaconal/ Como lmtador de amplt%d "e propone %na com4nacón de rect3cadore" 6 dodo" 7ener/ )a"amo" a detallar cada parte a contn%acón/ Lo" componente" * 6 C del crc%to "on lo" 1%e 30an la 3rec%enca de o"clacón del )%ente/ El c5lc%lo de la 3rec%enca !ene dado por la 3órm%la

f  0=

1 2 πRC 

/ Se programó %na pe1%e2a

r%tna en Matla4 para determnar la com4nacón de !alore" comercale" de lo" elemento" 1%e no" permteran acercarno" lo m5" po"4le a la 3rec%enca de"eada/ El re"%ltado 3%e 1%e con %na C de ,''n8 6 %na * de 9:' ; &';? "e con"eg%ía %na 3rec%enca de o"clacón de :'':@ %n !alor 4a"tante cercano al de"eado/ Lo" componente" *, 6 *& "e encargan adem5" de lo menconado anterormente de arrancar  el o"clador/ La condcón de arran1%e para el )%ente de .en e" de

 A v (

1 3

−

 R2

 R 1+ R 2

)≥ 1 /

E"to "e p%ede "mpl3car a 1%e " "e c%mple 1%e  R1 > 2 R 2 entonce" el o"clador arranca/ C%ando e"o" trmno" "e g%alan el crc%to "e mantene e"ta4le/ En e"te ca"o "e a optado por %na *, 30a de &'=; 6 %na *& !ara4le con %n potencómetro del rango de lo" ,'=;/ La dea e" 30ar %n !alor con el potencómetro lo m5" cercano po"4le a lo" ,'=; 1%e permta el arran1%e del crc%to/ C%anto m5" cercano "ea m5" e"ta4le "er5 el p%ente/

El prmer ncon!enente de e"ta con3g%racón e" 1%e el p%ente e"t5 en %n e"tado de arran1%e permanente con lo 1%e e" o4lgatoro %n lmtador de amplt%d a la "alda para poder o4tener la ten"ón de"eada/ Como "eg%ndo ncon!enente e"t5 el !alor de la *& 6a 1%e no "e conoce c%5l "er5 a"ta 1%e no "e realce el monta0e 6 pr%e4a del crc%to/ E"to ace 1%e alg%no" a"pecto" como el c5lc%lo de la e"ta4ldad del )%ente "e tengan 1%e realar "o4re la marca/ En n%e"tro ca"o la *& 3nalmente e"ta4lecda 3%e de F&=;/ 8nalmente el lmtador de amplt%d e"t5 comp%e"to por do" rama" de rect3cador  dodo 7ener de !alore" 'FH 6 &H re"pect!amente/ La prmera rama con lo" dodo" en3rentado" con"g%e lmtar la amplt%d de lo" "emcclo" po"t!o" mentra" 1%e la "eg%nda con3g%racón lmta lo" negat!o"/ *ealmente "e p%ede con"eg%r %na lmtacón de amplt%d con %na "óla de la" rama" pero %"ando do" "e red%cen la" po"4le" d3erenca" de amplt%d entre "emcclo"/ El ncon!enente prncpal de e"te lmtador e" 1%e e$"te la po"4ldad de 1%e la corrente 1%e pa"e por lo" dodo" rompa lo" m"mo"/ )ero e"o "e p%ede calc%lar pre!amente 6 e" lo 1%e aremo" a contn%acón/ En el ca"o e$tremo a4endo FH a la "alda del ampl3cador operaconal/ S%ponemo" 1%e el ampl3cador operaconal no a4"or4e corrente 6 con"deramo" lo" conden"adore" como cortocrc%to" el dagrama de corrente" 1%edaría de la "g%ente manera-

Como la re""tenca nterna de lo" dodo" e" m%co m5" 4a0a 1%e la de la rama *,(*& podemo" a"%mr 1%e la ma6or parte de la corrente atra!e"ar5 lo" dodo" tal 1%e  I 1  I  / @allamo" la nten"dad 1%e crc%la por la rama 7,(7& "endo la" 7 la mpedanca e1%!alente ≃

en cada ca"o entonce"  I =

V o Z 1+ Z 2

=

7 V  749 Ω+ 265 Ω

≃

7 mA

/ En el data"eet del dodo 7ener 

"e enc%entra 1%e el dodo p%ede "oportar %na potenca de a"ta lo" 9''m. con lo 1%e calc%lamo"-  PZ =V   I =7 V  7 mA= 49 mW ≤ 500 mW  / E"to 1%ere decr 1%e "e p%eden %"ar  lo" dodo" de manera "eg%ra 6 con 4a"tante margen/ ⋅

⋅

 Ø Red β El dagrama de la red e" el "g%ente-

La re"p%e"ta en 3rec%enca de la red J !ene dada por jω Z  R /¿ Z C   RC   H ( jω )= = Z  R /¿ Z C + Z  R + Z C  3  jω 1 −ω2 +  + 2 2  RC   R C 

*epre"entacón gr53ca del mód%lo 6 3a"e con re"pecto a la 3rec%enca-

El comportamento e" el de %n 3ltro pa"o 4anda centrado en la 3rec%enca de :'':@ 1%e e" la m5" pró$ma po"4le con !alore" comercale" a la e"pec3cacón del d"e2o/

 Ø Red Aβ El dagrama de la red e" el "g%ente-

Se a a4erto el lao a la "alda del ampl3cador operaconal 6a 1%e la mpedanca de "alda e" n%la 6 "mpl3ca el an5l""/ La re"p%e"ta en 3rec%enca de la red AJ !ene dada por jω V   R  RC   H ( jω )= a = A v ( − 2 ) V e  R1 + R2 3  jω 1 −ω2 + + 2 2  RC   R C 

*epre"entacón gr53ca del mód%lo 6 3a"e con re"pecto a la 3rec%enca-

En el dagrama del mód%lo no "e a tendo en c%enta la  A v ,  6a 1%e e"ta !a a "er 4a"tante alta pero "e p%ede o4"er!ar como la ampl3cacón a la 3rec%enca de o"clacón !a a "er  mínma mentra" 1%e en el re"to "er5 m%co ma6or/ En c%anto a la 3a"e "e p%ede o4"er!ar la gran e"ta4ldad del p%ente repre"entada en la gran nclnacón de la pendente para lo" !alore" cercano" a n%e"tra 3rec%enca de o"clacón/ Factor de estabilidad en frecuencia El 3actor de e"ta4ldad en %n o"clador )%ente de .en !ene dado por la e$pre"ón S F =

−2 δ  9

/ Sendo K el 3actor de e1%l4ro 1%e e" la n!er"a del 3actor de de"e1%l4ro 1

e$pre"ado en e"ta con3g%racón medante

=

δ 

1 3

−

 R2

 R 1+ R 2

/ S%"tt%6endo con lo" !alore" de

n%e"tro crc%to-

|

S F =

−2 9

⋅

(

1 1 3

−

  9,72 k  29,72 k 

|

)

≃

33

Un 3actor 4a"tante ele!ado " lo comparamo" con otro" tpo" de o"cladore" 6 1%e "e con"g%e c%anto ma6or "ea la cercanía de la condcón de arran1%e a la de mantenmento/

2. Simulación en OrCAD del circuito

Con limitador de amplitud 

La "e2al crece a"ta alcanar lo" FH 6 "e mantene/

Sin limitador de amplitud 

La "e2al crece a"ta lo" ,,FH/

 Ø Red β

 A la 3rec%enca de o"clacón "e o4"er!a 1%e la 3a"e e" n%la 6 el mód%lo e" m5$mo/

 Ø Red Aβ

 A la 3rec%enca de o"clacón "e o4"er!a 1%e la 3a"e e" n%la 6 el mód%lo e" mínmo/

 Ø Factor de estabilidad en frecuencia (3kHz)

 A ma6or pendente meno" !a a !arar la 3rec%enca a la 1%e o"cla el crc%to 6 ma6or  e"ta4ldad/ U"amo" el mtodo-

S f  =

 ΔΦ  Δω

para calc%lar el 3actor de e"ta4ldad/

En OrCAD con el c%r"or no" "alen lo" !alore"-

{ 2.7353  KHz ; 62.283  } , {3.2050  KHz ;−81.429  } Sf  =

( 62.283 (

− − 81.429

(

))

2 !" 3.2050 −2.7353

)

= 48.57

3. Montaje y medidas del circuito El crc%to 3nalmente montado e" el de la 3g%ra "e an re"altado la" d3erente" rede"-

 Ø Señal de oscilacin En la" m5gene" a contn%acón "e p%ede !er la "e2al a la "alda del operaconal "n lmtador 

(:

100 kHz

''

(&F

('

Una repre"entacón gr53ca apro$mada con lo" p%nto" o4tendo" "ería-

El comportamento del crc%to en 3rec%enca "e a"eme0a a la e"t%dada en la teoría 6 a la "m%lada en el programa OrCAD/ Un ma6or nmero de m%e"tra" %4era re"%ltado en %na gr53ca an m5" 3el/

 Ø Red Aβ )ara medr la re"p%e"ta en 3rec%enca de la red "e a a4erto el lao a la "alda del ampl3cador operaconal como en el e"t%do del prmer apartado/ Se ntrod%ce %na "e2al "n%"odal a %na" 3rec%enca" determnada" 6 a la "alda del operaconal "e o4"er!a el re"%ltado/  A contn%acón "e l%"tran do" e0emplo" de la" medda" tomada" en el o"clo"copo/ La "e2al a%l e" la de entrada mentra" 1%e la ro0a e" la "alda de la red/ La prmera corre"ponde a :=@ 6 la "eg%nda a ,=@/

Se realaron en total cnco medda" a d3erente" 3rec%enca" para la "e2al de entrada/ A d3erenca de la red J la amplt%d de la "e2al a la "alda "empre e"ta4a "at%rada ?

Una repre"entacón gr53ca apro$mada con lo" p%nto" o4tendo" "ería-

 Ø Factor de estabilidad  Cam4amo" la 3rec%enca de la "e2al de entrada de la red AJ "%mn"trada por el generador de 3%ncone" a !alore" pró$mo" a :P@ para poder medr la 3a"e con el o"clo"copo 6 calc%lar la pendente de la re"p%e"ta en 3rec%enca/ Halore" meddo" con el o"clo"copo- { 2.717 KHz ; 59  } , {3.333 KHz ;−124  } C5lc%lo del 3actor de e"ta4ldadSf  =

(−124 −59 ) = 47.29 2 !" ( 2.717 −3.333 )

4. Comparativa de los resultados Señal a la salida del oscilador  !on limiador de ampliud

"in limiador de ampliud

Valores eóricos

FH