Circuit comparador simple com detector de pas per zero

Objectius:
• Comprovació del funcionament del circuit comparador simple com detector de pas per zero.
• Verificació de l'efectivitat dels diodes Zener per limitar la tensió de sortida.
• Comprovació del funcionament d'un circuit rectificador de mitja ona i d'un circuit d'ona completa.
• Comprovació del funcionament d'una convertidor analògic−digital.
• Veure una nova aplicació no linial d'un A.O.
Circuits d'aplicacions no linials de l'A.O.
Un circuit no linial te la característica que la sortida és proporcional a l'entrada (o entrades).
Materials comuns: A.O. 741, resitencies de diferents valors,
Materials no comuns: per al rectificador i comparador: 2 diodes zeners, per al rectificador de precisió:
2 de diodes de Si i per la conversió analògica−digital: LED, porta inverora 7404.
Tipus de circuits:
− Comparador: determina si una tensió és més gran que una altre.
− Limitador: determinar si una tensió és més gran que un altre valor determinat.
− Recitificador de precisió: rectifica senyals inferiors a 0.6 volts.
−Conversor analògic−digital: canvia un valor analògic a digital.
Comparador:
El compàrador, que te com funció determinar si una tensió és més gran que una altre, també anomena't
detector de pas per zero, que compara amb 0 volts. La gràfica de sortida amb 2V (de pic) i 500Hz, es la de
color blau i si augmentem la frequència a 10Khz, la gràfica de color vermell; de color negre es la gràfica
d'entrada:
Com es pot veure, te distorsió per SLEW−RATE que indica la màxima variació de la tensió de sortida per una
untitat de temps, es un problema degut a que l'A.O. no es capaç de seguir les ràpides variacions del circuit
d'entrada, quant més tensió tenim, més distorsió.
Per arreglar−ho cal posar un amplificador amb un SLEW−RATE més gran.
Limitador:
El limitador, que te com funció determinar si una tensió és més gran que una altre valor fixat, obtenim
aquestes gràfiques:
Com espot observar, a la sortida obntenim una reducció del SLEW−RATE, obtenim una ona més quadrada.
Si curtcircuitem un dels diodes, obtiendrem a la sortida per un costat 0,6 volts i per l'altre 5,1 volts, tant
curtcircuitant D2 o viceversa, obtenim aquesta gràfica:
1
Si les posem càtode amb càtode, obtenim la sotida normal.
V1 > 0, − , −Vcc, D1 en inversa, D2 en directe, Vo = −5.7v.
V1 < 0, +, +Vcc, D1 en directe, D2 en inversa, Vo = 5.7v.
Rectificador de precisió:
El rectificador de precisió, serveix per rectificar senyals inferiors a 0.6 volts.
Si l'analitzem observem: Vi > 0, D1 està en directa, Vi = Vo
Vi < 0, D1 està en inversa, Vi = 0
Amb aquest anàlisis i una entrada de 100mV (de pic)i 1 Khz, (de color negre), amb una tensió mínima de
75mV obtenim una sortida (de color vermell) que veurem a continuació.
En una altre modalitat de rectificador de precisió, si l'analitzem observem:
Vi > 0, D1 està en inversa, D2 en direcat, Va = ( −R2 / R1 ) · Vi
Vi < 0, D1 està en directa, D2 està en inversa, Va = 0
Amb aquest anàlisis i una entrada de 100mV (de pic)i 1 Khz, (de color negre), amb una tensió mínima de
50mV obtenim una sortida (de color vermell) que veurem a continuació.
Conversor analògic−digital:
El conversor analògic−digital, fa la conversió, mitançant varies entrades con es Vref, en la que te tres valors,
que son V3 = Vref, V2 v= ½ · Vref i V1 = 1/3 · Vref i la entrada amb la que compara el valor fixe que es Ve
obtenim unes sortides binaries, les neguem amn un chip 7404, es un negador i per cambiar aquesta sortida
analógica a digital, necesitem el chip 74147, nou en aquesta pràctica, que te com función lo anomena't
anteriorment, fer la conversió de analògic a digital, amb dos lets observem els resultats, l'analisis del circuit
segons l'entrada i les sortides dels comparadors i la sortida digital es:
Tensió d'entrada
Vo
Ve < Vi
Ve > Vi
Ve < V2
Ve > V3
Sortida comparadors
S1
S2
S3
0
0
0
5
0
0
5
5
0
5
5
5
Sortida digital
D1
D2
0
0
1
1
1
0
0
1
Les tensions seguents son extretes en funció de la tensió d'entrada.
V2 −
V1 = 2V1
V4 −
V3 = 2V1
2
V3 −
V2 = 2V1
Valor de les resistencies que posem després per fer variar el voltatge d'entrada dels comparadors:
V2 = 3V1
V3 = 5V1
V1 = (R1 / R) · Vref
V2 = ( ( R1 + R2 ) / R ) · Vref
V3 = ( ( R1 + R2 + R3 ) / R ) · Vref
V4 = ( ( R1 + R2 + R3 +R4 ) / R ) · Vref
V2 = 3V1
( ( R1 + R2 ) / R ) · Vref = ( ( 3 · R1 ) / R ) · Vref
R1 + R2 = R1
R2 = 3 · R1
V3 = 5V1
( ( R1 + R2 + R3 ) / R ) · Vref = ( ( 5 · R1 ) / R ) · Vref
R1 + 2 · R1 + R3 = 5 · R1
3 · R1 + R3 = 5 R1
R3 = 2 · R1
( ( R1 + R2 + R3 +R4 ) / R ) · Vref = 5V + V1
( R1 + R2 + R3 +R4 · Vref ) / R = ( 6 · R1 / R ) · Vref
5 · R1 + R4 = 6R
R4 = R1
La tensió seguent és extreta en funció de Ve, analitazant el divisor de tensió.
VREF => Si = V3
V2 = Vref / 4 = S2
V1 = Vref / 8 = S3
3
Amb aquest circuit observem que els dos lets sencenen fent un contador digital i al finalitzar torna a
començar.
Quant més augmentem la frequéncia del circuit, més ràpit conta.
Si variem la forma de l'ona d'entrada, al posar−la en triangular, no pasa res, pero cuan posem la ona quadrada,
els lets sencenen tots de cop, això es degut a que la ona, puja de cop a al seu voltatge màxim i torna a baixar a
0, sense fer una escala de valors de pujada i baixada com en els altres dos casos, triangular i sinosoidal.
Opinió tècnica:
En aquesta pràctica hem après el funcionament del circuit comparador, molt utilitzat, ya que la acció de
comparar un voltatge d'entrada amb un altre,ja sigui un valor fixe, amb cero o amb un valor que vagi
cambiant, es molt utilitzat per moltes funcions, per fer alarmes, etc.
Amb el limitador, que tetalla les ones per adalt o per abaix, deixan't pasar el voltatge que es troba per sobre la
linia de 0 o per sota, segons el montage i la finalitat que li volguem donar, ens fa molt bona funció quant
necesitem un clock en el que només necesitem la part positiva del clock per fer el muntatge del circuit o a
linrevés.
El conversor analògic−digital te una gran funció, ya que si li posem les sortides de cualsevol circuit que fem
en el cual ens doni una serie de valors, els podem fer pasar per aquest nou chip que hem tractat en aquesta
pràctica (74147) que te ocm misió, cambiar els valors que obtenima la sortida de un circuit i cambiarlas a
digitals, amb aquest chip i un que no hem fet servir en aquesta pràctica, pero en leds normals ya es podría fer,
es comprovar el valor de la sortida numeric, directament, per anar més ràpid al visualitzar el número.
En aquesta pràctica hem après moltes coses i coses que ens anirant be més endavat, per cualsevol pràctica o
montatge que realitzem.
Mesures:
Prac8:
In: Time Base = 0,5ms/cm
Ampli = 1v/cm
Out: Time Base = 0,5ms/cm
Ampli = 5v/cm
In: Time Base = 20s/cm
Ampli = 1v/cm
Out: Time Base = 20s/cm
Ampli = 5v/cm
In: Time Base = 0,5ms/cm
Ampli = 1v/cm
4
Out: Time Base = 0,5ms/cm
Ampli = 5v/cm
In: Time Base = 20s/cm
Ampli = 1v/cm
Out: Time Base = 20s/cm
Ampli = 5v/cm
In: Time Base = 0,5ms/cm
Ampli = 1v/cm
Out: Time Base = 0,5ms/cm
Ampli = 5v/cm
In: Time Base = 0,5ms/cm
Ampli = 1v/cm
Out: Time Base = 0,5ms/cm
Ampli = 5v/cm
Prac 9:
In: Time Base = 0,1ms/cm
Ampli = 50mv/cm
Out: Time Base = 0,1ms/cm
Ampli = 50mv/cm
In: Time Base = 0,1ms/cm
Ampli = 50mv/cm
Out: Time Base = 0,1ms/cm
Ampli = 50mv/cm
5