generadores de rampa de tensión - U. T. F. S. M.

GENERADORES DE RAMPA
DE TENSIÓN
0 (v)
10 (v)
1
CARGA DE UN
CONDENSADOR
Ecuación de la malla
R
t
A
+
E
+
B
i(t)
-
C
Vo
A: Carga
B: Descarga
i
E  i (t )  R   i(t )dt
C0
Ecuación de Carga
VO  E (1  e

t
RC
)
t
E 
i (t )   e RC
R
2
1
DESCARGA DE UN
CONDENSADOR
Ecuación de la malla
R
0
A
+
E
B
i(t)
-
C
i
+ 0  i (t )  R  C  i (t ) dt
E
Vo
-
Ecuación de Descarga
A: Carga
B: Descarga
VO  Ee

t
RC
t
E 
i (t )    e RC
R
3
Generadores de Barrido
Características Generales:
V
e1
e2
V
R
t1
S
t2
C VS
t
Introducción
4
2
Generadores de Barrido
Características Generales: Características
Generales
e1
V
Real
e2
f (t )  K (1  e t /  )
t1
t2
e1
t
V
Ideal
e2
fL(t ) 
t
A1
t1
t
5
Generadores de Barrido
(e
Error de velocidad de barrido:
eS 
Diferencia de pendiente al principio y al final del barrido
Valor inicial de la pendiente
Error de desplazamiento:
(ed)
V
VS
(v s  v ´s ) max
ed 
vs
VS
VS'
0
tS
t
6
3
Generadores de Barrido
Error de transmisión:
(et )
V
v  vs
et 
v´s
´
s
VS'
VS
0
Relación de errores:
tS
t
ed 81es 41et
7
Generadores de Barrido
Transistorizado con corriente constante:
IE
Ie 
Vee  VEB
Re
Re
VEE
Transistorizado con corriente
constante
IC
C
S
VCC
8
4
Generadores de Barrido
Circuito de Barrido Miller:
C
V ´
R
E
G
et(t)
VRI
V

RI  R 1  R / RI
e0(t)
R´
RI R
RI  R
Circuito de Barrido Miller
9
Generadores de Barrido
Circuito de Barrido Bootstrap:
i
R
Sw
Vo (t  ) 
C
et(t)
G=1
e0(t)
Circuito
Bootstrap
V ( RI A  Ro )
V

Ri (1  A)  Ro  R (1  A)  R / Ri
10
5
Generadores de Barrido
Circuito de Barrido de Corriente:
Vcc
Vs
t=0
Rd
iL
Ts
-R
iL
D
t
iL=iLe d(t-Ts)/L
IL
iL =(VCC/l)t
+
-
VB
t
Vce
IL*Rd
Vcc
Vce(sat)
Circuito de Barrido de Corriente
11
Fuente de corriente constante con transistor
+V
VZ
+
dz
-
 V 
dVo
 Velocidad de barrido 
  Slew  Rate
dt
 Seg 
VBE +
I
+
R
-
I = cte
-
RS
C
VZ  Vbe
R
Vo 

I
t
C
Velocidad de barrido
[V/seg]
+
V0
-
I = Corriente Constante
C = Condensador
Investigar otras fuentes de corriente constante
12
6
Fuente de corriente constante con Amp. Op.
I= E/R1= Corriente constante
V= 0v dado que existe un corcircuito virtual
R2
+
I = E/R1
-
-
i =0
E
+V
-
R1
V
Vi
+
-V
0
Vo
13
Velocidad de barrido
Gráfico de una función rampa lineal
[volts]
Velocidad de barrido
[V/seg]
6
5
Vo 
4
Velocidad de barrido
V=2 [v/seg]
3
I
t
C
2
1
[seg]
1
2
3
4
5
6
7
I = Corriente Constante
C = Condensador
8
14
7
El integrador basado en un Amplificador Operacional
Vo(t)= - 1/RC Vi (t) dt
C=1f
[volts]
+
-
1M
0
-0,2
-0,4
1
2
[seg]
3
Vi
- 1/RC = -1
+V
-
R
+
-V
Vo
-0,6
-0,8
-1
Como un ejemplo, considere
un voltaje de entrada Vi = 1v,
al circuito integrador de la figura.
¿Qué sucede con el gráfico si la entrada sube a 10v?
15
b) Integrador Activo
C
+
I = E/R
-
-
i =0
R
E
A
+
+V
Salida
B
•Investigar forma
de onda de salida
-V
Integrador Activo
16
8
17
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (SAWTOOTH GENERATOR)
QD = 2N3904 ó
2N2222
RB = 10k
QD
-15V
+
301
+15V
C = 0.1F
Ri = 10k
Ei = -1V
+
+15V
741
+
-15V
D
Vo comp
10k
5k
Vo ramp
0-10k
D
100
Vref = 10V
Q1
Pág. 161 Coughlin
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
18
9
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (SAWTOOTH GENERATOR)
QD = 2N3904 ó
2N2222
RB = 10k
QD
C = 0.1F
fte.de cte. constante
Ri = 10k
Ei = -1V
+15V
741
+
-15V
D
-15V
+
301
+15V
Vo comp
10k
5k
D
0-10k
Vo ramp
100
Vref = 10V
Q1
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
19
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (SAWTOOTH GENERATOR)
QD = 2N3904 ó
2N2222
Integrador Lineal
RB = 10k
QD
C = 0.1F
Ri = 10k
Ei = -1V
fte.de cte. constante
+15V
741
+
-15V
D
-15V
+
301
+15V
Vo comp
10k
5k
0-10k
Vo ramp
D
100
Vref = 10V
Q1
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
20
10
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (SAWTOOTH GENERATOR)
Switch
QD = 2N3904 ó
2N2222
RB = 10k 
QD
Integrador Lineal
-15V
+
301
+15V
C = 0.1 F
fte.de cte. constante
Ri = 10k 
Ei = -1V
D
+15V
741
+
-15V
Vo comp
10k
5k
D
0-10k
100
Vref = 10V
Vo ramp
Q1
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
21
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (SAWTOOTH GENERATOR)
Switch
QD = 2N3904 ó
2N2222
RB = 10k 
QD
Integrador Lineal
C = 0.1 F
fte.de cte. constante
Ri = 10k 
Ei = -1V
+15V
741
+
-15V
Vo ramp
D
-15V
+
301
+15V
Comparador
Vo comp
10k
5k
0-10k
D
100
Vref = 10V
Q1
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
22
11
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (SAWTOOTH GENERATOR)
Switch
QD = 2N3904 ó
2N2222
Integrador Lineal
RB = 10k
QD
fte.de cte. constante
+15V
741
+
-15V
Ei = -1V
Comparador
-15V
+
301
+15V
C = 0.1F
Ri = 10k
D
Vo comp
10k
5k
D
0-10k
Vo ramp
100
Vref = 10V
Q1
Cambia el
voltaje de referencia
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
23
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (SAWTOOTH GENERATOR)
unidireccional
Switch
QD = 2N3904 ó
2N2222
Integrador Lineal
RB = 10k
QD
-15V
+
301
+15V
C = 0.1F
fte.de cte. constante
Ri = 10k
Ei = -1V
D
+15V
741
+
-15V
Comparador
Vo comp
10k
5k
0-10k
Vo ramp
D
100
Vref = 10V
Q1
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
Cambia el
voltaje de referencia
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
24
12
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (SAWTOOTH GENERATOR)
Vo comp y Vo ramp (V)
15
Vref
Vo comp
Vo ramp (V)
10
Vref = 10
5
5
0
10
-5
-10
La rampa se eleva hasta alcanzar
el voltaje pico definido por Vref
20
t (ms)
Vo ramp
Vo comp
0
5
10
t (ms)
La tasa de la subida está definida por:
Ei /RiC = Vo ramp/t
DEMOSTRAR
-15
(b) Salida de onda diente de sierra
Vo ramp y salida del comparador
 1  Ei

f o  
 Ri  C  Vref
25
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (SAWTOOTH GENERATOR)
Velocidad de Barrido:
V 
I
t
C
Ei
Ri
pero
I
V 
Ei
t
Ri  C
V 
pero t toma el valor T dado que el tiempo de descarga es muy corto
Ei
Ei
1
T

Ri  C
Ri  C f
V toma el valor Vref dado que es el valor al que conmuta el comparador
Ei
1
Vref 

Ri  C f

 1  Ei
 
f  
 Ri  C  Vref
26
13
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (SAWTOOTH GENERATOR)
VC
VO
VC
VO
R1 puede ser un diodo zener
T
27
GENERADOR BIPOLAR DE
ONDA TRIANGULAR
C = 0.05F
pR = 28k
Ri = 14k
+15V
741
+
-15V
R = 10k
VA
+15V
+
301
-15V
VB
(a) El circuito integrador 741 y el circuito comparador 301
se conectan para construir un generador de onda triangular
El circuito generador de onda triangular bipolar en (a)
produce las señales de un oscilador de onda cuadrada y
triangular que se muestran en (b). La frecuencia de este
generador es de 1kHz.
28
14
GENERADOR BIPOLAR DE
ONDA TRIANGULAR
VA y VB (V)
15
Demostrar que:
VB en función de t
+Vsat
10
5
0
VA en función
de t
1
2
3
-5
fo 
VUT
p
4 Ri C
t (ms)
VLT
-10
-Vsat
-15
(b) Formas de onda
29
GENERADOR UNIPOLAR DE
ONDA TRIANGULAR
C = 0.05F
pR = 28k
Ri = 14k
+15V
741
+
-15V
R = 10k
VA
D
+15V
+
301
-15V
VB
(a) Generador de onda triangular unipolar
El diodo D convierte el generador de onda triangular bipolar en
un generador de onda triangular unipolar. Este es un generador
básico, la frecuencia de oscilación es de 1kHz.
30
15
GENERADOR UNIPOLAR DE
ONDA TRIANGULAR
VA y VB (V)
15
Demostrar que:
VB en función de t
+Vsat
fo 
10
VA en función
de t
5
0
1
2
3
VUT
p
2 Ri C
t (ms)
-5
-10
-Vsat
Generador Triangular
-15
(b) Formas de onda
31
Generador Triangular
>=10R
C
+Vp
R
+Vcc
0
0
A.O
-Vp
Vout
-Vcc
Demostrar que:
Vout( pp) 
T
V
VP  P
2RC
2RCf
Generador Triangular
32
16
Generador Triangular
C
Circuito Generador
de Precisión:
R
Ri
+Vcc
+Vcc
R
AD630
TL081
+
VoT
-Vcc
-Vcc
Vos
+
Vref
-
VoT y Vos (V)
Vref
TAREA:
DETERMINE LA
FRECUENCIA f
t (ms)
Generador Triangular
VoT
33
Generador Triangular
Gen. con 555
Generador con CI 555:
D1
1N914
R1
2,2 K
+12 V
Q1
2N3638
Vo
I1
8
4
-
+
1N746
3.3V
I2
-
C
+
4,7 K
3
555
1
2
6
4,7 K
Q2
2N3646
4,7 K
4,7 K
Vo1
R2 < R1
Q3
2N3646
Vo2
R2 = R1
1N746
3,3 V
R2
D2
1N914
Vo3
R2 > R1
34
17
GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
VCC = 15V
10k
R1
10k
10nF
7
8
5
2
5
5
5
3 out
R2
D
D
61
10k
V1
4
D
6.8k
2. DIBUJE LAS FORMAS
DE ONDA A LA SALIDA
DE CADA BLOQUE
1F
VCC
10k
Ra
Vo
T1
Rb
10k
8.2k
R
0.1F
Vo
+
TAREA:
1. ENMARQUE LOS
BLOQUES QUE
COMPONEN ESTE
CIRCUITO Y PONGALE
NOMBRE
T2
Ascendente
D
0.1F
8.2k
D
V3
V2
+
Ascendente-Descendente
6.8k
15k
15k
35
GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
Formas de onda
Generador
Escalera
A medida que t1 disminuye,
se tiende a la escalera "ideal"
t
Generador
de Pulsos
t
t1
t1
t2
t2
36
18
GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
Formas de onda
Generador
escalera
A medida que t1 disminuye,
se tiende a la escalera "ideal"
t
Generador
de Pulsos
t
t2
37
t1
GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
Formas de onda
1111
1110
1101
1100
1011
1010
1001
1000
0111
0110
0101
0100
0011
0010
0001
0000
5V
10V
Voltaje de entrada analógica Vi (V)
15V
38
19
GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
VCC = 15V
ASTABLE A
INTEGRADOR
10k
R1
8
7
R2
D
D
2
61
5
5
5
5
10k
3 out
4
D
10k
6.8k
1F
VCC
10k
Ra
Vo
T1
Rb
Vo
+
V1
8.2k
R
0.1F
ASTABLE B
10k
10nF
T2
D
0.1F
8.2k
D
V3
V2
+
6.8k
Switch
15k
15k
39
GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
+15V
CLOCK
RESET
R1
4.7k
-15V
1
3 LF398 4
5
47k
6
Q1 = 2N2222
R2
Vo
D3 LM113
1.2V
8
CLOCK
INPUT
C1
0.01F
R3 4.7k
11k
D
1N914
C2
300pF
R4 8.2k
+15V
-15V
4
5
6
R5
P1 50k
Rango de voltaje
del escalón
DIBUJAR EL DIAGRAMAS
DE BLOQUES Y LAS FORMAS
DE ONDA EN CADA BLOQUE
1
3
LF398
8
7
C3
0.01F
TAREA:
R7 12k
R8
3k
R6 4.7k
D2
1N914
C4
300pF
40
20
GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
41
http://www.next.gr/inside-circuits/simple-staircase-generator-l10865.html
http://www.tradeofic.com/Circuit/12903-Staircase_generator.html
42
21
43
TAREA
1. CONSTRUIR UN GENERADOR DE
ESCALERA, TENIENDO COMO BASE
UN CONVERSOR DIGITAL ANÁLOGO Y
UN CONTADOR BINARIO
44
22
2. a) Diseñar un circuito, con amplificadores operacionales que
cumplan con la siguiente Función de Transferencia.
b) Modifique el circuito propuesto en el punto b), de manera que
pueda desplazar la función de transferencia hacia la izquierda o hacia
la derecha.
45
3) Diseñe e implemente un circuito detector
de cuatro niveles ( 2,4,6 y 8 v )
CONDICIÓN: El circuito Detector de Niveles
sólo deberá encender el LED
correspondiente al nivel que está
detectando.
46
23