GENERADORES DE RAMPA DE TENSIÓN - Elo.jmc.utfsm.cl

A
+
E
B i(t)
C
-
GENERADORES DE RAMPA
DE TENSIÓN
R
A: Carga
B: Descarga
CARGA DE UN
CONDENSADOR
+
V o
-
Ecuación de la malla
E i(
t)
R
Ecuación de Carga
t
RC
VO
E(
1
e )
i(
t)
i
C
E
e
R
t
0
i(
t)
dt
t
RC
1
2
1

+
B
E
i(t)
C
-
e 1
e 2
A
V
t 1
DESCARGA DE UN
CONDENSADOR
R
A: Carga
B: Descarga
+
V o
-
Ecuación de la malla
0 i(
t)
R
V
O
i
C
Ee
0
E
i(
t)
dt
Ecuación de Descarga
t
t
RC
E
i(
t)
e
R
Generadores de Barrido
Características Generales:
t 2
Introducción
S
t
RC
V
R
C V S
3
4
2

e 1
e 2
e 1
e 2
eS
V
V
Características Generales: Características
Generales
t 1
t
Generadores de Barrido
t 2
t
t
f
( t)
Real
K(
1
e
Ideal
A1
fL( t)
t
1
t
/
Diferencia de pendiente al principio y al final del barrido
Valor inicial de la pendiente
V S
Generadores de Barrido
Error de velocidad de barrido:
Error de desplazamiento:
V
V S
V S '
0 t S
t
e
d
( v
s
v
v
(e
(e d)
´
s
s
) max
)
5
6
3

e
t
Error de transmisión:
v
e
´
s
d
v
v
´
s
Relación de errores:
I
e
Generadores de Barrido
s
1 1
8es 4
e
t
V S '
V S
V
( et
)
0 t S t
Transistorizado con corriente constante:
V
Generadores de Barrido
ee
V
R
e
EB
R e
Transistorizado con corriente
constante
I E
V EE
I C
V CC
C S
7
8
4

Circuito de Barrido Miller:
R
Generadores de Barrido
C
E e t (t) G
e 0 (t)
Circuito de Barrido Miller
Circuito de Barrido Bootstrap:
V
o(
t)
R
Sw
i
C
i
e t (t) G = 1
o
VRI
V
V´
R R 1
R / R
e 0 (t)
V ( RI
A Ro
) V
R ( 1
A)
R R ( 1
A)
R / R
i
I
R´
R
R
I
R
I
Generadores de Barrido
R
Circuito
Bootstrap
9
10
I
5

Circuito de Barrido de Corriente:
+
V B
-
Generadores de Barrido
i L
Vcc
Rd
Circuito de Barrido de Corriente
VZ
RS
D
Vs
i L
IL
Vce
Vcc
t=0 Ts
IL*Rd
Vce(sat)
Fuente de corriente constante
+
dz
-
+V
C
+
R
-
VBE +
I = cte
-
+
V0 -
Velocidad de barrido
[V/seg]
t
i L =i L e -R
d(t-Ts)/L
dVo
V
Velocidad de barrido
dt
Seg
V
I
V
R
Z
I = Corriente Constante
C = Condensador
Investigar otras fuentes de corriente constante
be
t
Vo
i L =(V CC /l)t
I
C
11
Slew Rate
12
t
6

6
5
4
3
2
1
Velocidad de barrido
Gráfico de una función rampa lineal
[volts]
Velocidad de barrido
V=2 [v/seg]
1 2 3 4 5 6 7 8
TAREA:
DIBUJAR Y DISEÑAR UNA FUENTE DE CORRIENTE CONSTANTE
DE ALTA CAPACIDAD DE CORRIENTE CON
AMPLIFICADOR OPERACIONAL
[seg]
13
14
7

) Integrador Activo
I = E/R
E
R
A
i - = 0
C
+ -
-
+
+ V
- V
Simulación 3 Simulación 4
Integrador Activo RC
B
Integrador Activo LR
Salida
•Investigar forma
de onda de salida
Integrador Activo
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA
(SAWTOOTH GENERATOR)
E i = -1V
QD = 2N3904 ó
2N2222
R i = 10k
Q D
C = 0.1F
- +
+15V
-
741
+
-15V
R B = 10k
V o ramp
D
-15V
+
301
-
+15V
5k
0-10k
V ref = 10V
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
V o comp
10k
Q 1
100
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
D
15
16
8

GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA
(SAWTOOTH GENERATOR)
fte.de cte. constante
E i = -1V
QD = 2N3904 ó
2N2222
R i = 10k
Q D
C = 0.1F
+15V
-
741
+
-15V
R B = 10k
V o ramp
D
-15V
+
301
-
+15V
5k
0-10k
V ref = 10V
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
V o comp
10k
Q 1
100
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA
(SAWTOOTH GENERATOR)
E i = -1V
Integrador Lineal
R i = 10k
fte.de cte. constante
QD = 2N3904 ó
2N2222
Q D
C = 0.1F
+15V
-
741
+
-15V
V o ramp
R B = 10k
D
-15V
+
301
-
+15V
5k
0-10k
V ref = 10V
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
V o comp
10k
Q 1
100
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
D
D
17
18
9

GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA
(SAWTOOTH GENERATOR)
fte.de cte. constante
E i = -1V
QD = 2N3904 ó
2N2222
Integrador Lineal
R i = 10k
Switch
Q D
C = 0.1F
+15V
-
741
+
-15V
V o ramp
R B = 10k
D
-15V
+
301
-
+15V
5k
0-10k
V ref = 10V
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
V o comp
10k
Q 1
100
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA
(SAWTOOTH GENERATOR)
fte.de cte. constante
E i = -1V
QD = 2N3904 ó
2N2222
Integrador Lineal
R i = 10k
Switch
Q D
C = 0.1F
+15V
-
741
+
-15V
V o ramp
R B = 10k
D
-15V
+
301
-
+15V
5k
0-10k
V ref = 10V
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
Comparador
V o comp
10k
Q 1
100
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
D
D
19
20
10

GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA
(SAWTOOTH GENERATOR)
fte.de cte. constante
E i = -1V
Q D = 2N3904 ó
2N2222
Integrador Lineal
R i = 10k
Switch
Q D
C = 0.1F
+15V
-
741
+
-15V
V o ramp
R B = 10k
D
-15V
+
301
-
+15V
5k
0-10k
V ref = 10V
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
Comparador
V o comp
10k
Q 1
100
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
D
Cambia el
voltaje de referencia
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA
(SAWTOOTH GENERATOR)
fte.de cte. constante
E i = -1V
Q D = 2N3904 ó
2N2222
Integrador Lineal
R i = 10k
Switch
Q D
C = 0.1F
+15V
-
741
+
-15V
R B = 10k
V o ramp
unidireccional
D
-15V
+
301
-
+15V
5k
0-10k
V ref = 10V
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
Comparador
V o comp
10k
Q 1
100
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
D
Cambia el
voltaje de referencia
21
22
11

15
10
5
0
-5
-10
-15
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA
(SAWTOOTH GENERATOR)
fte.de cte. constante
E i = -1V
Q D = 2N3904 ó
2N2222
Integrador Lineal
R i = 10k
Switch
Q D
C = 0.1F
+15V
-
741
+
-15V
R B = 10k
V o ramp
unidireccional
D
-15V
+
301
-
+15V
5k
0-10k
V ref = 10V
(a) Circuito generador de onda diente de sierra
Comparador
V o comp
10k
Q 1
100
La frecuencia de oscilación de este circuito es de
100 Hz.
unidireccional
D
Cambia el
voltaje de referencia
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA
(SAWTOOTH GENERATOR)
V o comp y V o ramp (V)
V ref
V o comp
V o comp
10 20
V o ramp
(b) Salida de onda diente de sierra
V o ramp y salida del comparador
t (ms)
V ref = 10
5
0
V o ramp (V)
La rampa se eleva hasta alcanzar
el voltaje pico definido por V ref
DEMOSTRAR
t (ms)
5
1 Ei
f
10
o
Ri
C
ref
La tasa
V
de la subida
está definida por:
Ei /RiC = Vo ramp/t
23
24
12

GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA
(SAWTOOTH GENERATOR)
Velocidad de Barrido:
I
V t
C
Ei
pero I
R
Ei
V
t
R C
V
ref
i
i
Ei
Ei
1
V T
R C
R C
f
V toma el valor Vref
Ei
1
R C f
i
i
pero t toma el valor T dado que el tiempo de descarga es muy corto
1 Ei
f
Ri
C
Vref
i
dado que es el valor al que conmuta el comparador
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA
(SAWTOOTH GENERATOR)
V C
R 1 puede ser un diodo zener
V O
V C
V O
T
25
26
13

R i = 14k
GENERADOR BIPOLAR DE
ONDA TRIANGULAR
C = 0.05F
-
+
+15V
741
-15V
V A
R = 10k
pR = 28k
+15V
301
-15V
(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.
+V sat
-V sat
15
10
5
0
-5
-10
-15
GENERADOR BIPOLAR DE
ONDA TRIANGULAR
V A y V B (V)
V B en función de t
V A en función
de t
1 2 3
(b) Formas de onda
V UT
V LT
+
-
t (ms)
V B
Demostrar que:
f
o
i
27
p
4R
C
28
14

+V sat
-V sat
GENERADOR UNIPOLAR DE
ONDA TRIANGULAR
R i = 14k
C = 0.05F
-
+
+15V
741
-15V
V A
R = 10k
pR = 28k
+15V
301
-15V
(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.
15
10
5
0
-5
-10
-15
V A y V B (V)
GENERADOR UNIPOLAR DE
ONDA TRIANGULAR
V B en función de t
V A en función
de t
1 2 3
(b) Formas de onda
V UT
t (ms)
+
-
D
V B
Demostrar que:
f
o
p
2R
C
Generador Triangular
i
29
30
15

R 1 = 2,2 k
GENERADOR DE ONDA TRIANGULAR
C = 0.1F
-
+
+15V
741
-15V
V A
R 3 = 8,2 k
R 2 = 10 k
En esta lámina se muestra un circuito oscilador de onda triangular construido con amplificadores operacionales
(TL082).
El primer operacional trabaja como circuito Schmitt, el otro como integrador.
La salida del circuito Schmitt genera una onda cuadrada e ingresada al integrador. El integrador entrega una onda
triangular.
Es necesaria una fuente de alimentación negativa y positiva. también R2 debe ser mayor a R3. Si R2 y R3 son de
valores aproximados es mejor, pero R2 debe ser distinto a R3.
+
-
+15V
301
-15V
GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA (pendiente +)
R 2 = 100 k
R 1 = 5,6 k
C = 0.1F
-
+
+15V
741
-15V
V A
R 4 = 100 k
R 3 = 120 k
En esta lámina se muestra un circuito oscilador de onda triangular diente de sierra construido con amplificadores
operacionales (TL082).
El primer operacional trabaja como circuito Schmitt, el otro como integrador.
La salida del circuito Schmitt genera una onda cuadrada e ingresada al integrador.
La diferencia con el generador de onda triangular es que el tiempo de carga y descarga del capacitor es distinto.
Cuando el voltaje de salida es positivo, el capacitor se carga rápidamente por la resistencia de bajo valor (R1). y
cuando el voltaje de salida es negativo, el capacitor se carga lentamente por la resistencia de mayor valor (R2).
Es necesaria una fuente de alimentación negativa y positiva. también R3 debe ser mayor a R4. Si R3 y R4 son de
valores aproximados es mejor, pero R3 debe ser distinto a R4
+
-
+15V
301
-15V
V B
V B
31
32
16

0
Generador Triangular
+Vp
-Vp
Demostrar que:
V
out(
pp)
R
T
V
2RC
>=10R
+Vcc
A.O
-Vcc
Generador Triangular
P
C
VP
2RCf
0
Vout
Oscilador de Relajación
CARGA DESCARGA
Vc C
-
R
+V
+
-V
R 1
R 2
V o
+V
-V
V o
V C
33
34
t
t
17

V
TAREA:
• Deducir expresión de frecuencia de un
Oscilador de Relajación
Como se puede variar su frecuencia.
• Dibujar un circuito generador de
diente de sierra y deducir expresión
de frecuencia
C
Oscilador de Relajación
Demostrar que si
V
1
e
Y si t 1 = t 2
t1
R
f
C
2R
2
T t
1 t2
2R
f C ln 1
R1
Ecuación General
V
O
C
V
1
e
1
C ln
1
R2
siendo
R R
T t1
t2
2R
f
1
2
t
2
R
f
C
35
36
18

Oscilador de Relajación
15
10
VUT 5
0
-5
VLT -10
-15
V o
V 0 = +Vsat
T = 2RC = 1/f
V C
t 1 = RfC t2 = RfC
V 0 = -Vsat
(c) Formas de onda
Ecuación Particular
t
f
T 2R
f C
Cuando:
R
2
0. 86R
1 1
T 2R
C
Generador Triangular
Circuito Generador C de Precisión:
VoT y Vos (V)
R i
+Vcc
TL081
VoT -Vcc
Vref
VoT
R
+Vcc
-
AD630
+
Vos
-Vcc
+
Vref
-
t (ms)
R
f
1
Generador Triangular
37
38
19

+12 V
Generador Triangular
Generador con CI 555:
Q3
2N3646
4,7 K
3
1
4,7 K
8 4
555
Vo1
R2 < R1
Vo2
R2 = R1
Vo3
R2 > R1
2
D1
1N914
6
1N746
3.3V
R 1
2,2 K
Q1
2N3638
4,7 K
4,7 K
1N746
3,3 V
Gen. con 555
GENERADOR ESCALERA
I 1
I 2
Q2
2N3646
R 2
D2
1N914
• DIBUJE EL DIAGRAMA DE BLOQUE DE UN
CIRCUITO QUE GENERE UNA SEÑAL ESCALERA
ASCENDENTE
V o
C
39
40
20

0.1F
DIAGRAMA DE BLOQUE DE UN GENERADOR
ESCALERA
V CC = 15V
-
+
15k
15k
GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
T 1
D
8.2k
6.8k
10k
R1 10nF
7
8
5
R2 5
5
10k
D
0.1F
D
2 5 3
out
6
1 4
R
V1 8.2k
1F
D
D
Ra
R b
V 2
10k
V 3
V CC
T 2
-
+
V o
10k
10k
V o
6.8k
41
TAREA:
1. ENMARQUE LOS
BLOQUES QUE
COMPONEN ESTE
CIRCUITO Y PONGALE
NOMBRE
2. DIBUJE LAS FORMAS
DE ONDA A LA SALIDA
DE CADA BLOQUE
Ascendente
Ascendente-Descendente
42
21

GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
V CC = 15V
R1 10nF
7
8
5
R2 5
5
D
0.1F
D
2 5 3
out
6
1 4
R
V1 8.2k
ASTABLE B
D
0.1F
D
-
+
Ra
R b
15k
15k
ASTABLE A INTEGRADOR
V 2
T 1
10k
D
8.2k
V 3
V CC
10k
T 2
6.8k
Switch
10k
1F
-
+
V o
10k
10k
GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
Formas de onda
Generador
Escalera
Generador
de Pulsos
A medida que t 1 disminuye,
se tiende a la escalera "ideal"
t 1
t 1
t 2
t 2
V o
6.8k
43
t
t
44
22

GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
Formas de onda
Generador
escalera
Generador
de Pulsos
A medida que t 1 disminuye,
se tiende a la escalera "ideal"
t 1
t 2
GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
Formas de onda
1 1 1 1
1 1 1 0
1 1 0 1
1 1 0 0
1 0 1 1
1 0 1 0
1 0 0 1
1 0 0 0
0 1 1 1
0 1 1 0
0 1 0 1
0 1 0 0
0 0 1 1
0 0 1 0
0 0 0 1
0 0 0 0
5V 10V 15V
Voltaje de entrada analógica i (V) V
t
t
45
46
23

CLOCK
RESET
CLOCK
INPUT
GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
R1 Q1 = 2N2222
+15V
1
-15V
4.7k R2 3
4
LF398
47k
5
6
8
C1 R3 4.7k 0.01F
D
1N914
C 2
300pF
+15V
-15V 1
4 3
5
LF398
6 8
7 R7 12k
C 3
0.01F
R 6 4.7k
D 2
1N914
C 4
300pF
R8 3k
D 3 LM113
1.2V
R 5
11k
R 4 8.2k
V o
P 1 50k
Rango de voltaje
del escalón
TAREA:
GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
DIBUJAR EL DIAGRAMAS
DE BLOQUES Y LAS FORMAS
DE ONDA EN CADA BLOQUE
47
48
24

GENERADOR ESCALERA
(STAIRCASE GENERATOR)
La matriz de resistencia es conectada a tierra para generar corrientes ponderado binario o BCD. El amplificador
operacional convierte estas corrientes a una tensión de salida. Bajo condición de reajuste de los interruptores están
apagados y la salida es a nivel del suelo. Cuando el disparo se aplica la salida va a VREF y genera una escalera
negativo-que va de 256 niveles para el nivel de 8240 o 100 para el 8250. El tiempo de duración de cada paso es igual
al período de base de tiempo, T = RC. La amplitud de la escalera se puede variar cambiando el voltaje de la referencia
de entrada. La escalera de los casos se puede parar en cualquier nivel deseado mediante la aplicación de una señal
para desactivar el pin 14
49
TAREA
CONSTRUIR UN GENERADOR DE ESCALERA,
TENIENDO COMO BASE UN CONVERSOR
DIGITAL ANÁLOGO Y UN CONTADOR BINARIO
50
25

Experiencia N° 3
• B. Diseñar un circuito, con amplificadores operacionales que cumplan con
la siguiente Función de Transferencia.
• c) Modifique el circuito propuesto en el punto b), de manera que
pueda desplazar la función de transferencia hacia la izquierda o hacia la
derecha.
Experiencia N° 3
• B d) 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.
•
51
52
26