Trabajo Práctico 8

Comparadores Analógicos

Teoría:

Un comparador es un circuito electrónico, ya sea analógico o digital, capaz de comparar una señal de entrada con un determinado valor, variando su salida según el resultado.

Representación esquemática de un amplificador operacional funcionando como comparador:Electrónica Analógica

En un circuito electrónico, se llama comparador a un amplificador operacional en lazo abierto (sin realimentación entre su salida y su entrada) 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 (en el dibujo, V1) es mayor que la tensión conectada al borne negativo (en el dibujo, V2), la salida (Vout en el dibujo) será igual a +Vcc. En caso contrario, la salida tendrá una tensión -Vcc.

Funcionamiento del comparador
Estudiemos el siguiente circuito

En este circuito, estamos alimentando el amplificador operacional (A.O.) con dos tensiones +Vcc = 15V y -Vcc = -15 V. Conectamos la patilla V+ del A.O. a masa (tierra) para que sirva como tensión de referencia, en este caso 0 V. A la entrada V- del A.O. hemos conectado una fuente de tensión (Vi) variable en el tiempo, en este caso es una tensión sinusoidal.
Hay que hacer notar que la tensión de referencia no tiene por qué estar en la entrada V+, también puede conectarse a la patilla V-, en este caso, conectaríamos la tensión que queremos comparar con respecto a la tensión de referencia, a la entrada V+ del A.O.
A la salida (Vo) del A.O. puede haber únicamente dos niveles de tensión que son en nuestro caso 15 ó -15 V (considerando el A.O. como ideal, si fuese real las tensiones de salida serían algo menores).Cuando la tensión sinusoidal Vi toma valores positivos, el A.O. se satura a negativo, esto significa que como la tensión es mayor en la entrada V- que en la entrada V+, el A.O. entrega a su salida una tensión negativa de -15 V.

Electrónica Digital: sistemas combinacionales

Descripción
Reciben esta denominación los sistemas combinacionales que indican si dos datos de 'N' bits son iguales y en el caso que esto no ocurra cuál de ellos es mayor. En el mercado se encuentran, generalmente, como circuito integrados para datos de 4 u 8 bits y entradas que facilitan la conexión en cascada para trabajar con más bits. En la imagen1, se puede observar el esquema de 4 bits. Posee dos tipos de entradas: las de comparación (A0...A3 y B0...B3) y las de expansión (<,=, y >) para la conexión en cascada. La función que realiza el comparador anterior se puede observar en la tabla de verdad que aparece en la imagen3. Se puede observar que las entradas de expansión sólo afectan a las salidas cuando los datos en las entradas A y B son iguales.
En algunos casos es necesario realizar comparaciones entre entradas que tienen un número de bits mayor que el permitido por el integrado, en estos casos se realiza la conexión de varios integrados en cascada. En la figura2 se muestra un comparador de 8 bits realizado con el C.I. 7485 de 4 bits.Figura1. Circuito integrado 7485 comparador de 4 bits: Figura 2. Comparador de 8 bits realizado con el circuito integrado 7485: Figura 3. Tabla de verdad de un comparador de 4 bits: Práctica:

1. Objetivos:

Informar adecuadamente la actividad desarrollada en este trabajo práctico.
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.
2. Contenidos:
El Amplificador Operacional a lazo abierto. Sistema de control On-Off.
Realimentación positiva. Histéresis.

3. Materiales necesarios:

- 1 circuito integrado LM324
- 2 resistencias de 1K
- 1 LDR
- 1 potenciómetro de 5K- 1 potenciómetro de 1K
- 1 diodo 1N4007
- 1 transistor BC337- 1 relé de 12V
- 1 lamparita

4. Actividades:

1) Armá el siguiente circuito:2) Oscurece completamente el sensor de luz y verificar que la señal de salida cambia de estado al variar la referencia.

Hemos pasado la mano por sobre el sensor de luz, tapando su parte superior, de manera que dicho sensor no reciba luminosidad alguna. Verificamos que la señal de salida cambia de estado al variar la referencia. Cuando al sensor no llegaba la suficiente cantidad de luz, la lamparita se encendía.

3) Acercá la lámpara al sensor hasta observar un cambio en el comportamiento del sistema. Describe el nuevo comportamiento del sistema.

La lámpara tapó el sensor de luz, lo que hizo que la misma se encendiera. Ésto último provocó que el sensor recibiera suficiente luz como para apagarse. Al suceder esto, el sensor volvió a estar tapado por la lámpara, generando un bucle.

4) Responde el siguiente cuestionario:

a) ¿El sistema es estable? En caso de no serlo cómo explicarías esta inestabilidad?

No, el sistema no es estable. Es inestable porque, en un ambiente en el que la luz varía seguido, la lámpara se prendería y apagaría continuamente, lo que haría que el circuito resultara inútil. Lo ideal sería que el circuito estuviera ubicado en un lugar donde la luz se mantuviera constante.

b) ¿La inestabilidad es periódica?

No, porque no siempre es inestable. Su inestabilidad depende del entorno en el que el circuito esté siendo utilizado y del momento, ya que, al cambiar estos parámetros, cambia radicalmente la estabilidad del sistema.

c) Teniendo en cuenta esta experiencia, ¿usarías el circuito ensayado para hacer un control de luz crepuscular?

Sí, depende de dónde se coloque, y de la luz que disponga. Dicha luminosidad en el día deberá ser suficiente para que el sensor la reciba, y de esta manera deje la lámpara apagada. Asimismo, la oscuridad también deberá alcanzar como para que el circuito se dé cuenta de que debe encender la lámpara, alumbrando así el lugar.

5) Modificá el circuito anterior de la siguiente manera:6) Oscurece completamente el sensor, varía la tensión de referencia y grafica la curva de histéresis. (No hacer. Escribir lo que sabemos sobre este caso).

En este circuito la lámpara ya no depende del sensor, depende del potenciómetro de limitación o de control: cuando éste llega a cierto valor, la lámpara se enciende y se mantendrá así por más que se oscurezca el sensor. Esto sucede debido a que el potenciómetro de control y el potenciómetro de realimentación anulan el circuito.

7) Repite el punto 3 y el cuatro.

(El punto 3 está respondido en el punto 6)

a) ¿El sistema es estable? En caso de no serlo cómo explicarías esta inestabilidad?

Este circuito es más estable que el anterior, debido a que el estado de la lámpara depende del valor de un potenciómetro, y ya no de la luminosidad que reciba el sensor.

b) ¿La inestabilidad es periódica?

Este circuito no presenta inestabilidad.

c) Teniendo en cuenta esta experiencia, ¿usarías el circuito ensayado para hacer un control de luz crepuscular?

No, ya que el circuito no responde a una fuente de luz externa. De esta manera, no serviría para ajustar el estado de una lámpara determinado por la luz que reciba el sensor.

Conclusiones:

En este trabajo práctico, hemos aprendido cómo se usa un sensor de luz, y bajo qué condiciones. Conocimos las inestabilidades que pueden presentar los circuitos de este tipo, y cómo se podrían anular.