T.P.Nº3 "Aplicaciones de los comparadores"

Objeto:

• Analizar las características alineales de los amplificadores operaciones el aplicaciones electrónicas de consumo e industriales
• Dibujar la respuesta de salida de un comparador conociendo la señal de entrada
• Describir el funcionamiento de aplicaciones practicas de los comparadores
• Trazar la función transferencia de detectores de nivel y cruce por cero con o sin histeresis.
• Explicar como la histeresis de una medida de la inmunidad al ruido para los circuitos comparadores.
• Buscar para los diseños de los circuitos las soluciones practicas que mejor se adapten a las consignas del presente trabajo practico.
• Presentar el informe del TP correctamente en tiempo y forma.

1) Aplicando la conflagración de comparadores, diseñar un circuito " Interruptor activado por sonido con las siguientes características:

• Sensor implementado con un micrófono capacitivo
• Control de sensibilidad de micrófono variable
• Alimentacion por medio de la red eléctrica 220Vca 50Hz
• Actuador a relé 1NA + 1NC

a) Hacer la descripción del funcionamiento del circuito
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales
d) simular el circuito en MULTISIM

El circuito es el siguiente:

En el circuito de la figura utilizamos un comparador en configuracion Detector de nivel.
Para comenzar realizamos una fuente con un puente de diodos y  dos reguladores , el LM7815 y LM7915 para obtener a la salida de la misma +/- 15V para alimentar comparador LM339. En la para (-) del comparador colocamos dos resistencias  y un potenciometro, las dos resistencias de 10k al igual que el potenciometro, una de ellas conectada a +15v y la otra a -15v para obtener una Vref variable.
En el laboratorio del colegio realizamos distintas pruebas con el micrófono y el osciloscopio y llegamos a la conclusión que para, por ejemplo activar la lampara con un aplauso, se debe tener una Vi de aproximadamente 500mV.
Teniendo ese dato configuramos Vref a un valor de aporximadamente 450mV entonces cuando en Vi tenga 500mV se activa la salida, a la cual conectamos un transistor BC337 para la corriente, Un relé de 12v con un 1N4007 en los terminales de la bobina para proteger al transistor y a la salida del relé una lampara de 12V.
Cabe aclarar que para la simulacion utilizamos el circuito para el Micrófono pero en la entrada en el lugar del mismo, un generador con 500mV 3.5Khz que fue lo medido en el laboratorio para el aplauso.
El circuito a la salida le colocamos un diodo led pero como nos pide el ejercicio hay que agregarle a la salida del comparador lo siguiente:

La simulacion nos demostró que cuando Vmicrofono supera el valor de Vref se activa la salida.

2) Se desea implementar  un detector de humo.
El proyecto requiere la utilizacion de una celda fotorresistiva, de forma que según el nivel de humo presente en el ambiente haga activar una alarma sonora y lumínica.
El circuito deberá ser alimentado con la red eléctrica 220Vca 50Hz
a) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
d) Simular el circuito en Multisim.

Circuito utilizado:

 Fuente:

 Para este ejercicio utilizamos una fuente de +/- 15V. Utilizamos un comparador en configuracion detector de nivel pero a diferencia del ejercicio 1, en este caso tenes Vref ajustable y Vi depende del LDR y una resistencia de 10K. El LDR es un componente que varía su resistencia mediante la luz, por eso mismo cuando este este completamente sin luz se activa la lampara y la alarma sonora. Cuando el LDR no tenga luz significara que el hay humo en un determinado lugar, pero a la vez no podemos dejarlo así expuesto ya que cualquier variación mínima de luz activaría la alarma , por eso mismo colocamos un diodo led a la entrada que en el momento de realizar este proyecto el mismo se pondría apuntando al LDR , de esta manera nos aseguramos que la falta de luz es verdaderamente por humo y no por otro factor.
Al igual que el ejercicio 1 utilizamos una fuente con LM7815 y LM7915 y a la salida del comparador un BC337 para la corriente y un relé de 12V con un 1N4007 en los terminales de la bobina para proteger al transistor.
Video de la simulacion:








3) Diseñar un circuito de un voltímetro
La escala del mismo deberá ser 0 a 5 V con una sensibilidad mínima de 500mV.
Deberá tener un indicador de polaridad.
Se recomienda la utilizacion de circuitos integrados LM339 en la configuracion de detectores de nivel.
a) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito.
c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
d) Simular el circuito en MULTISIM.

El circuito utilizado es el siguiente:

(Hacer click en la imagen para agrandarla)

En este circuito lo que hicimos fue en principio realizar la fuente, igual a la de los ejercicios anteriores con LM7815 y LM7915 para tener +/- 15v. Utilizamos 10 comparadores en configuracion detector de nivel. Todas las entradas Vi es decir pata (+) las conectamos todas a una fuente de cc, y configuramos Vref de 0.5V a 5V cada 500mV. A la salida de los comparadores conectamos un diodo led. Las siguientes imagenes demostraran mejor su funcionamiento:

5) Partiendo de la configuracion de comparadores diseñar un circuito generador de pulsos
El circuito deberá variar la frecuencia desde 100Hz a 100KHz, con ajuste de ciclo de actividad desde 20% al 80% y salida compatible con familia lógica TTLCMOS
a) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito.
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia del circuito.
c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales
d) Simular el circuito en Multisim.

El circuito utilzado es el siguiente:

En este circuito utilizamos un LM339 , un CD4066.
Con el CD4066 controlamos a 4 capacitores que van a determinar el la década de frecuencia que deseamos y se selecciona mediante las llaves. Esos capacitores se conectan al potenciometro y la resistencia en serie con la cual mediante la relación RC controlamos la frecuencia. Con los capacitores la década y con el potenciometro variamos dentro de esa década.
Luego agregando un potenciometro y una resistencia en serie entre la para (+) y la 7 podemos controlar el ciclo de trabajo.
Para realizar los cálculos nos basamos en la ecuación :

6) Se desea monitorear una batería de 12V
Los requisitos del funcionamiento del circuito serán:
Cuando el voltaje de la batería cae por debajo de 10.5V se deberá conectar a un cargador.
Cuando el voltaje de la batería alcance los 13.5V, se deberá desconectar del mismo.
Considere que el circuito tiene una alimentacion de +- 15V
a) Hacer una descripción del funcionamiento del circuito
b) Los cálculos de diseño con la función transferencia de cada etapa del circuito
c) Dibujar el circuito esquemático con valores comerciales.
d) Simular el circuito en MULTISIM.

El circuito utilizado es el siguiente:

En el siguiente circuito se ajusta R4 a 12.5K para hacer Vctr 12V cuando E1 cae abajo de 10.5V , Vo se vuelve negativo , liberando el relé a su posición normal cerrada. Cuando la batería se carga a 13.5V , Vo cambia a +Vsat el cual enciende el transistor y opera el relé. Sus contactos NC se abren para desconectar el cargador. El diodo 1 protege al transistor contra polarizacion inversa excesiva cuando Vo= -Vsat. Y el diodo 2 protege al comparador y al transistor de la bobina del rele.
Ecuaciones: