, QUINTA EDIClON Amplificadoresoperacionales y circuitosintegradoslineales PEARSONEDUCACIONDE EJEMPLAR PARA Th.l. ..O n . ,al 1 Contenido r::OpyflQte1mQ pREFACIOxxyll INTRODUCCiN ALOS AMP'IFICApOAES Op ERACIONAlES1 Objetivos de aprendizaje1 1.QIntroduccin2 11Todavla tienen uso lOscl rcultosanalgicos?2 12Amplificador operacional de propsito general 7414 1-2. /S!mbolo lk d moil(J l' rrm"C"tlls.106 4-8el Comparador da preclstn,1111311106 4-8.1ftllrOdllccWtl./06 4-8.2Operacin tk Ict/t'rmUwJl tk Mlida./06 4&.3OHrocin tk liJ/l!mriNIJ tk MbililDcin,/06 49Una ap1lcacln biomdica108 xl .. Ce>: ,nqlOm.::c xIIContenido 5 410Detector de ventana110 4 /0. 1 110 4-10.2FJDtCionamknto circuito,110 4- 11Retardo de propagacin110 4-11. 1Ckfmiddll.110 4-11.2 4 12Empleo de PSplce para modelar y simular circuitos comparadores113 4-/2.1Si",uIocilrrkl rk cructCl'roCOfIhistrts.IIJ 4-/2.2lHur:tor de:IIt!n/OTl(1.JJ 5 Ejercicios de laboratorio117 Problemas118 ALGUNAS APLICACIONESDELOS.AMPUACAOORES OPERACIONAlES Objetivos de aprendizaje120 5-0Introduccin121 51Vollfme\rode cd de alta resiStencia121 5-1.1 bsico th IMdicinl'Obuje:./21 5 1.2CtIIftbio tk ucoJu e:n122 5-2Vollimetro universal de aUa resistencia123 5-2. /FWIl:ionomknlOc:in:UilO,12J 5-2.2Proc:e:dimimlO de:dise:io.124 5-3Convertidores de voltaje a corriente: cargas flotantes125 .5J. 1Coturol de:vollOjr tk la corrie:rue: c:a1Ja.125 .5-J.2ProbGdo,tkt/.iod(}bntr,125 .5-J.JProbado, th diodor./2j 5-4Probador de diodo emisor de luz127 55Alimentacin de corriente constantea una carga coll9Ctada a tierra128 j.5. 1Cotn"l rlidor de: dife:rtllriDl D128 j .5. 2de:COmc:llltCO/UIOIIIe:U/IDcon CD'8D a 129 j.j. JContxum dtlamUdoWI mic:roconlrolDdDr COI!un lrorumisor de:4 a201M.f JO 55.4rk th 4 a20 """ con conlrol di8ilal,IJ I 120 Contenido 6 5-6Medicinde corriente de cortocircuito y conversin de corrientea vohaje132 5-6,1IlIIroduccitl. 112 5-6,2U,Orkl atrIplificadorporo medir comentt tk rortodrr:uiIO,IJ2 57Medicin de la corriente de fotodelectores134 5-7. 1 134 57.1Fotodiodo.1J5 5-8Amplificador de corri8flte135 5-9Mediciones deenergfa en celdas solares136 5-9.1IntrodllCdtl a 101problemas, 116 59.2CtHwtnin t IDC:OnWnlt tU cortocirr:.uIO dI/U$GIulOO Jolar o vo/lq}t.137 j-9.]Cirr:.uto divisor dt c:orrit nle (COIll_ O_JOtnlkO Conlfol de cnsibilidad Mic. 6fono '" 7 Al_ .,-NOm. 1B93 ' oo Capitulo 2 .. !'IV Akli f;O!IIk!OII del ewoboa:cpio del. ,1Imar.o. K InlemlpCor de nCURA 2-8Un ntemplor :M;liv1!dopor sonidose construyeconectandola n1ida de undelector deniveldevohllie no invcnor a un circuito de alarma. 1.Abra el interruptor de reinicio paraapagar elseR y laalarma. 2.Enunambi entesil encioso,ajusteelcontroldesensibilidadhastaqueVp alcance el - V.... 3.Cierre elinlcnuplor de reinicio. la alarma debe pcnnaneccr apagada. Cualquier scrusl deruido gcnerari entonces unvohaje de ca y el micrfono lo caplar como entrada. La pri mera variacinpositiva de E,por encima deVId llevar a V.. h:lSta+ V... El diodo conduceluego unpulso de corriente prximo al mA, a la compuerta(G) dcll"e(:li-fi cador controlado de silicio (SeR).Nonnalmcnlc, lasu:nninal es A, elnodo del SCR yel clodo.K. funcionancomointerruptoresabiertos.Sinembargo.elpulso decorrienteenla compuena propicia que el SCR se encienda y.entonces, lastennimdes delnodo y del cur doactencomointenuprores cerrados.La alarma,audibl e visual .seactivaypermanece encendida,porque:unavezquehaencendidoelSeR. continaase hastaque:elcircuito de: nodo-ctodo se abra. Elcircuito de lafi gura28 puede modificarse parafotografiar cualquier evento de alta velocidad;porejemplo,unabala que penetra enunbulbo de:vidrio.Algunas cmarastienen contact osmecnicos deinterruptor que cierranparaactivar unalmpara estroboscpica.Para construir este circuito acti vadopor sonido.hay que quitar la alarma y conectar las tenninales de nodoy ctodo en 1115entradas de la lmpara estroboscpica enlugar del intenuptor de la cmara.Se apaganlas luces de lahabitaci n.se abreelobturador dela cmara yse dispara el rine albulbo de vidri o.Elsonido del rifleactivar alinterruptor.La lmpara eslrobosc6pi-ca har el trabajo de detener en forma aparentela bala en el aire. Se:cierra el obturador. En la fotografia.laposicin de labala en rel acin con elbulbo sepuede ajustar elperimentalmen-te, aceccando o alejando el micrfono deltine. 2-5.3Voltlm.tro de columna lumlnou Elvoldmetro de col umna luminosa muestrauna columna deluz cuya altura es proporcional alvoltaje. Losfabricantes de equipo para audio y deaplicacionesm6dicas puedenreempla. zar los lablero5 de los medidores analgicos con volmetros grficos luminosos debido a que es ms ft.c:illcera distancia. elyngt";xl maleri Primeras experiencias con un amplificador operacional25 Mediante el circuito de la figura2-9 se construye unvollfmetro grfico luminoso. R... se ajusta de modo quefl uyaImA por el circuito divisor con resistencias iguales RI a R I ~Se definen diez voltajes de referencia separados a intervalos detV cada uno. empezando por I V Ylenninando en10V. Cuando E - O V o menor quetV, las.salidas detodos 105ampli ficadores operaciona-les se encuentran en- V ....Los di odos de silicio protegen a losdiodos emisores de luz con-traunvoltaje excesivo de polarizacin inveBl. Al aumentar E, hasta que alcan1.3unvalor en-lIe 1 Y 2 V, s610la salida del ampli ficador1 sevuelve positiva y enciende al LEDI . Observe .v H1O- 1Ul -, ., 2200 1'1' V..n _ 9V R, - l kfl -, ., R,IRa{ IOdolUl 2200 V..o _ 2V Hz _ tUl -, .. ,1 1'1' -" v... , _ t V , , R, _1tn -, nGURA l-9Volmetm de columnaluminosa. Losvoltajes de referencia de: cada ampliricador operacional se encuc:nuan aI V de diferencia. A medida que E, aumenta deIV I10V, delLEO!alLEDIO se iluminan ensecuencia. R, y R1010ll resistencias al1'11.Los ampUllcadores operacionales son miniDIPS 741 de 8 terminales. 26 Capftulo 2 quela corriente de salida delamplificador queda automticamentelimitada a su valor de coro tocircuito que e.sde unos 20 mA. Lasresistencias de salida de 220 n di sipanparte del calor del amplificador operacional. Conforme se aumenta E,.losLEO seiluminan por ordennumt!ri co.Este circuito lam-bic!npuedeconstruirse condosymedioamplificadorescudruplesLM324.Algunosfabri -canteshan disel\ado paquetes de circui tosinlegrados para esta aplicacin. 25.4Detector de humo Otra aplicacin prctica de un detector de nive1de voltaje es un detector de humo. como pue-de observarse enla fi gura2-10. La lmpara Y la celda fotoconductora semontanenuna d-mara cerradaalaque puede entrarhumo.peronoluzdelexterior. Elrotoconduc;:tor esuna resistencia sensiblea la luz..Cuandono hayhumo. es muy xx:a la luz queinci de en elfolo. conductor ysuresinencia permanece en ciertovalor alto,enformatradicional, varios cien-tos de kil oohms.El control de sensi bilidad de10kl se ajusta hasta que seapaga laalarma. .. ....... . . . ....'. . . ''':'. . . ,.' ..., . .. "." ...,.".' .'" R Itn ,,. +t$ V ,.. '" -,,.,, ., '" '. -, nGURA 2-10Si nohayhumo. el controlde $Cn5ibilidad de10 Hl $eajU$la twta quela alarma dejedesonar. Ll luzporlaspart'culas de humo Mee que suene la alarma. Si entra humo ala cmara, tste provocar que laluz se en las partrculasdehu-mo eindda en elfOloconduc lor.sta,a suvez,ocasiona que laresi Slencia delfOl oconduc-lor di sminuya y se eleve el voltaj e por Rt.Amedida que El rebase elVid'V.pasani de- V ... a+ V... Y esto han!.que la alarma suene. El circui to de alarma delafi gura 2 10noincl uyeun rectificador controladoporsilicio.Deestamanera. euandolaspartculasdehumo abando-nanla cmara. laresistencia del fotoconductor aumenta y la alarma se desactiva. Sise desea que /!stapermanezca activada, se emplea el circuito de alarma delSeR que se aprecia en la fi gura 2-8.Esnecesario montar la lmpara ylafotom:sistenda enunacajanegray plana, a prueba deluz,enla que puedapenetrar elhumo.Laluzambientalimpideuntorretto fun-cionamiento.Laredresistivaalaentradadelamplifit adoroperacionalformaunpuente eyrlmna! Primeras experiencias con un amplificador operacional27 Whc:alSlone.Este circuilo puede utilizane para monilorear elniveldepartcul as de polvo enunambiente desala limpia. 2-6REFERENCIAS DE VOLTAJE INTEGRADAS 2-6. 1Introducel6n las referencias devoltajeintegradas seutilizancuando losdiseadores de circuitos y sistc-masrequieren deun voltaje muypreciso.especialmente para definir el voltajede referencia decircuitoscomparadores.as! como para convertidores AIDoOlA. Cualquierfluctuaci n queseproduzca en la(s) cone", i6n(CIO)derderenciadelosdispusitivos deconversinInie consigoenla conversin.Lasfluctuacionesen la entrada dereferencia deun comparador podran traer consigo la pdida de datos o el envio dedatos errneos a un sis-tema de cmputo. Enelcaso delasfiguras 2-7y 28 fuenecesario contar con unvoltaje de referencia,V..r.y servirse deuncircuito divisor de resistencias coneclado entre 10$voltajes de ali mentacin o laalimentacin positiva y latierra. Si bien este tipo de circuito puede fun-cionar en algunos diseftospara pruebas rpidas. o de bajo costo, lo mejor seria uti li zar un cir-cuito integrado o chip de voltaje de referencia muy preciso. Muchos de estos circuitos no son caros (menos del equivalente a I d6lar), permilen conw con una salida de voltaje constante, independiente dela temperaturay sepuedenoperar con unamplio rango devoltajesde ali mentacin.Lasvariaciones de losvoltajes dealimentacin no afectan a sus voltajes derere-rencia.Enalgunos deestoschips se uti li zael principio deldiodo deseparacin de banda a findeproducirunVOltajeconstantede1.2V.Despusdeestevoltajeindependientedela temperatura, aparecen unamplificador y unacoplador para asf obtener voltajes de salida no-minales. por ejemplo 2.S, S o10 V (en el capftulo 3 setrat.anlosamplificadores y acoplado-res).Enotros circuitos de vollaje de reCerencia seutilizaundiodo Zener comorcferencia,y ticontinuacin aparece unacoplador y unamplificadOl para proporcionar voltajes desalida, por ejemplo+5 V Y - l O V, Y voltajesde salida de V y:t l O V. Algunos delos circuitos integradosmsutilizadoscomoreferencia sonelREF-Oi(+10V). elREF-02(5V)Y el REF03(2.5V).Nosotrosutiliz.aremos elcircui to integrado REF-02. el cual nossen-'iri ca--moinU"Oducci6n a losdispositivos devoltaje de referencia de precisin. 2-6.2REF-02 Elcircuito integradoREF-02produceunasalidaestable de+ S.O V, misma quepuede ajus-tarseenmV); para ello seutil i1.aunpotencimetro externo, como semuestra enlafigura2-I I(a). El potencimetro de10kOpermite elajustedel voltajedesali dareol entre 4.7 Y 5.3 V.POC"lolanto, enel caso de unconvertidor AID de 8 bits. elvoltaje derefe rencia se definirla en.5. 12V, con to que se creounade20 mV/bit. (La fCsoluci n delos convertidores AJOse trawt coamayor detalleen el capftulo14.) EJREF-02puede funcionar conunvoltaje dealimentacinquepuede ir de 7 a 40 V, esta caraclerislicalo ha ce undispositivo de referencia de voltaje idealpara una amplia variedad de aplicaciones. En la figura 2 11(b) y (e) semuestran dostipos deencapsulado comunes. 2-6.3AplleM;loftft del derector de nivel de vottaJ- REF-02 Enla figura 2.11 (d) se aprecia cmo conectar elREF02 con un comparador de amplificador operacional para definir el voltaje de referencia Iunvalor de S.OV. EtI este circuito no seuli -28 Capitulo 2 V , ' ..

6 Salidl , Tcmpetalura Ajalo/(: , "'"'l' (1) Cin:vilO de IjllUC deulida. NC NCNC-""1 NC NeroNew (archivo "" >nuevo);O bien, sila\entanade PSpice no est abierta. haga dos vecesel icen eliconodeen laventanaMicroSim.Desernecesari o.agrandeel Vea detrabaj o hasta que ocupe toda laventana. E!explorador delaliSIa de panesbsicas 10obt ienehaciendoelicen llra.- (di bujar) dela Barra de Men, luego haga clic en .Gel New Pan (obtener parte nueva) en elmen des plegable.Esteprocedimiento serepresenta delamanera siguiente: Draw -:::> !LelNewPart Unamaneradeobtener lalista &panes eshaciendo dicen el iconodcla compuertaNANO, en cuyaBarradeHerr.unientasapareeen sobrepuestos"dosdedosque vancami nando".Si ustedemplelllaversin6.3,con cualquiera de:losdosmtodos amerio-resobtendrunmendesplegabl equecontienela li5tabsica delPartsDrowser(expl ora-dor depanes).Haga dic enAdvanced y elmenbisi coseampliarhaslaineluir una ventana en la que: se muestrelascin, antes de que ustedla ponga en el rea de trabajo.Pa-raobtener airasbibliotecu departes.hagadie enelbotn Llbraries (bibliotecas). Si esl usandolaversin 6.2.apare elcuadro Add Browst r Part (aadi r pane de explorndor). Te-clee en la ventanala secci n queleinlerese, sisabe cules;ohagaelic cn BrowM' (upl o-rar) yobtenga la bibli oteca y el men delaliSia depanes. Los lineami entosgenerales para crear y simular un circuilo en PSpiccson lossiguientes: l .Abri r unanueva rea detrabaj o. 2.Obtener cadaparte enlaslistasdepartesy colocarla en el rea detrabaj o.Luego.cerrar lalista de panes. 3.Colocar laspartes tal y como aparecen en el diagrama delcircuito. 4.Coneclar hupanes. 5.Modificar el (los)valor(es) delosIItri butosde:una panes cuando ell o sea necesari o. 6.Ini cial izar los parmetros de configuracin: Analysls=> Setup. 7.Inici lllizar la confi guracin de 111punta deprueba si deseauna grfica:Analysls= >Pro-he Setup. 8.Guardar el diagrama comoan:hivout ilizandolaextensin .SCH. 9.Asegurarse de quenohaya errores dealambrado: Analysi.s= > Creale NeLlist . 10.Ejecutar elprograma parn observar los resultados: Analysis=> Simulatc. Ahoravamos a disear elcircuito deldetector de nivelpositivono inversor delafigu-ra2-5(a).Para ell o se obtendrnlassiguientes partes '1se colocarn enlaseccin que les co-, elyngt";xl maleri , 38 Capitulo 2 rrcspondc del rea detrabaj o.El trabajo sefaci lita siprimero seretlnentodaspartes de unavel y secolocan enlacorrespondiente delrea de trabajo.luego secierra la is-ta de:panesy posteriormente se colocan las parles taly como aparecen en el diagrama de cir-cuito.En el caso de estaaplicacin,utili7.Jlfemos treSfuentes de cdpill'll+ V,- V Y V!d'Las dems pru1esde este ejemplo pueden obtenerse medianle elexplorador de partes bsicas de lavcrsin 6.3. Enel caso de la versin6.2,las seccioocs se cnconlfaI"nenla biblioteca cs-pecificada enla tabla ( 1 despu6; dehacer elie en Bro_ (explornr). Oraw - >Gel New PM .,> UA741 .. :> VDC - > VSIN las CttIC>;ioncsIy S ocmUCSl ... pero no ... UAO lIa pano+V.- y y v ... onda... noicbl OibliOlCCl...... in 6.2 t ......tb _..... - > GLOBAL ""i, .....n:ulb porl.llb pon.&lb ' " ' Vlb ->AGND - > R v, tic .... anaI6Jica. colon cinco I'I:$blor pan. RL Cierre lalista de partes y colqudas como enla figura 2-5(a).(Nota: el modelo deam-plificador operacional de PSpice est incluido enla lista de partes conla terminal inversora en lapaneinferior del diagrama yla terminalno inversoraenla superior delmismo. Pot el mo-mento aceptaremos trabajar con esta orientaci n. Esposibl e cambiarlasterminales siel am-plificadoroperncionalsegiradosvecesyluegoseinsena.Sinembargo,conestanueva orientacin,+Vaparc:ceenla parteinferior y- V, enlasuperi or.)Para conect.nrlaspartes haga clic en Ora"- > Wire (dibujar- > alambre), o hagaclie en el delgado icono del 14-piz enla Barra deHerramientaS. Enlafigura2-18se mueSlrn cmo se conectanlasJU1es . v .v uo , E, ) v"osl , V. , v- v, v,_ - -tSV -V_, IOV - , ,R,_ '" Fn:c:ucn Prolle Sdup y haga clic en A1410malically RIIIIProbt:After Siml4/oliOfl(ejecutar automticamentemuestreo al trmi-no de la simulacin).Luego, abra Analysis-> Setup y haga elic enel cuadroqueaparece junto a Transienl(transitorio). Aparecer una xparaindicar queha sidoseleccionado. Des-pus.haga elic en Transieat yconfigurePritllSIt:p(paso deimpresin) como 0.05rosy Final1iml:(tiempofinal)como20 ms.DeestamaneraProbepresentar dos ciel os com-piCIOSdeunaonda 5enoidalde100Hz.. '5' IOV OV -tOV -u v '" \ blje de:refm:"' V.. ~ [,1 \ de entradaE \./ ,-n_ SeAalde salidave ,/ nGURA2-19PantalladesalidadePSpiceeone5pondientcabnlentrada deOlIdasenoidal de10 V Y unnivel de referencil de 6 V. 40 Capitulo2 Guarde el archivo usando ["lIe'" > San, o haciendo d ie en el icono de Disco de la Ba-rrilde HerramientM.Aunque ustedpuedeutili1McU31quier nombre: dearchi\'o,asegrese de emplear siempre111extensin.SeH.Para comprobar correccionesdealambradose crea unali stadered: Analysis=> Netl 15LSihubieraerroresde alambrado,apaw;er{1I un:!advenencia.Ental caSQ,haga d ie enOK yaparecer unalista delaubicacin oubica-ciones del error.Sinohayerrores. elcircuito ya eslar lislO para ejecuta! el programa desi-mulacin. Este:paSo se lleva a '-!lOOmedianle:Analysis-> Simulate, o mediante la tecla de mtodo abrevi adoFI l . Aparecela "cntana de lapunta de prueba (unapant allanegra). Para hacerlas gn1.fieas..use Iraee = > Add yhaga clie enV(Ei). VIVref) yVIVo1,y luego haga elieenOK. Luego, debernaparecerlastTesformas de onda como seapn:: cia enlafigura 2 19. Para aadir etiquetas alagnificas, use Tj!Ols'" > !.abel.,.> Iext y aparecer un cuadro detexto.Teclee elnombre de13 etiquctaque deseeincluir enla grfica)'luego haga elie en OK. Uti lice elratnparainsenar la etiquetaendonde ustedla desee; repita elmismoproce-dimientoparatodaslasnue vasetiquetas.Paraalladirfl echasuseTQOls= >J,abrJ=> Arrow, Conayudadell'lllnaiadaelextremodelaflechaenelpUnTOdeinici oydibujela fl echa.Haga clieconelbotnizquierdo delratnparaterminar yacabarn dedibujar toda la flecha. EJERCICIOSDE LABORATORIO 2.-1 ,U circuitos de este capitulo se pucderllnn.u. pcobar y us.ara fl'IMICfljde expenmentQde labora IOno.Sinembargo, ts recomendable primero efectuar elupcnmcnto QUCseindu)'cenlafiguro LE21 . ReSuJLDevidenteqllCelvoltajedirerencial de enlIm. El- esiguala cero,Desde elpunto deviSbmatcmtico, la ecuacin (22) predicc que: E_O V.'" "'01.E- (200,OOOXO V)- O V Perosiseconectan12amplificadoresoperacionalesde!tipo741como !oCmUClitraenlafigura, IlproltimadarnentclamiLDddelas13lid35 $epondrina+ V.. Y 105OITMa- V... &lo ofre J, 10 til-.FIGURALEl1 Primeras experiencias con unamplificador operacional 41 l-:z..Medici6tt de laborolOrio O'El; collvenienteservirse de unosciloscopio de doble canalyun generador defunciones para ob!;ervar lalgrfica delvoltaje de entrada y salida en funcin delliempo para cualquiCfl1l de los circuitos quese han uplicildo en elpre5Cnle captulo.lA mis recomendable esconectar elvohajede entrada alcanal A ontintero I deloJCiloscopio de rayoscatdicOli.V. 5I:concda al canal8. Uti/kt ntmpn acoplami.,lIlotn cd,pueJ de lo contrario no sabt1sila lalida esu\ saturad . 23.Medicill -.' IOkU .... AA , 2 ) '" IQkO } V--(E..." ' ..- E- E ". '. V (a) Circ uito pK'IllIlI'W' WIIIduv;1ci6o de\'OIIaF 11;1 lO. Wl""haje desdllOlde:ca "'c.' , O -, 1> , Of-' -, -10 -1> Coo en de I I , r ( nllI _" .. .. OV V. fUlICQde I . i E.. ..+1V (blF""",,, de onda deVI """'" E",,"'O,-oS Vo+V '. .1> FIGURAEa e tnlnsmilcconuna ganancia de- l . Si E... C$ posi,iW,},el valor promedio (cd) deV.Kvuelve::con elmi smovalor. Capitulo3 AMiU." del clrcutto.SiEcdes O V, Y Enaparecenvenido en (lagartancia es - 1) Iver lafi gura )S(b) y (e)].Si Eoj es- S V.apareceala salida como unvoltaje de cd de +SVsobreel cualsesumaE.:.invertido.Si E""es+7V,entoncesE , '" t1. R, _ '''('di.ido:mue tu propia "",$iencla ;n!Cfl\a y lade enl ..... dd ampIlfieador. 6 R, Capitulo 3 -}V.'" -O. 1 \' FIGURA 3-9Comparacin delefecto de carga entre ampliticadores invcrso-resy no invenores en UIU fuente de alla resislencU. 36EL AMPLIFICADOR NO INVERSOR 3-6.'Anll. l.ehl circuito Enla figura3- 10 serepresenta un amplificador noinversor. lo quesignifica que elvoltajede salida,VpOtiene la misma polaridad que el vohaje de cntnlda. E,. Laresistencia de entrada del amplificadorinversor (!leCCin3- 1) esperolaresistencia de entrada delamplificador no inversor es muygrande,porlo general excede a100 MO. Dado queprcticamenteel volta-je quehay entre las conexiones (+) y (-) del amplificador operacional esO.ambas estn c:o-necmdasalmismopotencialEl'Por lo tanto,E IIpll.t'a;Catravs deR , locualprovoca que la corrie nte1 nuya como loindica laecuaci6n: elyngt';xl maleri Amplificadores inversoresy no Inversores E ,."'-R, VoIlljt:uavb okRI es ual. Ej . , , " . 7 R, . 0 v . , , ,. R, l ._ O +Y , 1 op-n r\ + E,-=.. .J . y C.-)Voltajespos;tiyos de cou.da.. Voh.Iuavb okRI ela6, +O , ,. R, l V .,.ISV '--, 2 7 -OP77 6 + 1 " R, . " -"v '" +15V 2 V_ 6 Ref V. 02"", r_"", +ISV 2' 7 -OP-7i:> 6 1 - 15V (b) ! '"menos partes y }v._+sv FIGURA).13(a)Voltaje deJalidaprecisode- .5V;(b)unvoltaje desa-lida de:t5 v. Amplificadores Inversores y no inversores67 Por 10 UIllto,existe la posibilidaddequeuna delasresistencill5 sea de+ 1%,en tanto quela otra puedeser de- 1%. DeeSlamanera seobtiene una calda de voltaje con 2% deerror. 10 que quilsno sea aceptablepara el diseo deusted. Otra aplicacin del REF-02utilizado conunamplifi cadoresla quesemues tra en la fi gura3-13(b). Medi anteeste circuilo se crea una fuente de=5 V utiliu ndo slo un chip REF-02y unamplifi cador inversor. 3-8SUMADOR NOINVERSOR Para conslnlirunsumadorinversor deIJ'eS entradasseutilizaunpromediadorpasivo y un amplifi cador noinversor.talcomo se muestra enlafiguro3 ]4{a).Elcircuito delpromedia. dar pasi vo consta de Irts resistencias iguales RA y los tresvoltajes que deben sumarse. La sa-lida del promediador pasivo es E.... en dondeE.... es el promedio de El' El Y E)oes deci r, E... ""(El+El+ EJ )13.Seconectaunseguidor devoltaje aE... encaso desernecesario un promediadorno inversor (encontrastt:con 10 que sucede enhlseccin 3-4). La salidaVG seobtiene delanmplificacinde E.. conunagafllmciaquees iguala la cantidad de entradas n. Enla figura 3- 14(a).n :3.Para diseilar elamplificador se escoge un valnr adecuadopan laresistencia R. Ahora se encuentraR, a panir de: (3 12) Como semuestraenla figura3-14(a), elvalor deR, deberllser R'"10kO( 3- 1) "20 kfl . Si EhEl Y Elno son fuentes devoltaje ideales. lo que s serfanunabatera o la salida del un amplificador operacional, agregue los seguidorescomo en 18figura3- I4(b). 39OPERACiN CON FUENTE DE ALIMENTACiN UNICA Enel caso de eJgunos diseosde amplificadores esnecesaria unaoperacin alimentadame-diante batera; elvoltaje desalida varIadentrOde unmargendemili voltscomo consecuen-cia delavariacin delos voltajes deentrnda. Lo que usteddesea es obtener unampli fi cador operacional quelosfabricantes comoundispositivocapazdefunci onarcon unu fuenteni ca devoltaje deriela ri el.Dos dispositivos que se comportandela maneraante-rior son el AD820 y elOP-90 de AMlog Dtvices, Estos amplificadores operacionales fundo-nan tanto con unafuente nica como con una doble,Por ejemplo, el AD820 funciona con una fuente doble (= I.S V 8 =18 V)o con una fuentenica ( + 3 V 11+ 36 V). La scilaldeentra-da que se aplica a estos dispositivos selleva a tierra, conto que la salidavara dentroun margendo10mV de cada una delasfuentes de voltaje.Estosdi $pO$itivosseofrecen enen-Cll psuhtdo miniDIP de8 conellioncs y con las mismll5lenninRJelqueJalIImpliJicudore$ ope-racionales 741 u OP-77. Losoperacionalesdefuente nica seusanfrecuen-tementeenaplicacionesaliment adasporbatt:rla,inslnlrnentosportti les.instrumentaci n rntdiea y unidades deadquisicinde datos, Escomn queselosempleepara amplificar se-alespositivas provenientes de sensores como sonlostermopares y los medidores dedefor-macin. En la figura3- l5(a) se muestra el ADg20 alambrado como amplifi cador no in\'ersar con ganancia de10. Cuando seutili7..lelAD820 con una fuente Ilni ca y se deseaamplificar unasella!de ca,esnecesario questaItngauna desviacindecd.o sele combine con un voltaje de oo. corno se muestra enlafigura 3-1 5(b). (Nofa:Este circui to es si milar alsuma-dor inversor que aparece enla figura3-S(a), slo queahora operado con una fuente Ilnica.) a:Idm 68 , Captulo 3 R, ,. , E, RI_ R,,, - 1,: Re3 - 1) .2R +15 V R, 6 , V R,R. TJ' EE,+E1.,.EJ , J

. " J E,'V r -v (b) SiE,. El'JEJ noron devoltaje ideales,bastaconaislar cada UIIa do:ella "2 - 3 =- JV. Sielva-lor deR, esmayor que el deR. el restador tendr ganancia. Cop-y,a:Idm 70 C, _ 2V '"'' , 1 ,, 10lO R/" JO"l "V ,,' -, '" V. V E,_ 2 V 6 R;_ IOkO , Va-E," - 2V 1 '.. RI _ tOUl E: - 3 V (a) Jlmplif1.cador y IUItIlIIIo v - 15 V v 2F.,- , v (b) AmbaoCftltaCbf delJJnIlifoc.oo._ ..... en la eJat>on.cindeUDamplifICador que:cakulc la dif=lIda entre lE 1 Y E.. 6 Capitulo3 V.-El- El __ IV , nCURA 3- 16Do! ejemplos de amplificadores diferenciales500 elsubstrae-tor de (1)Y la utiliZlICindel3mplHicador operacionallanlO como amplificador invenof comO 110invenor en (h). (3- J3b) 3-10.2AmplHicador InllfH'BOr y no InvtNsor Enlafigura3- I6(b),lasealElse apl ica alaentradanoinversora delamplificador y lase-al E2 seaplica 11la entradainversora.Haremos una wbreposidnpllr.lanalizar este ci rcui too Supongamos que se quita Ez'Jse reemplaza por unatierra. lo queElve es unamplifica-dornoinversor con una ganancia de(R+ R,)IR; o2.Esdecir,llevaraV..sloa 2E1, A conlinuacin se reconecta y Else reempl azapor lerra,Elve un amplificador inversor con una ganancia de-1. Ellleva a V.a -El' Cuando lamo Elcomo El estn conectados.res-ponde a V.=2EI-Ez (3- 14) Como se muestra enla figura 3-I6(b),V8 =IV cuando El=2 V Y El=3 V_ Amplificadores inversores y no inversores 71 3 '7SERVOAMPLIFICAOOR :;'11. 1Introduccin Lasseales desegui miento en tierro derodarque recibeunmisil conlcnenvariaci ones pe-quei\asy brevesprovocadas por losrbolesylasviviendas.pero queno afectanlaaltitud. Para reduci r al m(nimo la respuesta de los mecani smos de control de altitud alas de variacin se necesita uncircuito queretrase oabsorbala respuesta deunasalida alavaria-cinen la seMI de entrada.Una analog(a mednica de lo anteri or: lasalida deunservosiste-ma es unarespuesta retardada a su entrada.Enlafi gura 3- 17 se muestra el circuitosimpl ifi -cado deunservoamplifi cador. En estafigurasetratade darrespuestaa dosplanteamientos sobre la operaci6n de los circuitos. e" 1.0llF -R." ov "'" 1:_ 2'1 R,o +I S V ....' "" '" R, " +1$v , -"'" 2, ' > 6 '" -86 J , '" v, __4V R, .J - 15 V lO - ISV " V, _ 2 V R. lO " nCURA 3-11V.mUCJlraunarespuestacon retraso a los cambios de E, ensu circuito de:lCrvoamptificador. l .Si E!est en equili brio. a qu4!correspondeV" en equilibrio'! 2.Cuntotardar en cambiar de un equilibrio a otro enrespuesta :luncambi o de E;! 3--11.2AnAl/sis d.' circuito d&sfNVNmpllflcador Analizaremos el comportamiento del circuito dela fi gura3 17 en dela siguiente manera: l .Supondremosque E; '"2 V, el capacitor e esl cargado.no fl uyecomenteporR, y su voltaje cae a cero. 2.Elvoltajedela terminal2 esigual a E; (puesto que la comente deR, es igual a O) y la retroal imentaci6n negativaiguala alosvoltajesen lasterminales2 y 3 del amplifica. dar operacional A. 3.Por lo tanto,V,:::El' CClp'y'a:Idm 12 Capilulo3 4.V, produce una corriente que pasa por RIly quevale ...VlR._Esta c9menle fluye por HA- V.secrea cuandoI flu ye Qtravs de RJoy deR._ V V"=I (R",+ R8) '" .!L (RA + RIl) R, Cuando H",=R.'"'10 kl, V..=2 V,.. S.Como el amplificador operacional B ticneuna ganancia de- 1,V..=- V ~ .o msbien, V", = - V... 6.Elvoltaje delcapacitorV.... seem:uentrtlenequilibrio cuando E,- VII-Reaumen v" "" 2V, =2E :::t- VA' V..op""El - VR =3E, (3- 15a) (3-15b) Sehadadorespuesta ala preguntaI de laseccin) 11. Ahoramediante dos ejemplos dare-mosrespuesta a lapregunta 2. Ejemplo 3-16 Calculelos voltajes de equilibrio del scrvoamplificador dela figura3- 17. SolucinCon base en las ecuaciones (3-16a) y(3- 16b); l. E, =2 V fuC1'7.4aVI' alval or 2 V. 2. V,.ruena aV ~alvalor 2V, "'"4 V. 3.V.fuen.a aVIIaunvalor -4 V. 4.V.., se estabiliza alvB.lor3E= 6v. Ejemplo 3-17 SiEl aumenta deprontO a4 V, encuentrelosnuevos voltajesde equilibrio. Soluci6n l . E ""4 V rucnaa V...al v31or4V, (uenaa V. alvalor 8V. 2.V. disminuye hasta-8 V. 3.V.. debe c81gllJ"Sehasta alcanz.ar12V. 3-11.3Accl6nde ",fllrdo Los ejemplos 3- 16 y 3- 17 mueslro.nqueV ~debe controlar desde4 ti8 V cuando Ej pasade2 a 4 V. Se produciri unrelraso (a medida queV" se dirige a 8 V) debido a que el capacilor ne-cesi tacargarsede6a12V.Cualquierruido(reverberacin)seeliminaramedidaque cambieE, de2 a 4 V.La constante detiempo de carga del capacilor es: Amplificadores Inversores y no inversores73 (314a) Supongamosquesenecesitan5 constanlesdetiempopara queel capacitorsecarguepor complc:lo. De esla manera.el equilibrio se lograr en: liempo deequilibrio- 5T(3 16b) 3-18 I.CunlO tardaV.en alcanzar elequilibrio en el servoamplificador de la figura3 1?? Solucin Con base en las ecuaciones (3100) y (3 16b): 1=3R e =3(1 xlo' 0)(1X10- 1> F)- 0.3 s tiempo deequilibrio- 51 ""5x0.3 sSI1.5 s 3'2CMODISEIIAR UNCIRCUITO ACONDICIONADOR DE SEilAL'_____ El circuito dela figura3.5(a) tambinsepuedeconsiderar como unmedi o para di seliarun circuilo acondicionador de 5elial(CAS), tilenunaaplicacin de microconlrolador y quese compona deacuerdo conla ecuacin de una lnea recta, y::: mx + b (para este ereclo. elcir cuito anterior seha redibujado en la figura318). Esta ecuacin sepRiscntaconfrecuencia cuando se disean los CASoComparela ecuaciny...mx+ b con el circuito de lafi gura 3 18: y corresponde alvoltaje desalida, V...x es elvoltaje dela sefialde entrada, El'm eo rresponde a la ganancia del circuito. RIRI'y b esRI Rl vecesE.. Por lo IanIO,l i en la apli. cacinqueleinlereua IlSledse utilizaun5en&Orqueproduceuna seal de enlmda. medida respeclo a la lierra, y quehayque amplificar y desviar, enloneeslo quese puede utilizar es un CAS similar aldelafigura3- 18. (Nola;En elcaso de algunos sen.sores se genera unasao lidadiferencial, por lo que para estosdispositivos se necesita un CAScapaz demedir volta jes diferenciales. Este tipo de circuitos se eSludian el capitul o 8.) Para discfiarunaunidad de CASesnecesarioobtenerlaecuacindelcircuito.Estaecuacinseobtienetomandoen cuenta lo que ustedncibe, las condicionesdesalida del sensor, y despus transformandolo anterior en 10queuSled desta, es decir, lascondicionesdeentrada del convenidor A1Ddel microconlrOlador. Estudiemos eSleaspecto. Planteamlento delproblema.Diseilaruncircuit o acondicionador desefialque sirvapara eonectu un&enlOfdelempefllturay elconvertidor AIDdeunmicrocont rolador. EJmargendetemperatura que se vaa medir est comprendido enlIe O y SQ"C; clmargcndel convertidor AIDesu!entre O y 5 V. Se desea quelasalida del CASsea lineal.es decir.que cuando la lempcralura medJda por elsensor es de O"C, lasalida del CASser deO V: cuan do el sensor mide 1000C,13salida del CAS sen. de1 V; Y asf sucesivamente hasta llegar a los 50C,en cuyo caso la salida del CASes de 5 v . Si !oCdcp"consulllr m ejcmplol lOln elprocedimiento 2JXl3E-Ol O ,v flGURA 3-22ModeloPSpice de lafigura) . 2. :J.132Ampl",csdor Inversor: .ntrads de C8 -v - -lSV Con base enlafigura 33 obtenga el madeJo PSpicc del circuito. Defina elvoltaje de enl/'a-da comouna onda iCnoidalconvalorpico de 5 V Y unafrecuencia de500Hz. Obtengala grfi ca de E, y deV" en funcin del ticmpo. Pan empezar, ponga lassiguienlcspancs en el rea dctrabajo. elyngt';xl maleri Amplificadoras Inversores y no inversores 79

NmeroBiblOlcCJIversia6.2 - >uA741 , ""I.alb - > "'SIN , IOUrculb - > VDC , .... o> . , .......... - > GLOBAL ........ -> AGND , ,.... .. Tomenota dequeseest uti li zandouna onda senoidal como sellalde entrada. en vezde la onda triangular que se muestra enla figura 3-3. Disponga laspartes como semucslm en la fi -gura 3-3. Modifique losatributos delasp;utes talcomo aparecen enla figura3-3. Defina 105 atribulos dela onda senoidalhaciendo dos veces cli e enel sfmbolo. Enla ventalladesplega-blemodifiquelos valoresVOFF, VAMPL yFREQ. VOFF = > O = > Save Attr VAMPL= > SV ::::> Sa\'r AUr = > Cbaoge = > 80thoame aOOval"e FREQ = > 500Hz = > San Attr = > CJange Display = > 80th na.me aOO' alue Hagadobledi e en la carga del generador de ondasenoidal sobre R y lImeloE. Haga do-ble elic enla earga de latermi naldesal idadelamplificador operacional y lIrne!oV .. . Va-se la figura3 23. E,R, IOIdl v" VIompl _ jV..... F'roc:_SOOHz. " , v. .v v, -" 13 V lOl:Il o nCURA 3-DModelo PSpice COITe$pondic:mea laligura3-3. - v v, -ISV Para obtener la grifiea de E,y enfuncin del tiempo, hayque iniciali zar elmenu de tran-sitorios.Elija con base enlo siguiente: =>= > Iransienl Cllckon Il'aIlSieDt= > biDt Skp:= >20fLS = > linaJ llme: = > 4ms Guarde el circuito como archivo con extensin .seH. Lleve a cabola simul acin: Aoalysis= > Slmulale Cop-y,a:Idm 80 En la ventana delaPunta dePrueba (Probe),el ija: 7ratt => ,dd = > VIEJ => V[Vo] Capitulo 3 D nombre a las grfi cas y obtenga unimpreso como el que se muestra enlafigura3. 24. 10 \' Sdlal desalicbo / ,v ov _, v

O!!I.Oms2.o.n.2-5....Hlms3.S...." .SnI$ V (E,)V ( V.) _po nGURA 3-14GrificadeE Y V.enfuncindel tiempoCOrT"Qpondienlcal o;: i n;uilo deIIISIlgurM)23 y).). 3- 13.3SUm.tdor Inver.or Obtenga elmodeloPSpice'1simule elsumador inversor queaparece enla figura3-4.Me-diante los IPROBErnueslfc que /1 + /1 + 1,=J"Mida elvoh3je en elnodo de suma. V( - ), as comoVt uti liz.ando VIEWPOINT, ..."NumeroBibliOlKI >1: nin Ii .l _> uA7'U , ""IJll b - >VDC , MlUrft ..l b o > . , -' - > GLOBAL PO'''''' -> AGND7 po"'" -> '''ROBE , .......... ' .. :;.VlEWPOINT , .prdaUJb Disponga y conecle 1M pUles como se muestra en la figura 3-4. Ponga los l PROBE para me dir 11, 12,l J e IJ. as como a los VIEWPOJNT para medir el voltaje en el punto de suma, S y V... elyngt';xl maleri Amplificadores inversores y no InverSOfeS " --R, Ita 3.0006-03 6.00:lE-O)

'''' uA741 , 81 R, '''' , ISV -R, 1 VR, lO '" o nGURA >25ModclQPSpice CQfTI:$pondicnte .1. figura 3-4: elsumaOOr in ...emr. Cambie los alribulos delaspartes de manera quecorrespondan a 105delafigunt34. Guar de elcin:: uitoen un archivo y ejeculela simulacin Analysis- > Simulatc.Losresultados oblenidos semuestran enla figura3 2.5. 3--13.4Ampllflc.dor no Inversor Obtenga unmodelo PSpice del amplifi cadorno inversor que aparece enla fi gura3 IO(a). en cuyo caso R '"'20 kIl. RI '"10 kO y El =2 V. Mediante los[PROBE mida J",J, . 11. e f( -). UselosVIEWPOINT para medirVI.y el vahaje queest en la entrada (-l. Si el paquete de softwan que usted uliliu es el de evaluacin, construya el cin::uito medianle unamplificador operacional 74 1 en vez delOP77, como.semuestra enla figura3- 10(,,).Ponga las siguien. teli panes en elrea de trabaj o. """ N uA7111("\".1I1b -> VDC , oou ........ 1b -, . , rnnl ....lb ->GWBAL , ......... ->AGND , ......... -> lPROBE """" .... .. > VlEWPOlNT , _.... Ordene laspanes e incluya loslPROBE y VIEWPOINT. Guarde cl lITChho y ejecutelasi-mulacin AnaJysi... Slmulale. Losrcsuhad05 aparecen en la figur.l3-26. elyngt";xl maleri 82 8.047E-0II ""141 , , u, 2"" ., -2.0011::-04 r. R, '"'' fi.OOIE4I o ., flGURA J.UjModeloPSpicedelamplificador 00 inveoor deID figura 3- I O(a). Captulo 3 -,r-" EJERCICIOS DE LABORATORIO E, Todos los circuitos de cste captulo sepueden emplear omodificar en los experimentos de la-boratorio. Utilice una frecuencia dI:prueba de 100 Hz.Los autores recomiendan seguir el si guiente orden: J.1.AmpliJicadoru(a)Utilice l. figura3-3paravi rualiur el cambio de fasede180"en elamplific.:lor inversor. (b)Aprenda. calcul:u- Ia ganancia apani, de UI\lIpr=::ntac;n Cfl elru.ci IOCOpio. (e)Aj uste el osciloscopio para obtener una glifica de V.en funcin del liempo; aumente Ehas--taqueV.se cone.De esta manera se provocala saluracin enla !ida delamplificador ope racional. Observe la grtic:a),-y deV. en fulltin deE, Y mida losvoltajes demuracin. Amplificado"" rwj",'CrJ(lTeS (a )Dise!'Jeunamplificador no inversor conganancia de2. (b)Compare las formas deonda '1una gmfica deV. enfuodn de E,con IIISdela figuTaJ ll , IlICede cuando se sobreexcita el amplilicldor? )..).Mtdicin dela "Ju/eno de enl1'l:ulodeIUIltguidor dt vol/(ljt. -(a)ComultelafiguratEJ3paramedirR... AjuMeE;paraS.OOV rms a100Ih: (oodasenoi da1l. Las lerminalel se refieren a un encapsulado miniOl? de 8 le/minales. No midaV... pues cualquiermedidor provocant la C3.Ip del circuito. l!iV 2 7 -, R _2.2MO , '" , r t/ '- '-'"'' _ 15V R,. '. FIGURALEJ.J Amplificadores inversores y no inversores (1:1)Mida V.. &le $erl igualaV... Observe queV.semocho a Er (e)Calcule 1.. apattir de: (d)Calcule R-. a partir de; E - V" R, RJi. " - 1.. 83 Se concluye que l.taistc:ncia deentrada es muyaltay dllTcildemedir.En elcaptulo 9se elplicari por Eno puede ser unvoltaje de 00, y por quf larrecuencia debeser Inferior II kHl. Una de 111$leocionesrn impcXtanle$ que se aprenden en los experimentos de laboratorioreali zados con drcuit05de rcuoalimentaciOnnegativa 1:$11con unO5Cilo5COpiode acoplamien to de cd mida elvoltaje enla enltaCia(+) T'C5pcaoatiemo.DeJpu&mida el enla entrada ( - J tapc VUJ FIGURA 4-3R, Y Rl rctroalimcmanun voltaje de referencia de lasal ida a IQlerminal de entrada ( + ). , Cop-y,a:Idm 90Captulo 4 4--2.2Voltaje de umbral superior Enlafi gura 4-3(a),como semencion.elvoltaje de salida sedivide entre RI y R2> donde una fraccintleVDseretroalimenllla laenlrada (+). CuandoV.""+ V_el voltajeretroali-mentado sedenomi na umbral supuior de \'ollo},.VI/T_Estevoltaje se expresa en(unci n del divisor de 'Iollaje delasiguiente manera: V R,(V ur =+... ) RI + Rl (4-1 ) Para valores de El inferioresaV(I1.el voltaje enlaentrada (+) esmayor que el voltaje en la entrada ( -). Por lo tanto.V" sefijacomo+ V.... Si El se vuelve ligeramente mspositi vo queVUT'la polaridad de E#como se muestra. se nviene y el valor deV.comienza a descender. Ahora lafraccin deV.retroalimentada en laentradapositiva es menor, demodo que E, seincremenla..V. desciendecon mayor rapidez yllega pronto alvalor- V ... : de esta manera,el circui to es estllble. deacuerdo !;on lo que se mueslra enla figura 4-3(b). 4-2.3Vott.je tkt umbral In""'or Cuando V. est en- VNO'elvoltajede retroalimentacin enla entrada (+) se denomina 11m bra/ inferior de voltaje, VLT,y seexpresa como: R2 ( V) ,R.+ R2 - ..1 (4-2) Observe queVL.Tesnegati vocon respecto a tierra,por lo queV..pC:illlanecer en- V....en tantoEl sca mayor opositivo con rcspecto aVL]\yV..cambillJ"l. a+V... si E, se vuelve ms negativo queVLTo queda por debajo de ste. Seconcluyeas!quelaretroalimentacinpositivainduceunasedncasiinstantnea quepcnnile cambiarV" de unlImite a otro con &nInvelocidad.Unavez queV.eomienl,a a cambiar.provocauna accinregeneradoraquegenerauncambio anmlisrpidodeV.Si losvoltajes de umbralresultan mayores quelosvoltajespico del ruido.la retroalimentacin positiva eliminar lastransiciones falsas de salida.Este principioseanali zaenlos ejempl os siguientes. Ejemplo 4.) Si+VNI ::14V enlafi gura 4-3(a). determinarVV7' Solud6nConbase enla ecuacin(4-1 ): Vvr= JOOn 100. 1000 ( 14V)- 14mV Ejemplo 4-2 Si- V.. =-13 V en lafigura4-3(b).detcnninar V L1' Comparadores y ci rcuitos controladores SolucinCon base enlaecuacin (4-2): 100n Vl.T""(- \3V)...-l3mV 100, 100 n Ejemplo ....J En la figura 4-4, El esuna ondatriangul ar aplicada a la cnltada (- ) delB figura 4-3(a). Determi nar el voltajede salida resultante. +f:, \ ' ~ O '.. --' , O E - v_t_ / - ---, , , , , , v"' (' ) , ----, , , , , ,, lo' lb) , , , , ,, ,, -'o v... l o 1 , , , , , , 1" , , , , , , Id) , , , , , , , ncURA 4-4Solucin del ejemplo 4-J. CUando E, cst4 por encima deVur en c1tiempo (e), V.adquiere elvalor- V... Elvoltaje picopico de ruidopodrla ser IgIII1. V..,.o u ~ r .!C, paR bacc:r que EQ!.M'do: por debljo de Vu y de esta I1WICraproducir uncruce falso, Por lo tanto. V..,indica elmargen devolla je pico. pico de ruido. SoludaLaslfnc3Spunlcwas dibujadas enEl enla figura 4-4 locali zanYur y y U' Enelmomento t:. O. El cstj debaj o dcVI.T>porlo queV.. esl4en+V... (comoenla figura4-4). Cuando E pasapor arriba de Vun cnlostiempos(a) y (e). V.cambiarpidamcntea - V... Cuando E vuelvea estar aba jo deVuCfl105tiempo (b) y (d),V.. cambia rpidamente a +V... ~ ecmo la rtttoalirmnlacin positiva hapennitido eliminar 105 cruces falsos. 91 elyngt';xl maleri 92 Captulo 4 4-3DETECTOR DE CRUCE DE CERO CON HISTRESIS -,'" Existe unaestndar que sirvepara mostrar elcomportamiento deun comparador por medio de una sola grfica en vez de dos, cornosepuede observar enla figura4-4.Al grufi -carE enel ejehoriwntal y V. enel vertical . se obtiene la caractersticade\'oltajc de entr.!-da'j salida, como se muestra enlafigura 4-5. Cuando El es menor queVU'V" '"+ V .... La Ir-ReaverticaJ(a)muesln queV..vade+ V ... a- V... conformeEj sevahaciendo mayor que VIIT'La lnea vertical(b) muestra a V..cambiando desde- VMI hasUl+ V.. cuando El sevuel -vemenor queVa . Ladifen:ncia de voltajes entreVur yVLf se denominavoltaje dehisti re-si.s. VH-que un circui to cambia de un estado a Qun con ciena senal y luego regresadel segundo alprimer estado con UDa sealdeentrada difcTtI1It . se dice queeltircui to presePla his/t res/s. Enel caso del comparador con retroalimentacinpositiva,la diferencia enlasse-lIales de entrada es la siguiente: (4-3) Enlos ejemplos 4- 1 y 4-2, elvohaje de hisll!:rcsis es de14mV- (- 13 mV) = 21 mV. Siel voltaje de histresis est diseado para que sea mayor queelvoltaje deruido pi. co Il pico, no habr cruces falsos de salida. Por consecuencia, VHindica qul!:lunlO ruido pico apico es capaz de soportar el circuito . v. - 13 mV _ VLr VoIlIojedehUttmil vH - 27 ro\' - ----;Ct;:v " :- +100 m\' V[JT.14ro\' nGURA4.$La grfica de V.enruncin deE;sirve para ilustrar la camidad de deenun circuito comparador. Comparadores yci rcuitos controladores 93 4-3.2OtItecfor tU cruce de CfifO con hl.tdr... como un elemento de memoria SiE/ tiene unvalor comprendido entre VIJ yVUT' el imposiblepredecirelvalor deV. ame-nosque ya SI ctJtIOv;o. Por ejempl o,suponga queE/ sesustituye porlieITII(E,::: O V) en 111figulll4 3yle enciendelafuentedepoder. El ampli.feadoroperaci onalpasani )"" a + V... o a- V, .., dependiendo dela presencia inclvilabledelruido. Si el amplifi cador opera-cionul pasa a + V.., enlonces.El debcnSir arriba deVur para cambiarla salida. SiV.ha pasa-do a- V.. entonee&E lendni que ir porabajo deVIJ para poder cambiu V.. Por l o UlnlO,el C(')ffipanWor con histresis presentalapropiedad de mtmoria. Eslo cs, si E elle entre VIff y Vu (denlro delvahaje deelampli licador opcrllCionalI"ffuer-da queelLl lti movalor decambio de E estuvo arriba deVUT o abajo deVLl' 4-4DETECTORES DE NIVEl. DE VOl.TAJE CON 4-4, 1Introduccin En los detcctores de crucepor cero de lassecciones 4-2 y 4-3, el vOllaje dehistresisVIIes-t centrado en el volUlje de referencia ceroV..,. Tambin escontar con unconjunto decircuitos que presenten hislt!resis IlIrededor de unvoltaje central que sea positivo o nega-livo. por ejemplo, en una aplic:acin en la que e necesite una salida posit iva,v"' cuando unll entooa El asciendeaunvoltaje deumbralsuperi Of"deVI11IE12 V. Tambinpodr(adarseel caso dequeV.paseanegati vo, cuondoE desciende aunvoltaje deumbral msbajo,como por ejemplo cuandoVu'"8 v. Lasnecesidades anleriore'5CrC$umen enlo gnifi ca deV.en funcindeE.. enla figura 4-6.VH se evalLlapormedio de1:1 ecuacin (4-3) delasiguiente manera: V. .V. I O , I O V.. eafunc:Wn 60El V" IO V vv/ V", . VI2 V I I E, FIGURA 4-6Dc:lector de nivel di:voltaje posilivo.rovohaje di:hiSltn:.tb.V,ot.es.Irnt-tri co n:1pel;tO dd voIu\le centrlldo, V " -v 10 '" 7,.U R (.) La ...... de IIR.. Roo del! yV'" es lo que:Ikccnniu V IIJ' VU' v" Y v.... v, .V, / v. V. llI r.ncidrlde.l:.., .v. "-V"T- t2v { V", _ tOV v" _,, v -1 Vu- Iv E, v,., . 8.12 V v. .' - U2V 10' o , o v" Vm B' "" -v_ f--v,- y. (b)v. Y El 0:1\I\IflCiIIdd t jffl oo.v. CIIfuocinde.E, n GURA ...7Detector denlvoelde II1)jtajenoInversor C\jn.. Elvol . taje del centrO,V.."yelY1lhl\iede hisltfesb,V", no puedenenforma indepeodlenteya que ambos (kpc:nrJen de larelacin 11 . 95 E, )pyrh,)(j mrI 96Capllulo 4 Ejemplo de diSC'oo 44 Diselle el circuito de laligura 4 7 de acuerdo I; on los siguientesvaloces:VUT '"12V Y VIJ'"8 V. Su-ponga que :!:V...:IO" :!: ISV. Proctdl mkqlo de diseiio l . Con base enlasecuaci ones (4-5) )' (4-6) calculeVII)'Vn.: VH=12v - gV = 4V, 2.Calcul ar 1/aparti r dela ecuacin(4- S) : +V...- (-V...) 1/- '" V. 3. CalcularVrrfa partir de laecuacin (4-6): v""Vw = ref1 + IIn 12 V+ 8 V 2 =IOv + 15V - (- 15V) = 7S 4. 10V= 8.S?V 1 + 1n.5 4. [)efinir R'"JO kIl Y I/R'" 7.5XJOkfl - 75 kO. La relacin entre E, y se muestra enla fi -gura 4-7(b)y (e). 44.3Detecto, nlMBor de ni vel de voltaje con Si se intercambianE. y VId en la fisura4-7(a), elrC5ulUtdo eseldeteclO!"denivel de voltaje inversor con (vtase la figura 4-8).Las expresi ones correspondientes p:uaVIff)' Va son: v'"ti(V)++vw In"1/ + 1rdn + 1 , Vn'"1I+I (V",r)+ V... Y VIIson.porlotanto, - v... , + 1 v =VlIl + VLT =(,)v ."2n+ 1rrl V- V_V_( + V. ,,)- (- V.. ) H- UTL r -, + 1 (4-7a) (4-7b) (4-8) (4-9) Observe quetantoV.. comoVH dependen deti'1,por consecuencia,no Onindepen-dientementeajustables. Comparadores y ci rcuitos controladores " -v IOkl6SkfI 1 LSl V.Vm ---"Vv:.--...J (.)1.II!'UII de nR. R, o de" Y V,.r detrmina VII1'Vu. VN y V.... - v, V.enfUllciIIde e '.-V(ff- Il V { "H_ 4 V -1 ,-Vt r- 8V , E, v. IO V O , O vU " OV , FIGVRA 4-8Detector invCf50fde ni velde VQlajet onhiutresis. EJvola je teNral V... y VH no pueden lijustane de manera independienle yl que ambos de pencle de 11 . de diRio 4-5 '." 11 .53 '2V ,-Hagaundiseopara el caso delafigura 4 8,con 105 siguientesvalores:VIIT =12V Y VtT =8V. Para que esteejemplo sea comparable con elejemplo 4-5,supongaque ;tV.. - ;t15 V. Porlolanto, Ve_ .,.IOV y VN.,.4 V. 97 V E, 98Capitulo 4 Procnllmleolo dedl:se:io l.Calculenpor medio dela ecuacin(4-9): (+ V) - ( - v) n ""ti!_ti!_ 1 ; V" ISV - ( - ISV)_ 1 = 65 4V. 2.Cal culeV.. r mediantela ecuacin (48): 6.5+I 6.5(10)=11.,53V 3.ElijaR'"10kfl:por lo IanIO la resistencia nRserigual a6.5X10kn = 65Idl.Losvalores deestecircuitoy sus respectivasfonnas de onda semuestranen la figura4-8. 4-5DETECTOR DE NIVEL DE VOLTAJE CON AJUSTE INDEPENDIENTE DE HISTRESISyDEVOLTAJECENTRAL 4-5.1Introduccin El circuito de lafigura 4-9 es undetector denivel de voltaje noinversor, con a j u s t ~indepcn-diefllt de lahist' " si.s)' det vo//lJje u rJlml.Eneste circui to. el vohajecentralV.,. est deter-minadotanto por 111resistenci a mR como por elvoltaje de referenciaV,u" ElvoltajeV.., pue-de ser elvoltaje de alimentaci n+ V o - V. Hay que rccortbr qu.cel vohajedealimentacin del amplifi cador operaci onalse estutilizando para reducir la canlidad de componentes.El voltaje dehistm sisVII es detenni nado por Inresistencia /IR.Silaresistenci a/I R esvaria-ble,entoncesV N puedeajustarseindtfMnditnttmt ntt dtVw Almodi fi car elvalorde lare-sistencia mR se ajustaVe ..sin afectarVN'Observe quelafue nte de ser\ a1.Ej. debe ser deba-jaimpedancia. - Losvoltajes clave semuestran en 111figura 4-9 'Jestn di$CHndoso evalua-dos por medio delassiguientcs ecuaciones: - V", - -""' m V- VV(+V., ) - ( - V... ) 1/ - UT - LT = v.... = Vur+ Vtr = 2 , _ ~_+V.. +( - V..) m " (4- 108) (4- lOb) (4- 11 ) (4-1 2a) elyngt";xl maleri Comparadoras y circuitos controladores o , ., , E, 741 Av , 6 ! Aj WUV Vur_Lac: nlIada en la terminalJde Aesmspositi'Yquela minal 2. de modo que la saJida A est al p(encialde la terminal 1 o tierra.Esta la lmparn yV.. :: O V.Ahora5uponga queEl desdendeal valor 4.0 Y, o E, < VtT. da (+) de B esmenor que su e ntrada (-), demodo quela sal idaB queda en O V (el en su terminal1).Una' ez ms. esta tierra hace quela lmpara/alarma se que esta apli caci6n muestraquelaslerminalcs desalida del 31 1 pueden quelasalida estaV" - slo cuando lasalida de cada comparador seencuentra 4-11RETARDO DEPROPAGACIN 4-". 1Definicin Suponga quese aplicaunaseal E, alaentrada deun gura 4-1 8.Hllbr unimervalomedible, retamo, en el se propagar Comparadores y circuitos controladores 111 IO V -----o +lS .... v.... 10 v , , .., 7 ) 311A en - , """" - IS .... , V , -, 3118 -/-7 ) ..- v. +IS .... 1.1 ClmUro deleaor de:ftN-. v. Lula"_op..:wh )-V.el!flllCiOO... E, C, -- -- ----- -----V. --_O}R ---:.,." , , o, Vu . "., V lb) f'amIasde CIIIObddde .... ..".de. ,--+ C, VIIJ". SS v nGVRA 4-17Los volt*, de SUpclOf e Inferiorle "mWl dem.anc: . ra independiente en el circuito detector devc"I' ''I . 51,1 Alintervalo propagaci6n. algunos l iempoCopyrdm 112 4-11.2Medicin de' retardo de propagacin desaluracin d, 1l0mV E, depende delvoltaje diferencial .v I V,., ..IOOmV-=- - v (1) Cln:uilO paraprueba dd rcllnlo de propII.mo. Sobretin>de10rnV ". ---- - -j IOOmV . V.... o,__ I(lIS) o268 , , , . , , , , ,...... , -, de propapciII ,, .. , , ): , -, .' V -- - - 4.5nscaradesco -, 1 , , , O1 , ) , ) r (M) lb) El ret:Itdo de pmpqacin es el iD"'rnlo tnnoclllTido6eSC'dnido deunvoltajede cntnda yl.del vol\2jedewido . 1.5V A09696). FIGURA4-18EJreWtlo de propagacin $e mide con el drcuiw de prueba en (1) y se define porlasformasde onda en (b). Comparadores y circuitos controladores 113 Se aplica a continuacin una sena!de voltajeE.que tieneunliempo desubida rpido a laentrada (+) en el tiempo t = O en Ja figura 4- 18. Si El se lleva hasta100 mV,aunque el comparador a punto de conmutar,no lohanI. Sin embargo, si E, sellevarpidamente Il JOOmVmsuna pequella cantid3ddesobntiro, ste se propagar por el comparador_Des-deun retardo,la salida deja la saturaciny seeleva a unvoltaje especifi cado.El valor caracterstico de este voltaje es deI.S V. Como se aprecia en la figura 4-18{b),un sobretiro de S mV trae consigo unretardo de propagacin de 4,SR5parauncomparador AD9696. Los tiemposderespuesllIcaractersti cos delos comparadores 311, sn y 710 Y el amplificador operacional301 son: 311' 52' 710 lO' TlCmpo de pMa WI iClbn:tiro demV(lIS) "O ".. >10,000 1lcmpo de ,p "na )IIf"I un Klbidiro de 20 mV( .... ) '"0 "20 > 10,000 EMPlEO DE PSPICE PARA MODElAR Y SIMULAR CIRCUITOS COMPARADORES En esta seccinseusariPSpice para simular el comportamientode doscircuitoscompara-dores: el detector decruce por cero con histresis y el detector devcntana. En la seccin de laboratorio podr probar el desempeno de u toscircui tos y compararlo con Jo oblenido en la simulacin, demodo que se puedan extraer conclusiones sobreelfuncionamiento de ambos circuitos. Como es probable que la versin de PSpice con la que usted cuente no tenga en sus listas el amplificador operacional301ni tampoco el comparador 311.utilizan:mos el ampli-ficador operacional 741y el leLMIII . La sena!deentrada de eslOScircui tosesunaonda triangular, y USIOOaprender cmo obtener las caraclerfsticas de una onda de pulso para crear una ondatriangular deV.. enfuncindeE" Jl.12.1Slmulscl6n dt11 detector de cruce de cero con hlatreals Remfl asea lafigura4-3y elabore el modelo del circuitoPSpice. Seajuslar el vahaje co-rrespondiente 11la onda triangular conun valor mbimo de1 V Y unarrecuencia deSOOH 7_ Si sequiereobtenerunagrfica deV.enfuncindeE"primeramentesilue,enel rea de trabajo, las siguientes panes: ,,,""0_ lI iblio(ecllwnin 6.2 - >uA141 , ....... - > VPVLSE ,_...... - > VOC , .......... o > . , 1Q' 'OI4Jb - ,GLOBAL

->AGND , ........ elyngt";xl maleri 114 Dispongaestaspartescomo semuestra en la figul1II4.].Modifique seindica enl.fi gura anterior. Luego, > Savr S.ve AtlT SlIve Attr Cierre elcuadro de valores. Haga la el amplifi cador operacional y 1m del amplificador operacionalyVo. R, . >k o nCURA4-19Modelo PSpice correspondiente ala figura4-3. Inicialice el mendelflltl si\(:wi o5. Elija: ,6,uI)'Ilsa> Setup=> Inu",enl (]jek on :,[ranskat -> frint SlqJ:-> 11&5 "">[1al Time:- > 4ms Guarde el circuito como archivo con la c:ucnsi6n.seH. Ejecutela simul acin AnaJysh ,..> Slmulate Copyrh.Jd mfI Comparadores y ci rcuitos controladores115 Enlaventana delapunta demuesueo seleccione: floI""> XAxis~ t t l n p=>I.lserDd"med=> -IV loI V=> Axisyariable=> V(Ei] flot :El>Y Axis Settillgs- > llserDdlnedz> -ISVlo15V Lu.ego elija: ::race,., > Add- > V[Vo] Obtenga unaimpresin comola que se aprecia enla ligu", 420: "V r--------- Simulate EnloyenUUla de la punllldeprueba elija: T l ace""> ,Add"'> V[Ei) and VIVo) Obtenga unimpreso como semuestra enlafi gura 422: '" IOV ,y oy o.O.S msl.Oms 11ompo Ej ms2.0,... nCURA 4-12Formas de ooda de eNTada y del delCClorde yentana ob-lenidas con PSpice. EJERCICIOSDELABORATORIO 4-1.Construya elcircuito de 1Ifigura 4-3, conR, '"10 kQ YR, '" 4.7 kn 1.0 amcriof" produceYOIII' jes de umbralde=5 V. E, es una onda Uinngulat ron UMrrecuencia de100 Hz. (a lDefinaelpicoE, como1.0VY observe que lasalidadelcomparador ,1cambia. Lo anterior muestra la operacin dentro delintervalo de memoria. (b)AumcnleE, a 10 V pico.Gralique El enfunc}(mde tY Y.enfuncinde fconayudadeun O$(:iloscopio de doble uuo (CRO).[)ep1.l, grafique V.enfuncin de Et a parti r dela gr-fica xy deloscilOKOpio. (e)Haga mediciones con base en lIS grtfiCISVtIJ'Vu Y VH. PngalC$las idenlificadooe.o COl"KS-pendientes. 4-2.SfrvMe del ejemplo de disello 4-6 yla figura 4-9 para disdiu uncircuito euya 5alida cocuen en+ y.. en Ca50 deque h. seamayor de2.0 V, Y en- v .. cuandoEl f"esuhcmenor a 0.5 V. Defina R '"10 kn InstalcpolcnciOmctrosGdccuados para nR ylo mR. elyngt";xl maleri 118 (a )Utiliceunafuentedepoderajustable. detipo11IbofalorioparllIE,ooungenerador fieldeimpedancia baja. ( b)ObserveV. enrurocin deE, enun Observe que"R ajustaelvoltaje dehisltresis: Los circuitos de lasfiguras4-13,/4- 16 se prestan I las fonnas de onda de E, en(uncin deI YdeV. en ro. Esunauperieoci.muy I1tilpata aprender a medir V(If tiflque el valor de E, pata elque se producen1!1$Ifallliiciones de 4-3.Emplee PSpice 'Jsi mule eldesempello del circuito de lafigura4-3 la seccin 4 12. PROBLEMAS 4-1.Cmo puede daclc ClJeI1tadequelaretroalimentacinpositiva esa presenteen unamplificador ope .......ona11 4-1.Enla figuraP4-1. R, '" 25kIl 'JRl '" 5 ko. Suponga. piInIlimplificar. que .. " le:{a)Vur' (blVU''J(elVI(. " "--> v v " FIGURAP4-1 4-3.Tomando en consideracinlosvaloresdelproblema 4-2.grafique: (a) E, en enfuncin de 1;(e:) V.enfuncinde E,.Deje que SCIE.UII.Ionda triangular de res pico de:!: 10 V. 4-4.ldelll ifique VVT'Vu'JVI( en las g.-Micas dd problema 4-3. 4-5.Conbase en laformas de onda de El enfundn deI Y deV.enfuncill de: identifi que: (a ) lafTeC\lenclade E; (b)la amplilud pico de E,; (e) el valO( de Vu.;{e)VH 4-{j.Conen l. figura 4-7y el ejemplo de disel\o 4-4, undeleclor JI()inversor voltaje,en el queVUT'"2.0V Y Vu"0.5V. 4-7.A finde:observar cmo semanejan\osvolta.fc$ velde vollaje delproblema 4-6 en casodeque VH ..UV en ambos problemas.) 4-8.Con basee n lafigun4-8yelejemplode discf\o 4-5,diselleuncon una (+)V... cuando IUentrada csltpor rkbajo de VII- 0.5V; (b) do5Uentrada eltt por encima de VVT=2.0v. 4-9,Rcdisci\c el circuito de l. figu11l4-9 en caro de:que VUT _2.0V Y Vu ""0.5 V de disefio 4-6). 4-10. Calcule pan el cireuilode la figura N 10: (a lVou: (b)VH: (elVur:(d )Vu' ",15V. Comparadores y circuitos controladores -v. " ,--..:..., \O ~ _0--.' E, -,;--_1(""') - ---- ---- ------\O - lO - ser igual al voltDjede diodo por lami sma rozn queVG cm iguala V",} en cJam-plificador inversor (vl!ascla seccin 3- 1). 126 Ej emplo S5

c..,.'-1--== ,,-_E, r R, -t: .. SV1 -v.&+ (f,}CoMumo de C\lI ,;rudede ""1' p"",,"clonada por elampllflador .......... iooaI_ E " 1...!.,l mA R, R= I1dl -, IV -v CapItulo5 ncURA S-JVoltaje de carga convoltaje controlado concargas en el circui-to de retroal imentacin. E, o:::IV,R,..IkOy - 0.6 V enla figura S-3(b). Calcul e:(a)lacomente de(b) la cada de voltajea lI'llvt.sdel diodo. Solucin(a) =E/ R, =1 VIIkO=ImA.(b) V_- V.'"0.6V(conunapolaridnd comola quesemuestra). elyngt';xl maleri Algunas aplicaciones de los amplificadores operacionales127 R,_ Elcircuito de la figuraS-3(b) tieneuna desventaja:El debe IOCircapaz deproporcionar la comente. Ambos circuitos en la figura 53 puedenproporcionar corrientes no mayores de 10 mA debi do a la limitacin de corriente de salida delamplificador operacional, Pormedio dela tenrunal de la fuente y deunInlnsistor rdonador puedenproporcionane comcntesde carga msaltas. como semuestra enla fi gura 5-4. '" TlUlistor de .amento de

2N379t fJ. 100 L____ 20mA -t, V n GURA S-4Convertidor dea comenteaha. 5-4PROBADOR DE 0'000 EM,SORDE LUZ El ci rcuito dela figura54 conviene E en una corriente decarga de 20 mA con base en los mismos princi pios expuestos delas secciones 5-1a 53. En vinud de que la terminalde salida del741slopropocionaentreS y10mA.nopodemosservimosdeloscircuitos delas figuras 5- 1 a S-3 que sonpara corrientes de carla ms altas. No obstante. si se aadeun Inln sistor como enla figura54. seproporciona comentedecarla mediantela al imentacin de vohaje negativo. uterminal de salida delamplificador operacional slo debealimentar una comente deb3se.la cualrepresenta,pot' logeneral,l/lOO dela corriente decara.Puesto que el amplifi cador operacionalpuedealimentar una corriente desali da de:hllSta S mA den uo de la base dellransistor. este circuito proporciona una corriente de carga mb ima deS mA x100" O.SA. Un diodo emisor deluz cama el MIEOSO est discftado para producir una brillantez de 750 n. (Iambertspie) siempre que:la corriente directa de diodo sea de 20 mA. El Y Rr definirn la corriente del diodomediante la siluienternnula, J,.igualaEIRr - 2 Vfl OOn - 20 mA. AhorapuMc medirsela brillantez delos 1 ID fcilmente,deunopor uno, paIl! propsitos de pruebao de igualacin. dadQ quela comente quepasropot elida diodosed elUlctamente ual a 20 mA.independientemente delvoltaje directo delosI,EO. Valela pena obaervar que es pD$ible conectar en JCrle una carga de dO$LEO can c:lcir-cuito de reuoalimentacin. y ambos pueden eonducir 20 mA.La carga tambifn puede conec tarse en la figura5-4 entre lospuntos AA '(los cuales estn en serie conel colector deliran-sislor) y condueen cerca de 20 utA. EsIO se debe a que las corrientes del eolector y el emisor de un transistor soncasi iguales. A la carga que est en el circuito de rerroali mentacin sela IllUllacargo flo,an,e.Si un extremo de la carga est conectada a tierra se trata deunacarga corvcuufa o ,jerra. Para alimentar una comente constante en una carga conectada a tierra hay que:USIITotro tipo de circui to,del eualse hablari enla seccinS-S. Cop-y,a:Idm 128 Capitulo 5 5-5ALIMENTACIN DE CORRIENTE CONSTANTE AUNACARGACONECTADA A TIERRA , 5-5.1Convertidor de voltaJe a corrlente Al circuito de lafigura 5-5 se lopuede considerar como un convenidor de voltaje diferencial a comente, debido a quela corriente decarga h dependedeladiferenciaentrelosvoltajes de e ntrada Ely E, ylaresistencia R. h nodepende de la re!islcncia de carga Nt; por 10tan-to.siElyEl sonconstantes, lacargaconectadaaticrrascnial imentadaporunacorriente constante. La comente de carganuye en cualquier direccin. demodoque este circuito po-dra suminislnIr o di sipar corriente. , ov{ , R , IL' El csti por debo;o deE2 1. l i El por arribAde E2 nGURA 5SConvenidor devoltajedifcn:ncialIcomenteofuentede ro-mente consume CQfIcarga a tiC111l. La corriente de carga h se determina mediante: I_El- El l .- R (54) Si IL es positiva ! ignilica quenuyehacia abaj o, comoaprccitt enlafigura5 5,'JVL espo-sith'o con respecto a tierra.Sihesnegat ivaquieredecirqueVL esnegati voconrespectu a tierra'Jla corricntefluye hacia arriba. El voltaje decargaVL (noIvdepende de laresistencia de cargaRI.>deacuerdo con (5-5) Para estar seguro deque elampli ficador optrocionaJnosesature,hay queconocer el valor deV.,.mismo que se calcula de la siguiente manera; ...2VL - El (56) El funcionamiento del circuitosemuestra enlos siguientes ej emplos: CClp'y'a:Idm Algunas aplicaciones de los amp/lllcadores operacionales 129 Ejemplo 5-6 Enlafigura 5-5. R=10 kn. El:zO,RL =5 kn y E :E5 V.Calcule:(a) 1.1.:(b) V.I.;(e)V.,. Sol ucin(a)Mediantela ecuacin(5-4): 5V - 0 h=- '""0.5mA 10kfi (b) Con base en la ecuacin (5-5): VL - 0.5 mAX 5 kfi - 2.5V (e)Segunla ecuacin (5-6): Vp'" 2 X 2.5V =5V Alinvenir la polaridad deEj seinvierte 1.1. y la polaricbd deV.. '1deV.I.' Ejemplo 57 En la figura5-5.R=10 kn. El'" 5 V,R.I.=5 kO'JEl=O.Calcule:(a) fL: (b)VL: (e)V".Compa. re este ejemplo con el ejemplo 56. SoIudn(a) Por medio dela ecuacin (5-4): 0 - 5V h>::la k.O=- 0.5mA (b)Deacuerdo con la ecuacin (S-S): V""- 0.5 mA X 5 kO=-2.5 V (e)A partir dela ecuacin(5-6): Vo = 2(- 2.5V) - 5 V :z- IOV NOIa: Enel ejemplo 5-6.V e hestn invenidos enpolaridad y direccin.respectivamente. Sise ioviene la polaridad de El' IY VcambilUldesigno pero 110demagnitud. 5-5.2FutHJte de corriente conmmte .". con c a ~conectttdlf. tierra Eneienasaplicaciones.comoladel recubrimiento electroUtico,esde5Cablealimenlaruna corriente alta. devalor constante, a una carga conectada a tierra. E1circuito delafigura5-6 propon::ionanf corrientes constantes superiores a 550 mA siempre que el uunsistor di sponga de un disipador de calor apropiado (por encima de5 W) y una beta alta (fJ>100), El circui-tofunci ona de la siguiente manera: elvoltaje del diodo Zener se aplica a unelltremo de la re sistencia sensora. R,. Y a la entrada positiva delamplificador operacional.Dado que elvol - elyngt';xl maleri 130 "J R,_SO O V,_5 V +IS V -, , Ov '" 2N3791 , - 1, 3 "" v. .Bu)R, Il- t -O.IA -15V FIGURA 5-6Fuente de all.l corriente consUlIllC. taje difen::nciaJde entrada es O V,el voll,"::J.r ... ~...jtravts de da R,como la' V. crean la corriente en elemisor. 1,. constante enVI R,. sor y la del colcclor de untransistor bipolar de unin coleCIO\'"con5tituye la corrienle de carga,' 1.>el -dapor V, y por R,. Si Elvoltaje Der; denoser asf.cl lrllnsislor y presentan oscilaciones, agregue una resistencia de100entre 5-5.3Conex16nde l.u lld.de un mlcrocontrollldor con un tran. m/sor da 41120 mA Un circuito digital TTL,unmicroprocesador.unmicrocontrolador o una se comunican con elmundoexteri or mediante unlenguaje binario en el que slo bolos: O y1.Sus correspondientesvoltajes ell!ctri cos son:bajo (100 kOx1 p.A=0. 1 V; (b) 100 kOx50 ;.A'" 5.0 V. 5,8AMPLIFICADOR DE CORRIENTE Lasfuentes de seHal con caractersti cas de altaresistencia se.elplicaron en la se u.,4741I~... ~ .. > \fDC - ~. ->. , Q., ... lb .. >GLOBAL JIG".-Ib -> AGNO , ........ - >'PROBEI --.... Disponga laspanes comosemuestra eneldiagrama delafiguraS-S, incluyendo tambi t n a lPROBE paramedirh .Definaelvalordelu resistenciasidentificadascomoR delasi-guienlemanera: R,= Rz=Rl= Rt""IOIdl, E, - SV,El= 3VyR, =IkO. Luego, esco-ja Analysls=> Setup ... > De S,.,eep. Abra DC S,.,ecp y escoja: S"'ept Varo TypeSI:>Volt.ae Soura y SWHp Type-> Linear Ahora defina: .Marae""> VI, Sta[t VaJue-> SV,End }:aJue - >SV,Incremml"" >IV Sel eccione: Nested Sweep"" > Swept VaroType- > Voltalc Soun:e - > S_p 1Ype.. > LlneAr Ahoradefina: tiune -> VI, Start Value-> 3V,End Value-> JV,lncftmml => lV Enesta simulaci6nnose desea ejecutar Probe. Para eliminar la ejecuci n deProbe: haga die en: Do Nol Auto-Run Probe Guarde el8JChivo que tiene extensi6n .sCH y haga e1ie en AoaJysls- >Sbnulale. Enlafi gura5-1 S se muestra elcircuito completo con elvalor dela corrienteh. 144 v, ' v ", E, , -- " w R, "W "w -v uA7.j , , 1

, '1.051 ,, v, !"00--, UI .v-v R, v,--lOlU R, 1 W l!lVlo 77'2.00lE- 04 ';'0 FIGURA SISModel o PSpice compoodientea la figuraS-S. CapItulo 5 EJERCICIOS DE LABORATORIO Todoslos circuitos incluidos eneSle capitulo sonidneos parohacerexperiment os delabo-ratorio.Para remediar lapresencia de oscilacionesen105circuitos que contienenunlransis-IOC,5e acona elalambrado y se conecta un capaci tor de 30 pF entre el colector y la base. Los siguientescircuitos son bsicos ymuyilustrativos. 5-1.Construya elvollrmetro de alta ruistenda de la figura5-2.Utilice diodosIN\l14.Para obIcJle1el movimiento de unmedidor de 50 p.A puede \WIDeunSiman260 (o con unVOMJemejante) alscJcccionM la escala de O a.so AA. Sfl"la5e de un a1:unbre para eSUlbJecer unpuente entre elin-IClTUplor de fundOOCly una caja de dcada deresistencias para simular losyaloresrequeridos de Panrolognr llUlyorprecisin mantienela frecuencia deE,entre100 y1000Ht. 5-2.Utiliee un lener de 5.1V Y unIN914 (o bien undiodo par" adquiri r uperieneia con losdevoltajea corrientedelafigul'353. 5-J.ConiltfUya la fucntede corriente constAnte de la fi lura 56. Tome los datos )alll graficar 1" en fun cin de RL Y VL en funcinde RL cuando RL .. O a150 n. Si00 se dispone deunZcncr de5 V. por unaresistencia de5 kn y reempla la resistencia de1.8knpor una de10 kn. $-4.Disel\e. construyay pruebe un circui todc5viado!- de fase lafigura5- 13)para produci r un cambio derue de-90" a1kHz derrecuencia. Oblenga la grfica de enfuocin de E, enun oscilO$CopiodellIy05eatdi cos.DepureR, (tajadedtcada) o6,(reoJcnei a)paraobservalun circuloperfecto. 5-5.Redisd!c elci rcuitopllJ"ll.obIener un cambi o de fasede- 90"en1590Ht. Conlos d:1I05recaba dos grullque6 en funcinde la frecuencia enunpapelsemllogarftmlco en unmnlo que cubra de 15Hz a15kHLE, .1 V pico. 5-6.Utilizando PSpice. cambie RL de la figUfll 5 15a10 kl y calcule el valor de h . ObIcnga UfIQcon clusinsobre elcircuito en cuantoa fuente de corriente conSllInle. Algunas aplicaciones de los amplificadores operacionales145 PROBLEMAS 50 1.Con baseen el ejemplo ,5.]ylafiguraS- l . lupong .. que In - ImA Y la resistenciainlema del devMado delmedidor esR,.- IkO. Si E .. - 1.0 V Y R ..1 til, obtenga: (a) l.; (b)V ~ . '"1.Hay que reemplazar un sistema demedicinmvilde1 mA. en el cual R.. "1 kO en el circuito delafigura5-2.Rediscl\elasresistenciasRi pMa obtenerunadenexindemedidor deescala cumpleu cuando: (a)El ":!:6 Ved; (b) El "6 Vrms; (e)E, .. 6Vp-p;(d)E,'"6V pico. 53.En1.figuraPS-l, completeel alambrado esquciMlico entre amplificador operacional. diodos:y miliampcrimetro. La corriente que pasapoteJ ampct1meb'O debe dirigirse: de dercc:ha a izquierda. R',.LOMO !OCIaslasrv",iooe.. lodoIlo5 n.ftIOS 900 '" lOO'" Eotrada ( -) (1IC"1fO) nGURA PS-J 5.4.Calculeunvalor deR"" en la figuraPS 3. demodo que elmedidor leala escalacompleta cuan do El.. S V Y el selector deni velse encuenlre en la po$idn S v. 5.5.Suponga que el selIXlor de nivel sebaila en l. posicinS V en lafiguraPS-). Calcuk:101;valo-res delas siguientesreslstt:nciu que le den una dellexin delmedidor a C'$Calllcumplel) de jV: (a ) R_cuando E, - 5V_: (h) R, p-p $iE,- 5 Vp-p: (e)- R, picu cuando E;- ~V pico. ~ .Con las condiciones de cin:uito quese presentan en elproblema 5-4: (1)cuAles.on losdiodQs que estjn conduciendo comente7 eb) CalculeV.. Supon,a quelalicadas del diodo son 0.6V. 5-7.Panola fuente de oonienle consuuue de 1, figuraPS7: (alInce lllllechl delemisoryscl\alcsi elUVlsblOl' esnpn o pnp:(b) obtenJa 1: (e) calculeVL. 5-8.SiV.- 11 V'I E - S V en 1, figura S-3, calculeV, elyngt';xl maleri 146 V +15 V ,. !S V ", .n 7 , .n 1" , , } " " .n R, 700n - 15v FIGURA PS.7 59./ deber.et iguala 20 !nA en la figura 5-4 cuan E'"- 10 V. Calcule5- 10.Defi na qut es una carta floWitc. Capitulo 5 Son.Enla figuraS-S, El= O V,R '"10 ill Y Rt...S ta. Calcule ' ", VL yV.ctWl(\o:(a) E'"- 2 V; (b)E; - + 2V. 5-12..Enlafigura5-5,El...O V,R...10ka y RL ...1 kt Calcul e h .VL yV.para: (a) El...- 2 V; (b) El...+2 V. s..U.Enlafi gura5-,. E, '"El '"- 5 V YR .. RL ...S kG. Calcule h . VL Y V... $..14.SuatiluyaV, enla figura5-6 poi' una resiuenei Bde 900 n. Calcule L' 5- 15.Dibuje el circui todeunarnplificlXklr opaacil)l1alque consum; comenle de cortocircuilO de una fuente de lefta!Y laconvierta en unvoll.lje. 5-16.Unarotocelda CLSM9M tieneUIUlresistenciaaproximam.de10 kn bajo unailumin...:inde 2 fe.SiEl ...- \OVenIa fi gura 5-9, calculeRJ para unV.de 0.2V cuando la celda fotoconduc-tora se ilumina con2 fe. 5-17.Cambie la resi stenciamultiplicadora IJIRenla figura S-lO a unvalor de 49 kn. Calculeh. 5- 18.Enelcircui todelafigura5- 12seinstaJauna cclda solar la cual tienenunacorrientemb.i mIen cortocin::uito de 0. 1 A- lse.(a) EscojaR demaneta que seobtengaY.- 10V cuando ' se- 0.1A.(b) Un sistema deun medidor de SOsirve para indicar Iescala complm cuan-do lse- 0. 1 A.Calcule R-- si RJI "5 kO. 5-19.la resillencia R occambi a. 10 Ul en el ejemplo 5_ 14. CalC1J le el"'gul o de fRK9. 5-20.Disehc un dc5viadorde faseque produzca una desviacin dr-W a1 Hz.Escoja e / entre 0.001, 0.01 . 0.1 o1.0 .uF; elddx., estar entre 2 y100 Ul elejercicio delabor-.lOrio 5-4). 5-21.Disel\cuna desviacin de fasea1590 Hl.Despus.para el disello deusted,cal cule: (al9. 15 Hz; (b)9 a15 kll zelejercicio delaboratorio5-5). 5-22.Calcule la comente neta quenuye por R enlafiguraS-14(bJ sila temperatura del AD590 es de lOO"C.CalculeV.. Soll.Calcule la corriente neta que pasa pof R, en 1,figura 5-14{b) cuandola tcmpcratulll es de10000F. Calculey .. Sol4.Calcule elvalor deR, de lagura5-14(a)para disdlar un circuito acondi cionador desel\al que cst.dconectado conel ,onvertidor AIDde un microcontrolador. Elmngo devoltaje delronverti-doresdeOa5V. elyngt';xl maleri , CAPITULO6 Generadores de seal Cynt::Ja OBJETIVOSDEAPRENDIZAJE Alterminar la lectura deeste caprt ul 0 sobregeneradores des e ~ a l ,sem capaz de: Explicar el funcionamiento de uncircuito multi"ibrador, trazar un diagrama de la fonna de onda de suvoltaj e de saliday cal cular sufrecue nciade oscilacin. Construirunmultivibrador monoeSlabl e y explicar elpr0p6si to de estecircuito. Mostrar queconectando dosamplifi cadoresoperacional es.tres resistenciasy uncapacitO!" se puede construiruneconmico generador de ondatri angular/cuadrada. Predecirlafrecuenciade oscilacin ylaIlmplitud delosvoltajes deungcnerodor deonda triangular unipolaro bi polar ymencionar sus desventajas. Construir ungenerador deondadientedesierra y expl icar cmo se puedeusar I!sle como convertidor devoltaje a frecuencia.modulador de frecuenci a o circuito de modul acin por desplazamiento de frecuencia. Conectar un modulador/demodulador balanceado AD630 par.l quefuncione como unamo plificador de ganlUlcia conmutada. 147 CopyqhtaI=- I S V.calcul e (a)Vur; (b) VLr. SoIuciD(a)Mediante la ecuacin(6- 1): 86.n l86kllxISV - 7V (b) Mediante la ecuacin (6-2); 86.n Vu=186kO( - ISV) =- 7V Ejemplo 6-2 Calcular el periodo delmul tivibrador delejemplo 6-1si R,= 100 kO 'JC = 0.1pF. SoI0ci6.Utili zando la ecuacin (6-38),T = (2)(100 kIlXO. 1 pP) = 20 ms. Ejemplo 6-3 CAlcul arla frecuencia de oscilaci n del mullivibrador del ejempl o 6-2. SoIuei60Con base enla ecuacin (6-3b): I f=20 X IO- ls- 50 Hz Ejnnplo64 Demostrar por T = 2 R, C cuando Rl ""0.86R.comoseindka enla ecuacin (6-30). SolucinElliemponecesario para queuncapacitar C seeargueadeunaresistencia a panir deun detenninado voltaje de pasando por unvoltaje objerivo.hasta llegar a unvoltaje de paro se expresa en genuaJ como: I '""R C In(ObjetiVO- Arranque) IObjetivo_paro Ce>: ynq>elm.::c 152 Captulo 6 Aplicando laecuacin alcaso delafigura6-2.se abeienc: ( +V .. - V,,) t i '" R/e In+ V.., _Vvr Silasmagniludes de+ V ... Y - V... soniguales, cllfrmino que est entre paltntesis se:reduce a: +v- RJ (-V) ...RI+ Rz... " +v- R2 (+v-.\ Dado queIn 2.7 18,..1, eltrmino Insereduce entonces aI si o bien Ahora t,=R/ ey tl - R, Csi Rl'""O.86R, . Por lotanto.T = t,+ ' 2 ""2R, C. 8-2",ULTIVIBRADOR MONOESTABLE 6-2. 1Introduecl6n El mull vibrador mDIIOf:stablcgenera un solo pulso de uJida como respueslll a unasel'ial de: cnlrada. La longilud delpulso de salida depende delas componentes cUernas (resislencias y tapacilores) que esl!!n conectados con el amplificador operacional . Como semueslrll en la fi gura 6-3, este multivibrador genera un solo pulso de salida en la transicin negativa de Ej.La duracin del pulso de enuada puede ser mayor o menor que el pulso de sal ida esperado. La du-racin delpuJsodesal ida estrepresentado por 1en lafigura 6-3.Dadoqueunamodifica-cindeTslo sepuedehacer cambiandolasm;islern:iaso105capacil ores.almultivibrador monoeslable se le puede cOrlSidernr como un t!fISWldlOdQr dt! pulso. Esto se dcbe a que elan-cho del pulso de salidapuederesultar mayor que el del pulso de entrada. Adems. esle mul -tivibrador nos inlrOducealaidea de:un retraso ajustable. es decir. elrelrllSOentre elmomento cuando E, se vuelvenegat ivo y el momenlO cuando sevuelve de nuevoV" posilivo.ElC:SIU-dio delfuncionamientodelmultivibradormonoestable se dividir entres panes: ( 1) estado estable; (2) tnln.$icina1estado de temporizacin:y (3) esUldo de temporizacin. Enla figura 6-4(a)V.. tieneunvalor+ V ... Eldivisordevoltaje RIyRlretroalimenlanVur alaentrada (+).Vur esU!expresado enlaecuacin(6- 1).EldiodoDI fijalaentrada( -) a unvalor aproximadamente de+0.5 V. La entrada (+) es positiva respecto ala entrada (- ). yla elevada ganancia alazo abienomultiplicada por cJvoltaje direreocial deentrada (E ... 2. 1 - 0.5..1.6 V) mantienen aV.. en el valor+ V ... Generadores de se-'al153 E, of---,- -----rT--. o -=1 -=1 FIGURA 6-3Sella!ck entrada El 'Jpulso de JIIida enunmultivibntdor monoestable. 6-2.3rra,..kl n a/e. lado Mtemporizacin Sila sef'ial de entrada, E.se encuentra a unpotencial de cd estable. como enla figura 6-4{a). la entrada (+) se mantiene positiva respecto a la entrada (- ) y V.se mantiene en+ V....Pe rosiEl sevuelvenegativo enun valor picoEvaproumadamenleigua)omayor aVfJT,el voltaje en la entrada (+) aJclnl.ll unvalor por debajo del voltaje dela entrada (-). Una vez quela entrada(+) sevuelvenegativarespectO dela entrada (-). V.cambiaa- V .... Con estecambioahoraeJmultivibradormonoestableseencuentra ensuestadodetemporiza cin. Para obtener mejores resul tados la constante de tiempo. Nle ;.debe ser1/ 10 dela con5-tante detiempoRI C, menos. 6-2.4&flIdo de 'emporlzacln El estado de temporizaci6n esun estadoinestable,lo quesignifica queelmuhivibradormo-no puede durar mucho tiempo en este C5lado poi'lassiuientcsnlwnes. Las resi5-lCn , .&v . '. --IS V (1) Eli1uerador 741'1d titeuilole \0"crM pwo ..... P"'ir WIr7w1ur de OlIda oiaDl"l.... - IS' SaveAU.- ->Display-> 80thaOOvah..: TD -> O -> SanAttr TR=> in, => SanA"r TF -> lIu => SavcAU.-PW- >50s- >AUr PER=> Sil ""> Save Attr La definicin de los valores delospulsosse define de la mismamanera en el cuadro que apa-rece, dado que la Cuente- V se girISO grados, al gua.!que como sehahecho con la ruentes de alimentacin de cd conectadas a la tcnnnal4 de otros amplificadores operacionales. Haga dos vecesclie enla conexindelcapacitar y n6mhrela Ve.Haga die dosvecesenla COIlClillque va de la tenninalde salida del amplificador operacionaly nmbrelaVo (vbse la fi gura6- 13). 176 ''" "y Oy ., y - 10V e, v, ,,.., Capitulo 6 v U.A:41 ,'

6V. )v+/.<

"' .v R, 86 tn o FIGURA 6-13Mo;xicloPSpccdelmllllivi . brador Paragraficar Ve Y V.enruncin del tic:mpohayque inici aJ izar elmen transitori o. Analy.55:: > Setup=> Escoger Iransitot Hacercl icenI.... nsitot -> frint Step:=> O.lms => Iinallime:=> 60ms Guarde el circuito enunan: hivo que tenga e:tlellsin .SeH. Ejecutelasimulacin: Analysu > ,simula' e Enlavent ana delapunta de prueba. elija: raee ::::>Add -> V[Vc] oc>V[Vc) Dnombrea lasgnUicas y obtenga unimpreso ,omo elque semuestra en la figura6- 14. 1+- Periodo. T- .,,. b-=_.L-,---'=*-- n GURA&. 14Fonnasdeondaudc."lId-lor ydelvoltajede salidageneOldomedianle elmodelo PSpi ce delafigum6-13. O I10 1m:20 ms30 1m40 1mSO ms To""" Generadores de seal177 IIultl"lbrtldor monoestable Di sefleelmodeloPSpicedelmultivibrndormonoeslable quese muestroen la figura6-4. Si usael paquetedeoftwaredeevaluacinPSpice,uti liceelamplificadoroperacional74 l. Grafi quc E; y V" enfuncin del tiempo. Coloquelassiguientes partes enel readetrabajo. g,_ A> g., f'fewPwt N'-ro Bib/WIICIf rri6n 6.1 .. >1IA'.lI ,...... .. >Dl1'"OO21 ,... "" .. >VPtJtsEIsourtulb .. > VOC1.oun:ulb o > . ........ ' _>C 1 - ... ' .. >GLOBA- I. pon.slb .. >"GNU , pon.slb Coloque todas laspanes y arme elcircuito como se muestra en la figura64.Modifique valores de acuerdo con lo quc 5Cindica que enlafigura 6-4,pero defina Rl'"2 ka Ipara que los resultados se aproximcn lo ms posible a la ecuacin (6-4a)J.Y defina VPULSE paraun pulsonegat ivo de10 Vcuyo anchoesde 0.1 ms. Los val ores delpulso se muestranen lafi gura 6- 15.Haga d ie dosveces en el sfmbolo deVPULSE y defina losvalorcs como corres-ponda. Haga d icdosVCf;e5en la conexinquesale deVPULSE e idenliftquela comoEl. Identifique la salida delamplificador opcf1l(;jonalcomoVo. Vaselafigura6. I 5. VI_ O v1- JOV 11)_0 TF .. t lUl llt .. l... PW _0.1l1li PER .. 4 1T1l -e, 0.01j1f "V o D, OIN4002 c, DIN400l R,_ OOill o R,_ \OOUl ,v. H,_ OO ill R,_ lill o nGVRA '-UModelo PSpice de:unmultlvibrador lTlOOOC$lablc:. ., .,-, - -\SV elyngt";xl maleri 178 '" I O V ~ 'v f-o -, - 10 o. Capitulo 6 Para obtener una grfica de El YdeV. en funcin del tiempo hay queinicializ.ar elmen tran-sitorio. Analysb-> MluP= >Escoger lranslml Hacer elic en Transltol'" > binl Step:.,. > 100us .. > [iRa1 Time:=> IOms Guardeelcircui to como archivo con cKlcnsin .seu. Ejecutela simulacin: Analysis= > Slmulate Enla ventanade la punta de prueba seleccione: I:race-> A.dd => V[EI) => V[Vo) Identifiquelasgrficasy obtenga una represent acincomo seaprecia enlaligura6-16. 41M6ms FIGURA (;-16Fonnas de ondapar .. el mulo ivibradormonoestablemodeladoenPSpice en la figur11(,,1:1. 6-10.3G.nerador de onda trlsngular bipolar Disene el modelo PSpice del generador de onda tri angular bipolar quese aprecia en la figu-ra6-6.srrvasededosamplificadoresopemeionales741.GrafiqueV",yV"enfuncindel tiempo.Ponga las siguientes partes en elma de trabajo. Parl.Humt:roBiblilllr'a vU$iII6.1 - > 1lA7412e'o'ab.lb -> VPULSE2,...,..,.,.slh > . ualOJ..I1b >C , anoloa; ..lb -> GLOBAL , ,...b - > AGND , porulb elyngt';xl maleri Generadores desef'i al 179 Coloquelas partes,modi fi quelosvalores yarmeelcircuito como semuestra en lafigura 6-6.los valores de VPULSE sedefinen de la misma manera que en la seccin 6- 10.1 sela fi gura 6- 11). R, '"'' f,o e, O.OSl1f -, uA741 , -, R, \I-OSI6 '. J \1+OSI 10kll , , , u, ., o pR 2"" U2 , \1+= 2 \1 _ OSI - , uA741 ., -, '. R, _ 10 ti) o FIGURA 6- 17Generaof de ondauiangular bipolarmodelado conPSpi cc. Para graficarVA yenfuncin deltiempo, defina el men transitori o: ADIlIysis= >Escoger l ransienl Hacer cl ieen Iransteol""> Print Slep:-> O.Olms -> final TIme:=> Jrm " Guardeelcircuito como archivo con .seH. L1eye a cabola simulru: in: AnaJysls- > Slmulale En la ventana de lapunlade prueba elij a; Ira => Add : > V[VA) - >V(VoJ v, .ro.. o v:-V , o Identifiquelasgrficas y obtengaunarepresentacincomo seaprecia enla figura6-18. 6-10.4GtHM dor de onda triangular unlpol., Modifique el model o PSpice de la fi gura 6- 17 a finde .;crear el generador de onda triangul ar unipolar mostrado en la fi gura 6-7. Enla lista de panes de PSpice obtengaun diodoIN4002 y con6c:telo en serie con pR (yase la fi gura 6- 19). Guarde el ci rcuito enunarchi vocon el( lensin.seH. elyngt';xl maleri 180 R, '''''' '" rr-IOV OV -" - 10 I - "V="", O I1mLO mo1.51m2.0 ms2.5m.3.0",. r .... CapItulo6 FIGURA6-18Formasdeondaprooucid:r!ledianleelgencntdorIk'onda triangular bipolarIT\O$lradQen laflllura6- 11. Siga el procedimiento dela6-10.3 paraobtener una grficadeVAy Vg (vt:aselafi -gura6-20). e, " 0.05 I'F ,.. " -v uA741 , u, R,7 v-os.6 v, 3, 3v+ ar:,,.,, V-"OSl . , 2 V_OSI -, , .v uA741 o D, D''''''' .v V. -v ,,_ lO'" o .v -v v,t' f\. o v,-V FIGURA 6- 19Generador deondatriangularunipolarmodelado conPSplce. elyngt';xl maleri Generadores de seal181 LOV OV .'V - l O V -15 V O.\ .0 ms1.5ms2.0 1m2..5 'lIS3.0110m,.. F1GURA6-20Formas de OIldaVAyV. oorrespondiemes al generadol de onda uiangular unipolar de lafigul1l6-19. EJERCICIOSDE LABORATORIO Algunos de loscircuilos que se mOSlraron en este capCtulotienen solamente elpropsito de iniciarallector ysepresentaronparafacilitarla ex.plicaci6ndelfuncionamientodedichus circui tos.Lossiguientes circuitos penni tirnlograruna excelente experiencia en eldiscllo 'f anli sis de generadores de selldes. Las siguientes sugerenciaspodrllnservir como pumode partida de a lgunos experimentosbsicos. 6-1 .(a )Construyael circuitodelmultivibradordelafilUl1J6- 1.utilizandoromovaloresparaI()j, componentes los quesedieronen los ejemplosdel6-1116-3. Dibujelasfonnas decoda de Ve yde V.. (b)Grafiquehufrcroenciaenfuncin de RI' conforme R, vara de100 a 10 kO. 6-2.(a)COIItruya elmultivibradormonoestable de:la figur.l6-4.tloqueR - 10 kn en estccuo. de milflCfllque:'Tsea aproximadamente 0.2 mi. l b) para E,unoscil&dor de onda cWKlnlda0011una frecuc:ociade 500 Hz a3 Vpico.Uti-unOKiloscopio pmi elpulso de,alida. Vare elvalo!"picode1:.: afindeen-contrar cu41es elvalormfnimo para disparar demanera cooflable elmultivibr;)(lor monOCllab\c. Ce)Monl10roe Il leonina!2 afinde observarde recuperacin anlesydepu6sdeft-dir D"y R" dela figul1l6-3(a).Q . 6-3.Ca)Construyaeloscilador de ondastrianguw ycuadrada de lafigura6-6.Mida con cuidadula forma de (){IdaenV"yV,CQJ1un osciloscopi o.Los,"QItajespico po5ilivo yli -geramente diferentC5, MI como elliempo rujuerldo pal1lada semiciclo. (b)Co(lCde una resistencia de10 kil atravfs pe:laresistenciaR para duplicar larelacIn tk re-sistenciap.Verifique que la(recume;. deoscilacincuiseduplique.. la ecuacin (6-6) ].Las amplit udespico de la onda triangular caJ\se rWu.:irtnmlamitad lacin(6-5)]. (e)Conecteundiodoen eleln:uitoen laparte(al p&11Iasl observar laondatriangular unipola. del. figura 6-7(b). Asegllroe de que el OSCilOKopiOtenga aooplamienloIcd afindepoder ver queV.$e meuentra eucuuncnle a OV enIUpico inferior.Invierta el diodopMaasf ob servar una ondatriangular unipolar negativL 182CapflUIO6 ti.4. el circuito de la figura 6-8 y el ejemplo de diserto 6-8 para el ("lISOde un oscilador coo. troladoporvoltaje de bajafrecuencia qK:producea II salida unaondadientede sierra.Varie el vllor de E, de-1I- 10 V YgraflQlICla frecuencil delvoltaje de nmpa en fu ncin de E,.Lafreo cuencia deber! aumenuulillCalmellle alaumenw E, de100 aLOCIO1I z. 6-5.Da8U$totrabajarconJoscircuitosilUegmOOsaVlLlll.a005delasfiguras69a6-12.Los autores hanpresentado los circuitos ILIl tetlorcl de awcrdo con elordenen que deben U5afSCet1ellabora. torio,Par.!completar unoscilador deprecbin de onda5C:noidalttrian8ularlcuadrada.lospllSOi que quellevar a son10$siguientes: l . el circuito de la figura 6-9(a). AjusteVe para:!: 1 Vpico.100Hl..Midalasfonnas de ooda de la fi gura 6-9(b) para aprender acerca del funcionamiento del AD630 como ampUfiea. dor de ganancia conmulado.Luego, quiteV....Ve Y guarde elcircuilo. 2.Conecte elA0630 alcircuito 11.081 (o al741)delafigura6- 10(.)y observeUIIucelente generador de ondatriangular/cuadradadeprttbin. Notequelafrecuenciadeosci lac:i6n nQ vara conforme usted modifica V.... para definir los voltaje pico de las ond:l$ triangular y cua. d!1lda.VaeR afinde modificar lafrecuenciay obsen;e que lospicos no varan (puestoque slodC"pendedeV.... ). Guarde elein;uilo. 3.Use el circuito de lafigurl6-11y el ejemplo 6-12 para aprender acerca del AD639.Guarde el circuito. Ahorayadispone de tOOOllos " ingredientes" para elaborar elproducto final. 4.Conecte elAD639 (paso 3) con elgenerador de onda triangular deprecisin (pll$O2)aro llW elgenerador de onda senoidaVcuadradallrilllj:ular de prisin de la figura 612.Vare el valor de R desde100 hasta 10 Wlo que le pelUdtiriobstrvar lorki l que es variar lafrecuen-cia senoidal en una d&:ada. desde10 a100 Hle..Clunbieel valor de e a0. 1 JlF; otnerve que la rrecuencia varia de100 aI.OCIOHz para la mllma variacin de '!eWe100 huta 10 kO. (No la:liSImpl iultlespiro detodaslas ondaspermanecenigualy !j()nindependientC$delarre-cuencia.) 6-6.Annc cada uno de 101modelosP5pice mostrados en la6-10. PROBLEMAS 6-1.Haga dos dibujof; de un circuito de mullivibrador. en el cual R, - 100 tO. R - 86 k!l,R, - 10 kfl yC - 0.01#J.F. Mueslreladelacorri ente que ci rculapore y calculeVUT y Vucuan- +V... ..-V...- - ISV. Calcule lafrecuencia deoscilacin delcircuitomul tivibrJdor dcl problema 6-1. 6-3.En el CIlSOdelproblema 6-1 , si elvalor de e se modifica a 0,1, acaso se e$perara quelafreo cuencia de WJda oscilaraB 500 Hz? (VSC:elejemplo 6-3).Cmo habra quemodificar R, pa-niumcntar la frecuencia a1.000 Hz? 6-4.Elmul li vibnldor monoestabledelu fi guras6-4 y6Sgenera unpulso de "lidancg;ui voen res puesta auna sel\aLde entBda que ti ende aser Cmo habra que modificar estos circui tos afinde obtener unpuLsode ul!da cuando se daunatransicinapositivo en la entrada? fi...5.Explique quf signi fi ca ellmnino tirmpo Ik rrcr.nracII mon.cwJlablt. 6-6.Dibuje uncircuitomultivibradormonoestableconunauHda que genereunpulsonegativo con ImI de duracin y con un tiempo de recuperacin de aproximadamente 0. 1 oo. 6-7.PatlI ,implifiarlo.supong.aque 105 voltajes desaturacin deloscilador de onda triangularde la figura 6-( son::!: 15 V, R" R .. 10 kO. e .. 0.1#J.FY pR.. 50 kO. Calculelos voltajes pico de la ondatriangular y lafrecuenci a de ow:ihtci6n. elyngt";xl maleri Generadores de seal 183 6-8. Con ba.seen el circuito del oscilador de onda triangular de la tiJUl1I.6-6. qut liueNe conlos vol-tajes de salida picoy conla frecuencia de osci lacin si(1) slose duplkapR; (b se dupl ka J-loy (e)se duplica slo el capachor CI 6-9. Cambie elvalor de pR a14kIl Yel de e I0. 1en elgmerador de onda triangular unipolar de la figuraCalcule elvoltaje de salida piro y Jarm:uencia de O$Cilacinraultantes. (VtMe el ejemplo 6-7,) 6-10. Pan!el cuo del de onda diente dede la figura6--8(a),",ponga queV.. ,- 1 V, R - 10 kn y quee- 0.1(alDeduzca una npresi6n para lafnxuenc:iaenfuncinde E,. (b)CalculefcuandoE,- I VyE,- 2V. 60 11.Lu preguntas siguientes se rerleren alcircuilodelmodulador balanceado AD6JO de lafi gura 6-9. (a)Dlp cu!1 es c:Inombre de Iaplicacin panlla que se conecta el A0630. (b)Cuandol. tmninaltieneunvoltajepositivo,quiamplificldofseeligey cu61tli el... alor deV.? (e)Suponga que V... e luna ontU sellOidalpico de.: IVY la terminal9I1 V.Qu sucede enV.cuando la terminal9 se cambiaa - 1 '11 6-11. La figura6- 10 muCW'3unoscilador de onda triangular/cuadrada de precisin. Tres componeRles controlanla Jalida de voltaje pico y la frecuenciade oscilacin RjoC. y V.... (a)Qu! hacecadaelemento1 (b)u rl""tCUClnciade oscilacinpuedeIjustaneindependientementedelvoltajepicoyvice versa? (e)Out se debe hacerpara cambiar larrecuencia de100. sao Hz y elpico de=5 "a =1 " ., 6-1l. - 0.866" en el circuilO generador deruncin senoidal dela figuTO!6-1 1. (a)Qut ngulo ,ep,Ck"llla lo anterior? (b)Cuil es elvalor del voltaje angular de entrada? 6-14. Enla figura 6-1 1 calculev. cuando elmgulo de Ctllradasea de 30"Y la lenninal10conee tada con (a) la terminal 9 o (b) la terminal10. 6-15. Oisel'le unoscilador de on,j senoidtJ cuya freo:uencia se puedavariar de 0.5 a 50 Hz tan slo con una resis.J.enciavariable . elyngt";xl maleri 184 CAPTULO7 Amplificadores operacionales con diodos Copyr'"TI ''"' OBJETIVOSDEAPRENDIZAJE Al tenninar lalectura de estecapftulo sobreamplificadores operacional es con r capaz de: Dibujar elcircuito de unrectificador de mediaonda (otineal ) deprecisin. Mostrar elflujo de corrienle ylosvahajes de circuito en unreclificador de precisin.tanto para entradas positivas comonegativas. Hacer lomi smo para elcaso de rectificadores de onda complera deprecisin. Dibujnr dos tipos de circuitos rectificadores de onda completa deprecisin. Expli car elfuncionamiento de uncircuito detector depi cos. oAadi runcapaci tordemediaondadeprecisinydeestamanera' construiruncircuito convenidor de ca a cd(valor medio). Explicar el funcionamiento delos circuitos de lOnamuerta. Dibujar circuitos reconadores de preci siny explicar cmoruncionan. AmpHficadores operacionales con diodos185 Mencionar, por lo menus, cinco reas en las que se utilizan los rectificadores de precisin . Simul ar con PSpice circuilosde amplificadores operacionales con diodos. 7-0INTRODUCCiN ALOS RECTIFICADORES DE PRECISiN E, 1.0 O, O -O, +E , .0 O -1.0 Laprincipal limilaci n delos diodos desilicio comunest:.squeno son cupacuderei.:tificar vahajes por debajo de 0.6 V.Por ejemplo, enlafi gura 7.I(a) se mueslra queV" noresponde o.entradaspositivasinferiores a0.6V,para cJcaso deunrectificador demedia onda cons-truido conundiodo desilicio ordinario.En lafigura7. I(b) semuestranlasfonnas de onda deunreclificador de media onda construido con undiodo ideal.Siempre quehayavohajes E, / (V(lill) " . .. ' Diodo ' .0 , .0 V"enfUIICi6n de al/ido'. deE , / (\,OIl.J R,.V.O E, , - 1.0 -1.0- 1.0 -V. la) los diodos tules 110 son ClplOlS de roctinc. pe-v , D, Off 6 n,

-D, 1+ 6 D, 00 } v = O V e n-&! nposilivo " V",, _ V... _ O.6V .. - (el. 0.6 V) :}v -:z " - (-E,) e+E cu.anOof; "..qMivo Val- V"l "0.6 V _ E, .O.6 V }VOl.. O Vcuando Ii: el hClltiyo lb) Cuando E el IItpl;""',V .. O V ,v.... 50:pollIVIl. FIGURA '5Etce circuilo in"erte 'f separa laspolaridvb de la sella! do:en tnIda La salidaposhivI enV.2 indica queesncgalivoy una sct\a1negati-va enV.1 indica que El espitivo. &tu salillas debenser acopladas. e Amplificadores operacionales con diodos191 '., 0.2 --,E, +O.lV, , \/ , , , , '-, , , , , , , , , E - 0.2 V02 V , , , , , , , V.1 en tun - D, o , 3 , ,A v YQo _ E+O,6 V , _ 2.6 V - LSV R, - ISV e Ve- 2V 2 V -- Reinicio0.1" " ' '/' , R,_ 10 kO ' / V- E E, __ ovD,.. ActIvado "-- -l -

O8 A D, Desactivado v v VO,oIE- O.bV ov __ 1.6V ci Ic .l V -R( jnicio " l b) ClWIdo E es menor queVC' etnaftlieft,r,IU"Dluje al.-.loe pllmo de E, mb alto. nGURA 710Circuilo .seguidor de 'jIc:lencdor o de: pico.Los amplificadores operacionalesutilizadosSOIIdeldpoBiFET se pue DIN.a02 - >VSJN _> VDC - > R - > GLOBAL _ > AGND Mi_m , 2 , , ) , , Biblloruo. 6.1 ..... "oUJb

MlUI'tt.stb -'oa.alb port..lb port..olb elyngt';xl maleri Amplificadores operacionales con diodos 207 Coloque laspartescomo se muestray modifique losatributos de t'SIa5. deconformidild O =:> Sa\'e Attr VAMPL =:>lV => Savc:AU.. -> Chan.c:Display- >80th name:and value FREQ ""> 1kHz -> Save AUr - :>Display ""> 80th name andvalul' Cierre elcuadro que apared.Haga dobleelic enla conellin quevadela ondascrwidaJ3 R e identinquela comoE,.Haga dic dosveces en la conelli n quc sale de laterminaldel c-todo del diodo D1 e identifiquela comoV. (vtase la figur