escuela politÉcnic nacionaa l facultad de ingenierÍa
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
PROTOTIPO DE REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA
DE FLUIDOS MEDIANTE EL CONTROL DE LOS
CAUDALES DE ENTRADA
TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO
DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL
BOLÍVAR PATRICIO ORTIZ TÜLCAN
NOVIEMBRE - 1991
CERTIFICACIÓN
Certifico que esta tesis ha sido
realizada en su totalidad por
Bolívar Patricio Ortiz Tulcán.
Ing. Marco Barragán B.
AGRADECIMIENTO
Mi sincero agradecimiento a los
señores Ing. Marco Barragán e
Ing. Patricio Burbano por su
valioso aporte en la dirección
,/L' y realización de este trabajo,v*
A RIZITO
CONTENIDO
CAPITULO I : INTRODUCCIÓN
1.1 Introducción 1.1
1.2 Enfoque del problema 1.5
1.3 Posibilidades de solución 1.8
1.4 Descripción general del trabajo 1.14
CAPITULO II : ANÁLISIS TEÓRICO DEL SISTEMA
2.1 Características generales del sistema 2.2
2_2 Diagramas de bloque 2.5
2.3 Modelos matemáticos 2.11
2.4 Compensación 2.13
2.5 Análisis de Estabilidad 2.14
CAPITULO III : DISEfíO DEL SISTEMA REAL
3.1 Fuentes y circuitos generales 3.5
3.2 Circuitos electrónicos especiales 3.16
3.3 Sistema sensor de temperatura 3.23
3.4 Actuador 3.40
3.5 Interfaces 3.51
CAPITULO IV : RESULTADOS EXPERIMENTALES
4.1 Pruebas de laboratorio 4.1
4.2 Características del sistema 4.12
4.3 Análisis comparativo con los resultados 4.20
teóricos
4.4 Extensión a otras aplicaciones 4.23
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1
ANEXOS
A. Tablas
B. Especificaciones del equipo
C. Diagramas constructivos
D_ Prácticas de Laboratorio
E. Memoria técnica
BIBIOGRAETA
CAPITULO I
-~i«•
INTRODUCCIÓN
1.1 INTRODUCCIÓN
1_2 ENFOQUE DEL PROBLEMA
1.3 POSIBILIDADES DE SOLUCIÓN
1.4 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL TRABAJO
C A P I T U L O I
INTRODUCCIÓN
1 _ 1 Introducción
El presente trabaj o aborda un tema de indudable
importancia en el cotidiano desarrollo de la humanidad,
esto es el control autónomo de un dispositivo para
efectuar una función especifica.
El automatismo ha tenido en los últimos tiempos un
avance sostenido en todos los campos técnicosy en lae más
diversas actividades humanas.
Si bien esto ha contribuido al adelanto tecnológico
de los pueblos, no es menos cierto que ha tenido no pocos
detractores, por su influencia negativa en el campo
social: de hecho cada automatismo disminuye el campo de
1.1
trabado para el hombre, cada industria automatizado en
alto grado implica cientos, miles de brazos innecesarios,
relegados a un papel secundario o completamente nulo.
Sin embargo, de una o de otra manera, los efectos
secundarios del avance tecnológico y el automatismo de
procesos son positivos y benefician a la sociedad en
general, a unos más que otros, pero en algún momento cada
hombre aprovecha de estos procesos.
Asi, la importancia de los sistemas automáticos de
control aumenta en la misma medida en que los
conocimientos científicos y tecnológicos se han puesto al
alcance de todos los hombres.
Efectivamente ya casi no es posible imaginar un
proceso en el cual no se puedan aplicar los principios
del control automático.
La versatilidad de las tecnologías desarrolladas
permite adaptar técnicas logradas a una interminable gama
de procesos industriales, económicos e inclusive a
fenómenos sociales.
El fundamento, sin embargo, no es nuevo. La
realimentación de la información, el cerrar el "lazo"
entre la causa y el efecto para conocer si se está
obteniendo lo deseado es algo tan obvio que el hombre ha
•utilizado esto quizá desde su aparición en la tierra. Se
entiende desde luego que el hombre, con sus sentidos y su
accionar participaba en el proceso. Lo nuevo, lo
revolucionario, es obviar acción humana alguna y dejar
que "los sistemas trabajen solos", dejar que actúen según
los requerimientos especificos.
En este orden de cosas, el presente trabajo aplica
la teoría del control automático en la construcción de un
sistema autónomo de control de temperatura. No se trata
de un profundo análisis teórico, lo cual sería
infructuoso, sino más bien de plasmar buena parte de los
conocimientos adquiridos en un prototipo que trabaje
aceptablemente, dentro de las limitaciones dadas por las
características de sus componentes mecánicos, eléctricos
y electrónicos.
Este trabajo no tendría importancia si no diera como
resucitado un sistema suficientemente compacto y versátil
que a la par que permita el análisis teórico fundamental
del fenómeno, demuestre que su implantación práctica cae
dentro de los parámetros y límites esperados.
Su esperada aplicación en el Laboratorio de Control
de Procesos en Tiempo Real de la Facultad ha hecho que se
tenga un especial cuidado en su diseño y construcción,
dotándole de variadas posibilidades y cierta flexibilidad
para su mejor utilización en las prácticas, habiendo
1.3
seguido, en lo posible, una técnica "modular" de diseño y
construcción.
Con estos objetivos, se ha realizado el presente
trabajo con la siguiente estructura:
En el Capitulo I se presenta la Introducción al tema
desde un punto de vista general, práctico y cualitativo.
Se enfoca el problema del control automático haciendo
referencia especifica a la variable temperatura y se
describen algunos métodos posibles de solución a la
problemática planteada. Finalmente se tiene una
descripción general del prototipo indicando sus
principales características.
El Capítulo II hace relación al campo teórico del
sistema. Constituye una aplicación directa de la Teoría
del Control Automático al caso estudiado. Se ha realizado
tomando en cuenta las características aproximadas de los
elementos reales que conforman el sistema y que en
general presentan alinealidades. Se incluyen los
respectivos análisis de compensación y estabilidad.
El Capítulo III constituye la esencia del trabajo,
pues aguí se diseñan los componentes del sistema físico,
se hacen las correspondientes mediciones, comparación de
resultados, y se toman las decisiones del caso conforme
se va avanzando en la construcción del prototipo, ya sea
1.4
en lo relativo a partes mecánicas o circuitos eléctricos
y electrónicos.
En el Capitulo IV se describen las pruebas de
laboratorio y los resultados obtenidos. Se tiene un
resumen de las características del equipo finalmente
construido, y se hacen notar las diferencias entre los
campos teórico y real. Se esquematizan también otras
aplicaciones para las que podría usarse el prototipo.
Finalmente se presentan recomendaciones y
conclusiones del trabajo desarrollado en orden a tener
una verdadera aplicación ya sea en el Laboratorio o en
cualquier proceso industrial.
Los anexos proveen de información sucinta del equipo
construido, tablas de referencia y se definen dos
prácticas de laboratorio para los cursos de Control
Automático.
1.2 Enfoque del Problema
El problema propuesto, y que se propone solucionar
con este trabajo, es concretamente la regulación de
temperatura de un líquido, para superar la variación de
las características de los componentes físicos del
sistema, como pueden ser: variación del caudal, de la
presión, variación de la temperatura en uno de los
1.5
fluidos o en ambos, viscosidad de los fluidos, etc. Lo
anotado "amerita entonces el diseño de un sistema
realimentado para eliminar esos efectos, o al menos
disminuirlos hasta límites apropiados.
Asi, se detallan a continuación varios factores
reales inmersos en el problema de fondo:
1.- Características del fluido empleado
- Viscosidad
- Variación del Qp con la temperatura
- Forma de calentar el fluido
- Forma de evitar pérdidas caloríficas
2.- Propiedades térmicas de los componentes
- Efectos de dilatación térmica
- Conductividad térmica
- Variación de propiedades eléctricas
3.- Tiempos de respuesta
- Del elemento sensor de temperatura.
- Del actuador
4.- Coordinación entre los elementos electrónicos y
mecánicos. Precisión en componentes mecánicos.
5.- Un diseño modular. Es decir que el equipo se
componga de módulos electrónicos, mecánicos y
1.6
electromecánicos de manera que su montaje sea
relativamente sencillo y su reemplazo, en caso
de daño, sea más fácil al conocer exactamente
la función de cada módulo.
6.- Alternativas de trabajo.
Ya que se trata de un prototipo para uso en el
Laboratorio, a más de la reproductibilidad
confiable del experimento, debe adaptarse de
una manera cómoda y con pocos cambios a otros
experimentos.
7.- Consideraciones energéticas.
La cantidad de energía empleada para el
calentamiento del fluido es representativa lo
gue obliga a diseñar un medio de aislamiento
térmico y de ser posible hacerlo recircular.
En general la problemática del control de la
temperatura implica procesos de intercambio de energía
calorífica, en los que se deben considerar las pérdidas
por conducción y radiación.
En este trabajo, por razones prácticas, la acción
del prototipo se circunscribe a conseguir el control de
la temperatura del agua desde 20 a 80 °C aproximadamente.
1.7
1,3 Posibilidades de solución.
Se presenta una relación sucinta de los principales
aspectos que, de manera general, describen las
posibilidades de solución a la problemática planteada.
Se encontrará una relación más elaborada en las
partes pertinentes del Capitulo III, donde se
particulariza sobre la opción más viable que se elija
para incorporarla al diseño y construcción del prototipo.
A) _ Para el proceso de control de la temperatura se
tienen, entre otras, las siguientes alternativas:
1,— Una primera opción consiste en controlar
directamente la fuente energética (C) que provee el
calor y el consiguiente aumento de la temperatura
del fluido, manteniendo constante el caudal,
representado en la Fig. 1.1
Fig. 1.1 Control directo de temperatura
En este caso basta únicamente un ducto. En el
modo más simple, un elemento de tipo resistivo, como
una niquelina, se pone directamente en contacto con
1.8
el fluido y se alimenta con tensión de potencia
variable según la temperatura deseada. El problema
se reduce entonces al control de potencia en a.c.
Este tipo de control es directo y versátil. El
rango de la temperatura controlada dependerá de la
máxima disipación del elemento resistivo y del
caudal empleado. La ventaja principal radica en que
el sistema de control tiene exclusivamente
componentes eléctricos, pudiendo usarse elementos
estáticos; no se emplean elementos mecánicos móviles
como se verá en otros casos, lo que siempre conlleva
complicaciones de orden técnico-práctico.
Si la fuente de energía calorífica C no es
susceptible de una variación relativamente fácil, se
puede entonces modificar el caudal del fluido
circulante, de manera que se consiga la variación
correspondiente de su temperatura, como lo indica la
Fig. 1.2.
1-2 Control de temperatura de un liquidopor variación de su caudal.
1.9
Obviamente el inconveniente a primera instancia
es que se obtienen diferentes caudales a diferentes
temperaturas. Es necesario, un servomotor M acoplado
a una válvula que controle el caudal, es decir que
aparecen elementos mecánicos.
3.— Si se tiene el fluido a dos temperaturas,
"fría" A y "caliente" B, como se indica en la Fig.
1.3. Se obtiene una mezcla en proporciones adecuadas
para que dé una temperatura determinada C, dentro
del rango comprendido entre esas temperaturas, . Es
el caso de los intercambiadores de calor, muy usados
en la práctica y que es objeto del presente trabajo.
Cada uno de los fluidos pasa a través de una
válvula que regula su caudal. Las válvulas son
accionadas por el motor M, ya sea en forma
independiente, es decir un motor por válvula, o en
su defecto mediante un sistema de engranajes con la
utilización de un solo motor.
A
=
Fig. 1.3 Control 'de temperatura mediantevariación de los caudales.
1.10
Al tener un solo motor es deseable que las
válvulas tengan una "simetría" de caudal en las
diferentes posiciones de apertura.
En este caso es necesario contar con el "tanque
mezclador" T, en el cual los fluidos caliente y frió
intercambien calor hasta dar como resultado una
mezcla homogénea a una temperatura requerida. Como
una consecuencia de ello se produce en el proceso un
tiempo adicional de retardo en la respuesta del
sistema.
B) - Por otra parte los factores de orden práctico
inmersos en la problemática general del presente
trabajo tienen las siguientes posibilidades de
solución:
1_— Según el tipo de fluido que se usa, los ductos,
válvulas y forma de control será diferente. En el
caso de los gases todo el mecanismo debe ser
completamente hermético, y se emplean válvulas de
escape para el caso de que se produzcan presiones
excesivas.
Al trabajar con líquidos puede ser del caso
utilizar materiales anticorrosivos, válvulas
especiales, etc., según las características de los
mismos. Particularizando, para el caso del agua, se
1.11
tiene las opciones de usar acero inoxidable,
pinturas epóxicas, tubería de cobre, mangueras de
material sintético, teniendo en cuenta la
temperatura que deben soportar.
Para calentar el líquido básicamente se tienen
dos posibilidades. La una consiste en calentar el
líquido en su propio reservorio para obtener una
temperatura estable aún cuando el caudal sea
variable. La segunda alternativa sería calentar el
líquido únicamente al entrar a la válvula de
control, en cuyo caso la temperatura obtenida
dependerá del caudal.
2_— Para minimizar la disipación del calor en el
ambiente, se usan recubrimientos especiales en las
partes críticas. Puede usarse lana de vidrio,
asbesto, etc. Por otra parte el cobre es
recomendable por tener un coeficiente de
conductividad térmica bajo con respecto a otros
metales.
3.— Para tener una respuesta de tiempo adecuada se
usan sensores de temperatura de semiconductor cuyas
características son muy adecuadas para el objetivo
deseado. En general, si se sumerge el dispositivo
sensor en el seno del líquido se tendrá una buena
respuesta de tiempo.
1.12
4.— Para dotar de cierta flexibilidad a los acoples
mecánicos se "usa un sistema de "pasadores" por
manera que los diferentes dispositivos adaptan su
posición entre sí dentro de un margen apropiado de
"juego".
5.™ Cada subsistema del conjunto debe ser
implantado de manera independiente. Lo que se debe
hacer entonces es subdividir el sistema
adecuadamente para que se realicen las pruebas por
separado. Al integrar el conjunto las "uniones", en
lo posible, no deben ser fijas.
En la parte eléctrica y electrónica significa
9."ue se hacen las interconexiones entre los
componentes con cables tipo banana o plug, al igual
que tarj etas de circuitos impresos con funciones
específicas.
6.— Para optar por diferentes modos de trabajo,
además de lo anterior, es necesario definir
claramente cada uno de los subsistemas eléctricos o
mecánicos en lo relativo a condiciones extremas de
funcionamiento, y que el diseño del nuevo conjunto,
y en particular de los nuevos elementos a
integrarse en él, se adapte a las características
actuales del equipo.
1.13
7_ — Como fuente energética se usa básicamente la
energía eléctrica, aunque no se descartaría la
utilización de fuentes alternativas como pueden ser
la energía solar, un calentador a gas, etc.
1.4 Descripción general del trabajo.
El prototipo construido se esquematiza en la Fig.
1.4, siendo sus componentes fundamentales los siguientes:
Dos tanques reservorios (1) para el agua que cuentan
con una entrada general (2) y visores de nivel (3)
individuales. Uno de los tanques posee un dispositivo (4)
para calentar su contenido.
Los líquidos van a través de los ductos (6) hacia
un sistema formado por 2 válvulas (7) acopladas a
engranajes (8) que permite el movimiento simultáneo del
conjunto.
Un motor de baja velocidad (9) se encarga de
accionar el sistema de engranajes permitiendo la apertura
y cierre de las válvulas.
En el tanque mezclador (10) los líquidos, que
ingresan a temperaturas diferentes, forman una mezcla
homogénea (11) que sale por la cañería (12) a la
1.14
temperatura deseada. El dispositivo (13) facilita la
mezcla de los fluidos al hacer girar una veleta en el
seno del tanque.
ú
Fig. 1.4 Diagrama general del prototipo
1.15
Desde el punto de vista eléctrico y electrónico se
involucran los siguientes circuitos:
a)_ Circuito que permite obtener la fuente regulada que
provea los diferentes voltajes requeridos.
b ) _ . Circuito para el sensor de temperatura que
acondicione su señal y permita aplicarla al circuito
de control.
c). Circuito de control para el motor de accionamiento
de las válvulas que en definitiva constituyen el
elemento final de control.
d). Circuitos varios de amplificación, compensación,
realimentación, etc.
e)_ Circuito para el motor del mezclador,
f)_ Circuito para el calentamiento del agua en uno de
los reservorios.
1.16
ANÁLISIS TEÓRICO DEL SISTKMA
2.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL SISTEMA
2.2 DIAGRAMAS DE BLOQUE
2.3 MODELOS MATEMÁTICOS
2.4 COMPENSACIÓN
2.5 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD
5.- Examinar las soluciones y las suposiciones.
Particularizar los resultados en caso necesario.
6.~ En base de los resultados obtenidos se procede a hacer
un nuevo análisis o se pasa a diseñar el sistema real.
Íi En este trabajo se sigue este procedimiento descrito
a fin de obtener un conjunto de valores, datos y criterios
que serán útiles en las siguientes etapas del mismo.
2_1 Características generales del sistema
Para el análisis teórico del sistema se presenta en
principio una relación entre el sistema físico real y un
sistema de control automático general, mediante el
siguiente esquema:
a).- Descripción en grandes bloques (físicos) del
sistema.
b).- Relación de cada bloque físico con un bloque
específico de un sistema de control automático.
c).- Comparación entre un sistema ideal de control con
el que se está estudiando y construyendo_
La figura 2.1 presenta una estructura simplificada
2.2
del sistema descrito en el capitulo anterior, incluyendo
sus partes fundamentales.
R
I L A J L
M
i
r
k
~^N
*>
F
E BT
, s
c
Fig. 2.1 Representación del sistema "físico".A caudales de entrada, B caudalescontrolados, E engranajes y válvulas,T tanque mezclador, M motor DC3 Ccaudal salida, S sensor de temperatura,R temperatura deseada, F comparador.
Seguidamente, la figura 2.2 representa el sistema
indicando los componentes fundamentales desde el punto de
vista del control por realimentación.
En el esquema aparece la temperatura ts, que es la
variable a ser controlada.
Se tiene el lazo de realimentación a través del
sistema sensor de temperatura. Su señal se compara con la
referencia y se adoptan las acciones de control
correspondientes en el controlador, el que dirige la
operación del motor y válvulas que hacen de elemento final
de control.
2.3
!»*'
Fig.2.2 Diagrama básico de la planta, .al y q2cándales de entrada a temperaturas €l y t2,T mezclador, F controlador, S sensor detemperatura, V válvulas (actuador)íM motor, R temperatura de referencia.
En el siguiente paso se representa el sistema ya más
o menos completo y en una manera ortodoxa, como en la
figura 2.3.
PL
Fig. 2.3. Sistema de control resultante general.TR temperatura de ref, (entrada del sistema)TO temperatura obtenida (salida del sistema)C comparador, AM amplificador, MO motor DCVA válvulas, TM tanque mezclador,ST realimentación de temperatura.PL planta del sistema.
2.4
El sistema toma una forma genérica de un sistema de control
automático con realimentación, el que tiene una señal de
entrada o referencia del sistema, la planta, y una señal de
realimentación desde la salida del sistema al comparador.
2.2 Diagramas de bloques
Para continuar con el análisis del sistema, primero se
dirá que la representación matemática de un sistema se basa
en el conocimiento de las relaciones matemáticas válidas
para todos y cada uno de sus componentes_
Cada componente es representado desde el punto de
vista matemático por su función de transferencia.
Definición.— La función de transferencia para un elemento
lineal, componente o sistema, puede definirse como el
cociente de la transformada de Laplace de la respuesta
entre la transformada de la señal, con la suposición de que
todas las condiciones iniciales con cero.
La función de transferencia de un elemento particular
puede obtenerse usando los siguientes pasos:
a).- Establecer las ecuaciones apropiadas que definan
el comportamiento del elemento.
2.5
b). Hallar la transformada de Laplace de estas
ecuaciones suponiendo que todas las condiciones
iniciales son cero.
c). Formar la relación salida C(s) a la entrada R(s)
como:
áW/C(s)
F(s) = (2.1)R(s)
Un diagrama de bloque es la representación de un
elemento mediante su función de transferencia como lo
indica la figura 2.4.
R(S)F(S)
C(S)
Fig_ 2.4 Diagrama de bloque de uncomponente del sistema.
El conjunto de los diagramas de bloque individuales
interconectados entre si da como resultado el diagrama de
bloques del sistema en estudio. El diagrama total se
presenta en la figura 2.5.
A partir de este diagrama se obtienen las relaciones
matemáticas del sistema, y utilizando técnicas de
simplificación apropiadas para los diagramas de bloques se
llegará a tener la descripción matemática del sistema.
2.6
A ERef
7
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Av
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Fig. 2.5 Diagrama en bloques total del sistema
Ref. referencia de temperaturaA Comparador, B comparador con saturación,C seguidor de tensión, D sumador,E acondicionador o preamplificadorF amplificador de potencia, G motor DCH sistema de válvulas y piñones,I tanque mezclador, J sensor temperaturaT temperatura resultante
Funciones de transferencia y diagrama de bloques
A continuación se desarrollan las funciones de
transferencia de cada uno de los componentes del sistema
indicados en la figura 2.5
Bloque E : Se compone de tres elementos. El bloque B
produce una señal positiva o negativa, dependiendo del
signo de la tensión que representa el error del sistema. El
bloque D es un seguidor de tensión y el C un sumador de
manera que la relación salida - entrada ideal del conjunto
viene a ser la representada en la figura 2.6.
2.7
ei(t)
M
k
e(t)
Fig. 2.6 Relación entrada-salida ideal del bloque E
En el diseño real habrá que tomar en cuenta que es
necesario una pequeña histéresis al rededor del punto
e(t)-0 para permitir que con señales suficientemente
pequeñas de error el sistema no modifique su estado.
Por tratarse de un elemento no lineal, se debe emplear
la función descriptiva en lugar de la función de
transferencia. La función descriptiva para el caso presente
esta dada por la relación:
N = k + 4M / TC
donde : N : función descriptiva
k : pendiente de las rectas
M : ordenada en el origen
(2.2)
2.8
Bloque F : Representa el circuito amplificador de potencia.
La relación entrada - salida se indica en la figura 2.7.
> er(t)
Fig. 2_7 Relación entrada-salida del bloque F
Se presenta una pequeña zona muerta. El elemento
igualmente presenta una alinealidad, sin embargo se podría
despreciarla por su magnitud con relación a los valores de
las demás tensiones. Por lo tanto la función de
transferencia estaría dada por una constante Ka .
F(s) = K, (2-3)
Bloque M : Representa al motor DC, controlado por campo.
Su función de transferencia para la velocidad de salida
tomando en cuenta la relación de engranajes Kn es:
Ea(S)Km.Kn
(TmS + 1)(2.4)
Bloques H — I : Se compone de las válvulas que regulan el
caudal de cada líquido. Considerando que en la zona de
2.9
trabajo los caudales varían en forma lineal en función del
ángulo de apertura de las válvulas, se obtiene la función
de transferencia para la temperatura en función de la
velocidad de los piñones de las válvulas:
Kt (2.5)S
Bloque J : Representa el factor multiplicativo para la
realimentación de la temperatura, por lo que su función de
transferencia es simplemente una constante Kh.
= Kh (2.6)T(S)
Con el propósito de simplificar el análisis, se
considera que las etapas de preamplif icación y de
amplificación de potencia dan al sistema una ganancia en el
camino directo Av, esto es, sin considerar la zona muerta,
con lo que se llega al diagrama de la figura 2.8.
R(S)E(S)J
KvEa(S) Km
TmS + 1
Q'(S)Kn
Q(S) Kt
S
C(S)
Fig. 2.8 Diagrama de bloques del sistema
Simplificando, se tiene el diagrama de la figura 2.9
2.10
R(S) Kv.Km.Kn.Kt C(S)
Fig_ 2.9 Diagrama simplificado
Finalmente, se llega a la relación
G(S) = K (2.7)S(aS
que nos indica que la función de transferencia de la planta
del sistema.
2.3 Modelos Matemáticos.
En este numeral, y con las relaciones obtenidas en la
parte anterior, se procede a modelar el sistema para que
pueda ser objeto de una simulación en un computador
analógico.
De la relación 2.6 , que es igual a C(S) / E(S),
C(s) . S . (aS + 1) = K E(S)
a c(t) + ¿(t) - K e(t)
(2.8)
(2.9)
A su vez, e(t), es la señal de error del sistema
2.11
2.4 Compensación
El objetivo de la compensación en un sistema de
control automático, es proveer del ajuste necesario para
obtener las especificaciones de funcionamiento adecuadas
y que básicamente se refieren a la exactitud, estabilidad
relativa y velocidad de respuesta.
Una de las posibilidades de compensación es
modificar la ganancia del sistema. Para ello se elige un
punto de mínima energía, en el camino directo.
En este caso, ese punto de mínima energía, es decir
un punto en el cual el compensador disipe la menor
cantidad de energía, es el punto P de la figura 2,11,
donde las tensiones relativamente pequeñas.
ARef
V-J •
- •
rrJJ
Av
. . .
B
C
- - -
D
y
• - -
I
-
1
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s
FM
T
GV
HTA
T
T
Fig. 2,11 Ubicación de la compensación.
2.13
Se tiene una segunda posibilidad de ubicar la
compensación dentro del bloque E. Este se compone, como
indica la figura 2.11, de un bloque D que es un seguidor
de tensión, pero que con una ligera modificación puede
convertirse en un amplificador de ganancia K variable.
En el sistema en estudio se emplean etapas de
ganancia variable de manera que pueda utilizarse este
tipo de compensación.
Por otro lado, debido a la característica no lineal
del sistema motor-piñones, se ha visto necesaria la
introducción de una compensación no lineal con el objeto
de linealizar el sistema.
La compensación no lineal es de la forma indicada en
la figura 2.6 , pero con una banda de histéresis, y cuyo
diseño se presenta en el Capítulo III.
2 _ 5 Análisis de estabilidad
Para el análisis de estabilidad, y una vez que se ha
colocado en el sistema una compensación tendiente a
linealizar el mismo, y como una de las maneras de
determinar sus efectos, se parte del análisis del lugar
geométrico de las raíces,
2.14
c-o
m
*r
Fig. 2.12 Lugar Geométrico de las Eaíces
2.16
T
0000
0000COCO
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S-OJ
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Fig, 2.13 Reporte de Estabilidad
2.17
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: 0,
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CAPITULO III
DISEÑO ÍA REAL
3.1 FUENTES Y CIRCUITOS GENERALES
3.2 CIRCUITOS ELECTRÓNICOS ESPECIALES
3.3 SISTEMA SENSOR DE TEMPERATURA
3.4 ACTUADOR
3.5 INTERFACES
C A P I T U L O 111
DISEÑO DEL SISTEMA REAL
Este capitulo comprende el diseño y construcción de
los diferentes bloques del sistema determinados en el
Capitulo II.
El diseño se presenta en los aspectos electrónicos y
mecánicos del prototipo. Cada etapa del conjunto
corresponde a una función especifica dentro del sistema de
control. Los resultados permitirán la construcción del
prototipo y de las tarjetas de circuitos impresos con todos
los elementos necesarios, los que se describen en el inicio
de este capitulo, y siguiendo una filosofía de diseño
modular para facilitar su comprobación o reemplazo si fuere
necesario,
3.1
El método consiste en ir diseñando y construyendo cada
etapa independiente y luego integrarlos en un conjunto. Una
vez construido, las pruebas realizadas pueden obligar a que
se hagan algunos cambios y replantear los aspectos
involucrados o abandonar el esquema seguido si asi amerita.
Diagrama elec-brónico general _ — El circuito electrónico
indicado en la figura 3.1 representa los bloques que
componen el sistema que comanda al actuador.
Bloque A - Este bloque se compone de dos elementos básicos:
el dispositivo sensor de temperatura y una referencia de
tensión. El sensor de temperatura (LM 35cz) tiene una
salida que va desde 3 V (a O oC ) a 2,5 V (a'90 °C ), es
decir una variación de 0.5 V en el rango de temperatura
deseado. La referencia de voltaje se fija entonces en 3 V,
de manera que la salida del bloque A, la tensión (ei - ea)
será de O V ( a OoC ) a O.5 V ( 90 OG).
Bloque B - Está constituido por un amplificador diferencial
que se aplica a las tensiones provenientes del bloque & ,
con una ganancia de 10 de manera que en la salida se tenga
una relación : O V ( a O oC ) a 5 V (a 90 °C) , lo que hace
que la conversión Voltaje - Temperatura tenga una ganancia
de 10.
3.2
Fig. 3.1 Diagrama general del circuito electrónico
Bloque C . Da la señal de referencia del sistema. Su salida
se compara con la del bloque JJ para obtener el error
actuante. De ahi que se ve la conveniencia de que este
3.3
bloque provea una salida de O V a 10 V para cubrir el rango
de temperatura previsto.
Bloque D - Amplificador diferencial que da la señal del
error actuante. Si la ganancia es 1, tenemos la variación
en su salida de -10 a + 10 V según sean los valores de la
referencia y de la realimentación del sistema.
Bloque E - Por el hecho de que el motor necesita al menos
+2 V ( o -2 V ) para iniciar su movimiento se hace
necesaria una etapa cuya función de transferencia debe
tener la forma de la figura 3.2.
Vin
Fig. 3.2. Función de transferencia paracomandar el motor
Evidentemente debe considerarse una histéresis para
que una vez que se ha alcanzado un valor relativamente
pequeño de error, no gire el motor en sentido alguno.
3.4
El propósito se consigue si la señal que ingresa al bloque
E se aplica a) a un detector de cruce por cero con salida
+2 V o -2 V y b) a un amplificador.
Finalmente se suman estas dos señales obteniéndose la
característica deseada.
Bloque £ _ amplificador de potencia necesario para que
alimente al servomotor. Debe ser un amplificador simétrico
complementario. La entrada está entre +2 a +10 V o de -2 a
-10 V.
3.1 Circuitos electrónicos generales
3-1.1 Fuente general
En esta sección se presentan el diseño y los esquemas
de la fuente regulada que proporciona las tensiones
directas positiva y negativa necesarias para el
funcionamiento de los componentes eléctricos y electrónicos
del prototipo.
En lo concerniente a la tensión y la corriente
necesarias se consideran los siguientes factores;
a).- El motor DC constituye la carga principal del circuito
y su requerimiento es de unos 850 mA a una tensión de
6 V.
3.5
b)_- Los demás elementos como los amplificadores
operacionales, sensor de temperatura, leds
indicadores, etc. tienen una corriente en el orden de
los 10 mA cada uno, siendo su número aproximado de 40.
c).- En vista de la posibilidad de utilizar la fuente de
este equipo para otras prácticas, el voltaj e será
variable de manera que se pueda ajustar al valor
apropiado en cada aplicación particular.
d).- Se cuenta en el mercado con circuitos integrados
reguladores de voltaje con una amplia variedad de
características y que tienen, entre otras, la ventaja
de necesitar un mínimo de elementos y circuitos
externos.
e).- El giro del motor es en los dos sentidos por lo que se
debe tener tensiones positiva y negativa. Igual
requerimiento lo tienen la polarización de
amplificadores operacionales.
Diseño.— Con estos antecedentes, y en su parte
fundamental, la fuente regulada tendrá dos circuitos
reguladores de tensión (positivo y negativo) , que provean
tensiones variables en un rango aproximado de +1.2 V a + 15
V y de -1.2 a -15 V, con una corriente máxima de 1.5 A
en cada caso.
3.6
En términos generales la obtención de la tensión
continua, a partir de tensión alterna proveniente de la red
AC, requiere de varias etapas:
1,- La transformación del nivel de tensión de 120 V a un
valor apropiado mediante la utilización de un
transformador con la relación de vueltas apropiada,
2.- Mediante un rectificador de onda se consigue corriente
unidireccional, pero con un alto rizado.
3. - Una etapa de filtrado, consistente, por ej emplo, en
condensadores, bobinas, o en una combinación de ellos
para reducir el rizado.
4.- Una etapa de regulación propiamente dicha que permita
mantener la tensión constante ante las variaciones de
la linea o de la carga.
DI ia
o-
ACin
A
BJ
C
0
o
1X1
ÍNIxl
ib
IXM
IX
D2
D4
D3
01 I
C2 I
I v+
V-
i O —
Figura 3.3 Rectificador de onda completa contransformador de tap central.
3.7
Las etapas 1 y 2 se realizan con un rectificador de onda
completa cuyo circuito se presenta en la figura 3.3. Se
utiliza un transformador de tap central que, con la
disposición indicada de los diodos, produce una
rectificación de onda completa con tensiones de 4-18 V y -18
V aproximadamente.
Diseño del transformador.— para este diseño se considera
el esquema de la figura 3.4.
REC -H |—VREQ —*)
Vac Kl T- C C -r-
-O +
VDC
-o -
Fig. 3.4. Caldas de tensión en el circuito de regulación
Las caídas de tensión a tomarse en cuenta son:
1. VREG , que es para los elementos usados tiene un valor
3 < VREQ < 60 V y que representa la calda de tensión
en el chip regulador de voltaje.
2. VREC, que representa la caída de tensión en los diodos
rectificadores y que se asume igual a 1.5 V.
3.8
3. Vi?, el voltaje de rizado que se considera normalmente
en un 10% del valor DC, en este caso : 0.1 X 10 V =
1.0 V.
La tensión AC requerida está dada por:
( VOUT + VREG + VRECJ + Vr- ) x VNOMVAC — ( 3 _ 1)
e x VLOW.LIN x V~2
donde:
VOUT = 10 voltios DC
VNOM - tensión AC nominal de la linea : 120 V
VLOW.LIN - tensión AC mínima de la linea : 110 V
e - eficiencia típica del rectificador :O.92
reemplazando los valores indicados se obtiene:
VAC - 13.0 V
por lo cual se deduce que el secundario del transformador
debe ser de unos 26 V ya que es de tap central.
Para establecer la corriente del secundario se tiene
el siguiente criterio: para un rectificador de onda
completa de tap central y filtro capacitivo, la corriente
necesaria es aproximadamente 1.2 veces la corriente DC
requerida, entonces, asumiendo que se necesitan 1.5 A :
ÍAC - 1.2 x 1.5 A - 1.8 A (3.2)
3.9
Redondeando estos valores, se requiere un transformador de
tap central, 120/30 voltios y 2.0 amperios lo que da una
potencia de 60 VA.
Rectificador de onda completa.— El diagrama presentado en
la figura 3.3 tiene el siguiente funcionamiento:
a) Cuando la tensión VOA es positiva, y por tanto también
las tensiones VBA y VCE, los diodos Di y Da conducen en
tanto que Ds y D4, que están inversamente polarizados , no
lo hacen. Circulan las intensidades de corriente ia. e i*».
b) En el semiciclo negativo conducen los diodos Ds y D-4
únicamente y de esta manera se consigue la rectificación de
onda completa. Se deduce entonces que la mitad del
secundario debe proveer la corriente necesaria para cada
tensión positiva o negativa.
La figura 3.5 presenta un diagrama de tiempos del
funcionamiento del rectificador indicando los ciclos de
conducción de cada diodo y la tensión resultante en los
terminales positivo y negativo.
Filtro por condensador.- Para el análisis del
funcionamiento de la etapa de filtrado, constituida por un
condensador en cada tensión de salida positiva y negativa
consideramos el diagrama de la figura 3.6
3.10
Vin
VD1
VD3
V+
VD2
VD4
V-
-> t
-> t
-> t
-> t
-> t
-> t
-> t
Figura 3.5. Formas de onda en el rectificador de tensión
Si se aproxima a una linea recta la carga y descarga
del condensador se tienen las relaciones:
Vnc - Vm - Vr /2 (3.3)
El condensador se descarga por la corriente Ide :
3.11
Ido ts / C (3.4)
Se tendrá un mejor filtrado si ti —> O y ts —> 1/2f, donde
f es la frecuencia fundamental (60 Hz).
Vout
>t
ti
Fig. 3.6 Formas de onda en el condensador
De la relación 3.4, y asumiendo un rizado del 2 %, se
obtiene que la capacidad C del condensador es de unos
2.600 microfaradios.
Regulación de -tensión.— Para la regulación se eligen los
circuitos integrados LM317T y LM337T cuyas características
principales se indican en la tabla No 1,
Para el diseño del circuito se tiene la figura 3.7 que
representa esquemáticamente un circuito regulador de
tensión como los integrados indicados.
3.12
Voíat; RegulaciónLinea Carga
LM317T 1.5 A +1.2 a +37 V 0.01 0.1LM337T 1.5 A -1.2 a -37 V 0.007 0.3
+40 V15 W-40 V15 W
Tabla 1. Características de los reguladoresde voltaje LM317T y LM337T.
Se presenta una fuente de corriente constante de 50
microamperios, un amplificador operacional de ganancia
unitaria, un zener de 1.2 V y una etapa de salida con
transistor tipo Darlington.
IN
1.2 V
Ir
PROTECCIÓN
ADJ OUT
Fig. 3.7 Esquema del regulador de tensión
En el circuito de la figura 3.8 , conectando
exteriormente las resistencias Ri y RE, tienen las
relaciones:
3.13
VOUT - Rsls + VJREF
VREF = Rila. = 1.2 V
Ri = 120 Q
si Ii = 10 mA
(3.5)
(3.6)
IN
ADJ
OUT
V REF. Rl
R2 |I250 uA
Fig_ 3.8 Corrientes en el regulador de tensión
Si VOUT mAsc es 20 V ,
20 - Rs la + 1.2 (3.7)
asumiendo la = 10 ma, se obtiene para Rs un valor de 2KQ
Si se reduce la corriente Ii a la mitad, los valores para
Ri y Rs resulta ser 270 Q y 5 KQ respectivamente.
Finalmente, la fuente debe proveer las tensiones
positiva y negativa y el circuito tiene una forma
"simétrica" ya que los reguladores indicados son similares.
El circuito se presenta en la fig. 3.9.
Para la implantación real del circuito de la fuente se
incluyen los respectivos disipadores de calor en cada
3.14
circuito integrado regulador.
r>
TPr =
-1UF :
00 Vr,
LM317
ADJ
ADJ
OUTf ^ X;_L
«•<
¿
LM337
TW
<•<
: 270Q•
K5KQ
^5KQ
: 270Qt
- ]_ up
t= 1 U.F
« xr
OUT
Fig. 3.9 Fuente regulada con tensionesvariables positiva y negativa
3.1.2 Tensión regulada para circuitos TTL
Los circuitos digitales empleados en el sistema
necesitan.una tensión VCc de 5 voltios y lógicamente para
su funcionamiento apropiado es conveniente que esa tensión
sea regulada.
Para esto se emplean los reguladores de voltaje LM7805
o su equivalente ECG 960, que tienen las siguientes
características importantes:
* corriente de salida máxima 1 A.
X protección interna contra sobrecalentamiento,
* no requiere componentes externos.
* protección en el transistor de salida.
3.15
La configuración básica de este tipo de amplificadores
es la indicada en la figura 3.11, que corresponde al
circuito integrado LH0036 y emplea tres amplificadores
operacionales en la disposición presentada.
V2o
Fig. 3.11 Diagrama simplificado del LH0036,amplificador de instrumentación
El circuito indicado,al tener incorporado todos los
elementos en un mismo chip, presenta carateristicas como
simetría de los amplificadores, parámetros de éstos,
valores de las resistencias, etc. de alta precisión.
Se indican a continuación varias de las
características importantes del circuito LH0036, de donde
se deduce que su empleo da una alta fiabilidad en los
circuitos necesarios para obtener una señal diferencial.
* Impedancia de entrada de 300 MQ
* Relación de rechazo en modo común de 100 dB
3.17
* Ajuste de ganancia (1 a 1000) mediante un solo
potenciómetro.
* Consumo de potencia de 90 i_iW
* Vcc de ± 1 a ± 18 V
Como una alternativa al circuito descrito, que no se
encuentra fácilmente en el mercado, se usa el ECG 938,
amplificador de instrumentación, cuyas características más
importantes son las siguientes:
* alta impedancia de entrada: 300 MQ.
* ganancia ajustable mediante un potenciómetro
* voltaje de entrada diferencial de hasta +/- 30 V.
* Veo desde ± 1 V hasta + 18 V,
* Resistencia de salida de 0,5 ohmios típica.
El circuito indicado se puede implantar también
mediante 3 amplificadores operacionales independientes, con
las resistencias indicadas en el mismo_
La desventaja en primera instancia es la dificultad de
conseguir resistencias exactamente iguales, necesarias para
el funcionamiento adecuado como se ve más adelante, y por
otra parte el hecho de tener que controlar el offset de los
tres amplificadores por separado.
Diseño del circuito empleado.— Un amplificador diferencial
empleando un solo amplificador operacional tiene varias
limitaciones: la impedancia de entrada es muy pequeña, con
3.18
valores altos de ganancia se requiere una resistencia de
realimentación muy grande, lo que causa un offset en de muy
alto debido a la corriente de entrada offset.
Los cuatro parámetros básicos: resistencia de entrada,
ganancia diferencial, relación de rechazo en modo común y
variación de la salida interactúan dificultando conseguir
resultados satisfactorios si se usa un solo amplificador.
Mediante la utilización de tres amplificadores
operacionales colocados como indica la figura 3.12 se
solucionan en buena parte los problemas indicados.
Para el diseño se pueden considerar 2 etapas. En
primer lugar una etapa de amplificación con una alta
impedancia de entrada conformada por los amplificadores Ai
y As. A continuación viene una segunda etapa de ganancia
unitaria conformada por el amplificador As.
De la figura 3.12, se nota que:
El amplificador Ai recibe la señal ei y la amplifica
en un factor (Ri + RQ)/Ra; por otra parte la señal es a
través del amplificador As y la resistencia Ra, y ya que
ingresa por la entrada invertida tendrá una ganancia (-
Ri/Ro).
3.19
RslVI
Figura 3.12 Amplificador diferencial
La tensión Vi está dada entonces por:
Vi = ( (Ri + Ra)/Ra)ei - (Ri/Ra)es + ecn (3.8)
Igualmente el operacional As recibe la señal de es a
través del terminal positivo, con una ganancia (R2+Ra)/Ra,
y con relación a la tensión ei tiene una ganancia (-
Rs/Ro), por tanto:
V2 ((Rs + RG)/RG) es - (Rs/Ra)ei + (3.9)
Si Ri - Rs , y restando las ecuaciones 3.9 - 3.8
Vs-Vi = (es-ei)((Ri + Ra)/Ra) + Ri/Ra(es-ei), y :
Vs-Vi = (es-ei)(2Ri/Ra + 1) (3_10)
El amplificador As tiene una ganancia (Rs/Rs). La
ganancia de este amplificador será 1 si:
Rs = Re =
3.20
por tanto: e0 - (1). (Va - Vi)
eo = (ea-ei)(2Ri/Ra + 1) (3.11)
es decir que la ganancia total del circuito es:
A = e0/(e2-ei) = 1 + 2Ri/Ra (3.12)
Conclusión: a) Ri = Rs
b) Rs = R4 = Rs - iRe o a su vaz:
Re/Rs = Re/R4
Las resistencia Ri a Re tendrán un valor de 120 Kfí . Las
resistencias a la entrada del circuito Reí y Ras serán de
1 MQ para incrementar la impedancia de entrada del
circuito.
El potenciómetro Ra tendrá un valor de 500 KQ, de
manera que la ganancia del circuito pueda variarse entre
1.4 y 20.
3.2.2 Referencia de tensión O - 10 V
Esta parte del circuito electrónico tiene por objeto
conseguir una tensión a ser relacionada con la temperatura
de referencia del sistema.
La tensión y la temperatura tendrán la relación
siguiente: el rango de tensión de O a 10 V corresponderá
al rango de temperatura de O a 100 °C_
Una manera sencilla de obtener la referencia en el
caso práctico es mediante el empleo de un divisor de
tensión usando una resistencia. Sin embargo, teniendo
presente el efecto de carga que normalmente distorsiona la
tensión obtenida, se coloca a la salida del divisor de
tensión un seguidor de emisor en base de un amplificador
3.21
operacional, como lo indica la figura 3.13.
Para el efecto se utiliza el circuito integrado LM324
tanto por sus características electrónicas como por su
generalizado uso en este tipo de aplicaciones y bao o costo.
o V+
oVo
Fig. 3.13 Referen9Ía de temperatura a partirde un divisor de tensión .
La tensión de ( 10 V ) aplicada al potenciómetro
produce en principio un divisor de tensión. El
potenciómetro debe ser de un valor grande para minimizar la
corriente y la potencia disipada. Si esta corriente se fija
en 10 mA, se tiene:
P = 10 V / lOmA = 1 KQ
Se debe tener un potenciómetro multivuelta para tener
la posibilidad de variar la referencia en "pasos finos".
Otra posibilidad es usar un potenciómetro con
desplazamiento longitudinal en lugar de circular.
El circuito amplificador debe tener una ganancia
unitaria. Se emplea la configuración de amplificador sin
3.22
inversión ? donde:
V0 - 1 + Zf/Zi (3.13)
La relación Zf/Zi se desea hacer lo más pequeña
posible, sea esta relación de valor O.01, con lo que:
Zi = 100 Zf
si Zi - 10 KQS entonces Zf = 1 MQ
Como una alternativa para la referencia de voltaje se
puede utilizar una tensión regulada mediante circuitos
integrados como el LM317, similar al descrito en el numeral
3.1,1.
3.3 Sistema sensor de temperatura
La temperatura puede definirse como un parámetro del
estado térmico de un cuerpo y depende de la energía
cinética interna de los átomos o moléculas del mismo.
Para mediciones de la temperatura se tienen una
variedad de procedimientos o métodos, todos los cuales se
fundamentan en la variación de ciertos parámetros físicos
con la temperatura.
3.23
"La posibilidad de medir la temperatura con untermómetro se funda en el fenómeno de intercambiotérmico entre los cuerpos de diverso grado decalentamiento, y en la modificación de laspropiedades termométricas (físicas) de lasubstancia al calentarse.Por lo tanto para diseñar un termómetro yconstruir una escala termométrica parece queseria posible elegir cualquier propiedadtermométrica que caracterizara el estado de unau otra substancia y, basándose en la variación dedicha propiedad, confeccionar la referida escala.Sin embargo no es fácil hacer tal elección,puesto que la propiedad termométrica debe variarunívocamente con la temperatura, no depender deotros factores y admitir la posibilidad de medirsus cambios aplicando un método relativamentesencillo y cómodo. En realidad no existepropiedad termométrica alguna que pudierasatisfacer plenamente estos requisitos en toda lagama de temperaturas que han de ser medidas ..."i
Las variables termométricas usadas comúnmente son las
que se describen a continuación.
1_ Variación de las dimensiones debido a la dilatación
térmica que se explica por el requerimiento de mayor
espacio de los átomos y moléculas de la substancia al
aumentar su movilidad-
Los ejemplos más conocidos son los termómetros de
mercurio y el bimetálico .
La relación básica es:
di = lo a dt (3.14)
1 PREOBRAZHENSKI V. P., Mediciones termotécnicas y aparatos paraefectuarlas
3.24
con : di : variación de longitud
lo : longitud inicial
a : coeficiente de dilatación térmica
dt : diferencial de temperatura
2. Variación de la presión, principalmente usando como
substancia de trabajo un gas, cuya presión en función de la
temperatura está dada por:
P-b = Po (1 + fit) (3_15)
donde : P-t - presión del gas a temperatura t
Po = presión del gas a O °C
& = coeficiente térmico de presión del gas
3. Variación de propiedades eléctricas
3_1 Resistencia.— la variación de la resistencia con la
temperatura esta dada por :
R-b = Ro(l + ob + fita + 6t3 + ...... ) (3.16)
con : Rt = resistencia a la temperatura t
Ro = resistencia a O °C.
a, j3, 6 = coeficientes de temperatura
3_2 Resistencia de semiconductor.— Los denominados
3,25
termistores en los cuales se tienen las relaciones:
Log R - 2 A± (log t)i (3.17)
Rt - A t* e^/t (3_18)
donde: R - resistencia
R-t = resistencia a la temperatura t
t = temperatura
A,b,B = constantes
Para temperaturas no superiores a los 25 °C puede
usarse la aproximación :
R-t = A eBXt (3.19)
3.3 Fuerza electromotriz.- generada al tener dos metales
diferentes unidos entre sí. Esta tensión depende de
las temperaturas en los puntos de unión siendo la
relación básica de la fem entre los metales A y B:
fem = eAB(t) - f(t) (3.20)
donde : eAB : potencial entre los metales
f(t) : una función específica de la
temperatura
por otra parte:
3.26
6AB(t) = (iTAB)-b ~ + P (
J -bR
OdtC3-21)
donde: eAB(t) : potencial entre metales
CTA, OB : calor especifico de los metales
tr- : fem Peltier, dada por:
TTAB - Efecto Peltier (Julios)/Q (3_22)
Las termocuplas o termopares que usan este principio
tienen una amplia aplicación industrial.
4. Radiación.- usado especialmente para altas temperaturas
donde el calor es irradiado al ambiente. Es válida la
relación conocida como la ley de Stef an-Boltzman:
Ro (t) - CTO t*
donde : Ro : radiación energética total
ero : constante : 5 . 66xlO-e W/m^ .
t : temperatura en °K
(3.23)
además : Bo (t) - ero- t4 (3_24)
con : Bo : iluminancia energética integral
Oo * : o~0 / Tt
t : temperatura en °K
Los instrumentos que utilizan este principio, los
pirómetros ópticos, se usan para medidas de grandes
temperaturas, por ejemplo en hornos, desde cierta
3.27
distancia.
El empleo de cada uno de los métodos indicados depende
de las necesidades particulares, siendo por caso, de suma
importancia el rango de variación de la temperatura dentro
de la que se mantienen las relaciones indicadas en cada
caso.
Entre otros, los factores de interés para optar por
uno u otro sistema de medición de la temperatura son los
siguientes:
a) Rangos de validez de las relaciones matemáticas
b) linealidad
c) estabilidad
d) circuitos adicionales requeridos
e) costo
f) tiempo de respuesta
g) como se afecta la variable medida
h) características de la señal tomada
i) sensibilidad
j) características físicas
k) duración
5. Circuitos integrados-— Por las limitaciones de los
sistemas anteriores, cuanto por la bondad de los circuitos
integrados sensores de temperatura, se eligen éstos para
3.28
construir el dispositivo empleado en el prototipo. Sus
características se describe en este numeral.
A diferencia de los métodos descritos anteriormente,
que exigen por ejemplo la utilización de cables alargadores
y conectores térmicos especiales para el transductor, los
circuitos integrados disponibles actualmente tienen la
capacidad de sensar directamente la temperatura y dar una
salida eléctrica completamente lineal y que se puede
utilizar casi sin tratamiento especial alguno en los demás
elementos de control, ya que hacen las funciones de
transductores y/o amplificadores .
Con los circuitos integrados que son transductores
monoliticos se pueden sensar y controlar directamente una
variedad de parámetros físicos a más de la temperatura.
El principio de funcionamiento del sensor es algo más
complejo que la variación de resistencia en un
semiconductor con la temperatura. El dispositivo usa la
diferencia de voltaje base-emisor entre transistores
semejantes con las bases en paralelo pero con corrientes de
colector muy diferentes _
Si la relación entre estas corrientes de colector es
controlada, habrá una diferencia muy predecible del voltaje
de emisor. Además de eso, este voltaje varia con la
temperatura en una forma reproducible. Este voltaje depende
3.29
mucho menos de las variaciones del proceso que cualquier
otro efecto conocido en semiconductores.
Los elementos que podemos usar son los circuitos
integrados LM135, LM35cz y LM3911 por ser de los más
apropiados y estar disponibles en el mercado y tiene rangos
de temperatura apropiados para el sistema en diseñado.
1. UM135-— es básicamente un sensor de temperatura de buena
precisión y linealidad como lo indican las características
respectivas en el anexo respectivo.
Opera como un zener teniendo un voltaje de ruptura
directamente proporcional a la temperatura absoluta.
Características principales:
* calibrable directamente en °C o °K
* precisión de 1 °C
* corriente de alimentación de 400 uA a. 5 mA
* impedancia dinámica menor que 1 ohmio
* rango de temperatura de -55 a +150 °C
El circuito básico del LM135 como sensor de
temperatura es el indicado en la figura 3.14.
3.30
Rl
V+
7.5 KQ
ImA Ra
Figura 3.14 Sensor de temperatura.
La fuente V+ provee la corriente necesaria (de 0,4 a
5 mA) . Con el potenciómetro Ra se calibra de tal manera
que haya una relación con la escala de Kelvin en la que :
0 °C - 273.16
1 OQ = 1 OK
(en relación puntual) (3.25)
(en relación de módulo03.26)
Si la temperatura ambiente es de 20 °C3 corresponde en
la escala absoluta a 293 . 16 °K. Si Ri se escoge de manera
que a la salida se tenga una variación de 10 mV para una
variación correspondiente de 1°K o, lo que es lo mismo, de
1 °C conviene tomar como base:
V(0 °C) = V(273.1 °K) = 2.731 V (3.27)
y se calibra Ra para que V0 = 2,9316 V , de manera que V0
indica la temperatura absoluta en °K dividida para un
factor de 100. Así por ejemplo un valor de V0 de 2.55 V
indicaría una temperatura de 315 °K o a su vez (315 -
273.16) = 41.84 OG.
3.31
v+
Rl
Fig. 3.15 Referencia de precisión.
La indicación en °K puede ser transformada en una
indicación directa en °C si le restamos 2.7316 V. Se indica
en la figura 3.15 la forma de obtenerlo, a partir de una
referencia de precisión de ese valor.
Diseño.- El circuito es básicamente un amplificador de
ganancia variable a partir de un operacional. La entrada
positiva es el voltaje Vz del zener que vale 2.5 V.
Para una corriente iz = 25 mA ,
Ri = 400 Qi as 25mA
la ganancia del circuito es
R2 + Rg + R3R2 + Rg R.2 + Rg
Se desea que Vo sea 2.73 V, con lo que:
Vin2,73 = 1.12.5
(3.28)
(3.29)
3.32
entonces : R3 - 0.1R2+ Rg
si se asume R3 igual a 100 K, resulta que R2 + Rg deben ser
1 MQ. Fijando R2 en 720 K, Rg será un potenciómetro de 500
KQ, por manera que se pueda tener una variación de la
ganancia al rededor del valor deseado.
2. I¿435cz.- Las características de este circuito integrado
son muy similares a las del LM135 ya descrito.
La diferencia radica en que el coeficiente de
temperatura es negativo, es decir que V0 disminuye cuando
la temperatura aumenta. Salvo esta consideración, los
circuitos empleados son similares a los indicados para el
LM135.
3. LM3911-— Es un dispositivo apto para la medida y/o
control de temperatura en un rango de -25 a 85 °C.
Incluye en un solo chip el sensor de temperatura, una
referencia estable de voltaje y un amplificador
operacional. El voltaje de salida es directamente
proporcional a la temperatura en °K, mediante la relación
: 10 mV / <=>C.
Características importantes:
* salida lineal
* rango de -25 a 85 °C
3.33
* puede calibrarse en °K? °C o °F
* compensación de frecuencia del operacional
* puede manejar cargas de hasta 35 V
* consumo de corriente de 10 mA
Diagrama simplificado.— en la figura 3,16 se ilustra
esquemáticamente la configuración interna de este c.i.
El zener y su amplificador forman un regulador shunt
con una impedancia típica de 3 ohmios.
La referencia es completamente estable de modo que un
potenciómetro colocado entre los terminales 3 y 4 puede
usarse para conseguir la calibración de O en la escala
deseada.
V
v
SENSOR
íFigura 3.16 Diagrama simplificado del LM3911
3.34
Si se conectan entre si los terminales 1 y 2 del
operacional interno se consigue formar un amplificador de
ganancia unitaria o seguidor de voltaje.
Polarización-— Para proporcionar la corriente adecuada se
pueden usar entre otras las siguientes alternativas:
a) _ Mediante una fuente de corriente y una referencia
externa en lugar de la que contiene internamente. El
trabajo se hace a voltaje constante y la disipación en el
c.i, es mínima.
b). Usando una resistencia externa que limita la corriente
al valor apropiado. Si bien es muy simple, hay
inestabilidad ya que el funcionamiento depende de las
características de dicha resistencia y las variaciones de
la fuente, lo que se traduce en error en la determinación
de la temperatura.
V+
1N821
[ 8.5 mA
V+
6.8 KQ
LM3911 LM3911
a) b)
Figura 3.17 Polarización del LM3911a).con referencia externa, b).con resistencia externa
3.35
c)_ Para evitar la influencia del "autocalentamiento" se
pueden usar fuentes de corriente constante. Una referencia
de precisión de un error en el orden del 1 % en el rango de
-55 a 125 °C como el LM113 mejora notablemente las
características de dicha fuente.
Con el diodo conectado al transistor (2N3811), la
temperatura compensa la corriente constante de éste, de
manera que el voltaje de referencia aparece casi
exactamente a través de la resistencia de emisor,
estabilizando la corriente a través del LM3911.
d) Con el circuito siguiente se obtiene una fuente de
corriente menos precisa que en c) pero más sencilla. Se
necesita solamente un voltio entre la fuente y la salida
del colector, lo que es una ventaja en comparación con los
circuitos de zener que necesitan entre 5 y 6 V.
V+
LEDV
c820 Q
2N2905
< 15 KQLM3911
Figura 3.18 Polarización del LM3911
3.36
Al usar bajas corrientes el led tiene una caída típica
entre 1.5 y 1.7 V, es decir aproximadamente unos 0.8 a 1.0
V más que la caída en la juntura emisor-base del
transistor.
Así, cuando se conectan como se indica en la figura
3.18 , el voltaje restante aparece a través de la
resistencia de emisor produciendo una corriente estable.
Además hay estabilidad de temperatura porque los dos
elementos, led y juntura del transistor tienen el mismo
coeficiente de temperatura.
Sensor de temperatura con el LM3911-- Los circuitos
útiles para el propósito requerido a partir de este
circuito integrado son los indicados en la figura 3.19
a) En primer lugar un circuito que permite obtener una
medida básica de la temperatura, con un mínimo de
componentes extermos.
Las fuentes V"1-. y V~ y las resistencias Ri y Rs deben
ser tales que la corriente a través del dispositivo sea
alrededor de 1 mA, con lo que se da una disipación de unos
7 mW.
3.37
a)
b)
INLM3911
OUT
V-
V+
7.5 KQ
INLM3911
OUT
27K
38K Vo
2KQ
12KQ
Vo
2N2905
Figura 3.19 Sensor de temperatura con el LM3911a)circuito básico, b)con amplificador de corriente
Si bien esta disipación interna aumenta la temperatura
del integrado, lo hace en una fracción pequeña. En el aire
es aproximadamente 1.2 °K_ Sin embargo en el caso del
prototipo que se diseña, el sensor de temperatura estará en
el seno del líquido y el calor del circuito integrado se
disipa más rápidamente por conducción 'y convección de
manera que el error por la disipación interna en cualquier
caso es pequeño.
3,38
•*•b) Para aumentar la ganancia y la potencia se puede usar
un transistor (como el 2N 2905) a la salida del sensor.
Como en casos anteriores los valores de las resistencias
serán elegidos de manera que la salida tenga una relación
de 10 mV / OK.
V+
INLM3911
OÜT
Vo 10mV/°K
Figura 3.20 Sensor de temperatura con el LM3911
c) Un circuito relativamente sencillo que utiliza una sola
fuente, no da sin embargo mayores facilidades de
calibración, y además la corriente de salida es baja. Se
hace necesaria una amplificación mediante un circuito
adicional.
MOTA-- En este trabajo, por las facilidades y resultados
obtenidos se emplea el circuito integrado LM35cz, con el
diagrama representado en la figura 3.14, asi como también
el circuito de referencia de precisión de la figura 3.15.
3.39
3.4 Actuador . Elemento final de control
Se define como actuador a un elemento que puede
alterar la entrada de la planta de acuerdo con la señal de
control, de manera que se pueda poner en correspondencia la
señal de realimentación con la señal de referencia de
entrada.
Elemento de control
Actuador
Elem. finalde control
Elemento Primario
A
ENTRADAP R O C E S O
SALIDA
Figura 3.21 Situación del actuador en el sistema
En este caso el elemnto final de control está
constituido por dos válvulas que al abrir o cerrar permiten
el mayor o menor flujo de los caudales frío y caliente.
Los vastagos de las válvulas deben acoplarse mediante
un sistema de piñones que formarán parte del actuador y
permite su acción simultánea, y de tal manera que los
sentidos de giro sean contrarios.
En la figura 3.22 se indica el acoplamiento requerido.
3.40
Los piñones Pi y Ps van solidarios con cada de una de las
válvulas mediante un sistema de pasadores, que tiene dos
ventajas prácticas: en primer lugar permite que el sistema
sea desmontable para cambiar, por ejemplo, la relación del
número de dientes de los piñones y trabajar con diferentes
velocidades.
Por otra parte se consigue cierta holgura evitando los
acoplamientos rígidos que demandarían una gran precisión en
todo el mecanismo.
Pl
flujos
P2
Al
A2
Figura 3.22 Acople de las válvulas para tenersentidos contrarios de giro.
eje ,pinon
cilindrode acople
pasadores
vastago dela válvula
Figura 3.23 Sistema de acoplamiento de lospiñones mediante pasadores.
3.41
La relación de radios en los piñones Po_ y Pa con
respecto a los piñones de acoplamiento Ai y As es tal que
resulta una reducción de velocidad en un factor 3.
Las válvulas empleadas son del tipo de apertura
rápida. Ya que el trabajo que realizan es simultáneo, los
caudales de cada una de las válvulas varían como indica
la figura 3.24. La temperatura resultante depende
entonces de las proporciones de cada líquido, es decir de
la posición relativa de las válvulas.
100% -= -=, —
50% --
posición
Figura 3.24 Variación de los caudales para lasdiferentes posiciones de las válvulas.
Servomotor.— El movimiento del sistema de piñones y
válvulas es producido por un motor DC, que es el corazón
del actuador. Este motor tiene 12 V y 1.0 A nominales.
Para el trabajo requerido, y tanto por la velocidad como
por el torque reducidos, se emplean 6 V máx, con lo que
el motor requiere de una corriente de unos 850 mA.
3.42
La velocidad del motor es reducida por un sistema de
engranajes interno en un factor de 50. Con la reducción de
los piñones indicada anteriormente, de 3 a 1, se tiene que
la velocidad del motor se reduce en un factor total de 150.
La velocidad en condiciones nominales es
aproximadamente de 70 rpm a la salida del motor y de 23 1/3
rpm en los piñones acoplados a las válvulas.
Con el límite de voltaje previsto, 6 V, la velocidad
se reduce todavía más, a unas 15 rpm, en la apertura o
cierre de las válvulas. De esta velocidad debe anotarse que
conforme disminuya la señal de error actuante, la tensión
aplicada al motor será menor'y consiguientemente también su
velocidad.
El sistema motor-piñones-válvula necesita de al menos
2 V para empezar su movimiento, alcanzando una velocidad de
unas 5 rpm que es adecuada para el fin propuesto.
La tensión aplicada al motor, por su consumo de
corriente, debe provenir de un amplificador de potencia,
cuya entrada a su vez se origina en el error actuante.
Para este propósito se emplea una amplificador
compuesto de un par complementario de transistores de
potencia con la disposición indicada en la figura 3.25.
3.43
Cuando la señal de entrada es positiva, el transistor
Qi (npn) conduce, y circula la corriente Ii, mientras que
el transistor Qs (pnp) está en corte. Si la señal de
entrada es negativa conduce Qs mientras que Qi está en
corte. La corriente que circula es la signada como Is.
Vin
Ql
Vo
Q2
II
12
Figura 3.25 Amplificador simétrico complementario
Este amplificador provee por los tanto de las dos
polaridades necesarias para que el motor gire en uno u otro
sentido dependiendo de si el error actuante es positivo o
negativo.
Los transistores usados son complementarios,
habiéndose seleccionado los transistores ECG 49 y ECG 50
cuyas características se resumen en la tabla 2.
3.44
VCBO VOEO VEBO Icmx Pr>m c hFE tipo
ECG 49 125v lOOv 4v 2A lOw 100 npnECG 50 125v lOOv 4v 2A lOw 100 pnp
Tabla 2. Características de los transistorescomplementarios.
Al seleccionar los transistores se consideran los
siguientes factores críticos:
- Corriente máxima de colector.- necesitamos
aproximadamente 1 A para el motor; los transistores
mencionados tienen 2 A con lo que aseguramos un margen
adecuado.
- La potencia de disipación del motor es a lo más 6w (6
V x 1 A) por lo que los lOw nominales de los
transistores es apropiado.
- La ganancia de corriente HFE debe ser tal que se
consiga la corriente de 1 A. Ya que:
Ic - IB + IOEO (3.30)
Para tener Ic - 1A, la corriente de base deberá ser 10
mA. Esta corriente debe proporcionar el amplificador
operacional usado para obtener el error actuante. En caso
de no ser asi, se debe hacer una etapa de amplificación de
corriente previa.
NOTA: Una manera directa y práctica de aumentar la
corriente de salida de un amplificador
3,45
operacional es usando igualmente un par de
transistores complementarios como indica la
figura 3.26.
V+
2N222
470QVo
2N2905
v-
Figura 3.26 Buffer de salida para un amplificadoroperaciona!.
Una segunda manera de resolver el problema de la
amplificación de corriente consiste en usar transistores
complementarios en la configuración Darlington, tales como
los transistores ECG 268 y ECG 269 cuyas características se
indican en la tabla 3.
VcBO VcEO VESO ICmsc Pümx: tipo
ECG 268ECG 269
50v 50v50v 50v
13v13v
2A2A
lOwlOw
1000 mín1000 mín
npnpnp
Tabla 3. Características de dos transistorescomplementarios de alta IIFE.
Estos transistores cumplen los requerimientos de Ic y
PD máximos, igual que los anteriores, pero la ganancia de
corriente es diez veces mayor, por lo que se puede obviar
la etapa de amplificación de corriente previa o el buffer
3.46
en la salida del amplificador operacional.
Diseño-— El circuito empleado es el de la figura 3.27.
Vin
R < la
DI
D2
¿ Ia' V
V D2
Fig, 3.27 Amplificador de Potencia
Sea la corriente de base Ib (Ib') igual a 10 ma. Se debe
cumplir que:
la « Ib, si usamos un factor de 10, (3.31)
la < 1 mA. (3,32)
La tensión de entrada mínima es 2V. La calda de
tensión desde el punto a hasta el b está determinada por la
juntura base emisor del transistor, igual a 0.6 V, y el
valor Rxlc.
3.47
Los diodos Di y D2 (DI" y D2J), conjuntamente con la
resistencia Rx tienen una función de protección. En caso de
presentarse un cortocircuito en la salida, la corriente de
colector subiría indiscriminadamente y por consiguiente la
tensión Vab dada por
Vab = VBE + IcRx, donde VBE = 0.6 V (3.33)
Sin embargo, al llegar esta tensión a un valor de 1.2
V, los diodos DI y D2 entran en conducción, ya que se
polarizan directamente, dando un camino alternativo a la
corriente e impidiendo que la corriente de colector exceda
el limite deseado. Este limite de corriente lo fijamos en
1 amperio ? que es la corriente máxima que usará el motor.
Con esto:
IcRx = 0.6 V y Rx = 0. 6Q (3_34)
Los diodos D3 y D3", igualmente de protección, dan un
camino para que se descarguen las capacidades del
transistor en caso de cambios bruscos de las condiciones
del circuito.
Los microswitches SW1 y SW2 se intercalan en la
posición indicada con el objeto de servir como topes de fin
de carrera, para que el motor no gire más alia de lo que
las válvulas lo permiten.
3.48
Acoplamiento motor-válvulas.— se consigue haciendo girar
solidariamente el eje del motor con uno de los pifiones de
acople Ai o A2 de la figura 3.22. La forma de acoplamiento
es similar a la indicada en la figura 3.23, es decir
mediante pasadores que permiten cierto juego entre las
diferentes piezas.
En este sistema motor-pifíones-válvulas hay dos
instancias que producen una zona muerta y contribuyen a la
estabilidad del sistema de control.
En primer lugar el sistema de pasadores origina un
sector de unos 5° que puede girar el motor sin afectar la
posición de las válvulas. Se podría llamar una zona muerta
de tipo "mecánico".
Por otra parte la tensión mínima requerida para
accionar el motor, y que es de unos 2 V, produce una zona
muerta de origen "eléctrico". Esto ayuda a realizar el
sistema de manera que a señales pequeñas de error se
alcance la estabilidad al no responder las válvulas de
accionamiento,
Mecanismo de control de fin de carrera
Este mecanismo debe impedir que el motor gire una vez
que se ha alcanzado las cercanías de la posición tope de
3.49
las válvulas en uno o en otro sentido. Se emplean dos
micro- switches y la configuración indicada en la figura
3.28.
LJ I I L
U- swl sw2 «JT2Fig. 3.28 Control de fin de carrera
mediante micro-switches.
El dispositivo se compone de una barra "dentada"
acoplada al piñón P solidario con el eje de una de las
válvulas. En los extremos de la barra se colocan dos
piezas, TI y T2, que sirven como topes y accionan los
micro-switches swl y sw2.
La longitud de la barra es tal que su movimiento
lineal total sea transferido a un movimiento circular de 4
giros completos, que es lo que permiten las válvulas entre
sus posiciones completamente cerrada y completamente
abierta.
El material constitutivo de la barra y los topes es
aluminio para que represente una carga liviana al sistema
de engranaj es.
3.50
3 _ 5 ínterfases
Como se ha indicado anteriormente, y se ha descrito en
el diseño teórico y práctico de los componentes del
sistema, éste se compone de una serie de módulos eléctricos
y mecánicos interconectados uno tras otro.
Se ha realizado el diseño y construcción de cada uno
de los bloques teniendo en cuenta el efecto de "carga" que
pudiera existir al interconectarlos. Para evitar esto se ha
utilizado circuitos eléctricos y electrónicos de alta
impedancia de entrada, como es el caso del amplificador de
instrumentación, que tiene una entrada diferencial con esa
característica.
Desde el punto de vista mecánico, se ha indicado en
los diseños respectivos que los acoples entre los elementos
móviles tiene cierta holgura evitando fricciones excesivas
o bloqueos.
Conociendo el contexto general del sistema, cada
bloque se ha diseñado y construido teniendo en cuenta a qué
componente va a ser conectado y de cuál recibe la señal. De
esta manera, al interior de cada bloque se han hecho los
correctivos y manejo de las señales dándoles la suficiente
potencia.
Realizadas las pruebas respectivas no se' ha visto la
3.51
CAPITULO IV
RESULTADOS EXPERIMENTALES
4.1 PRUEBAS DE LABORATORIO
4.2 CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA
4.3 ANÁLISIS COMPARATIVO CON LOS
RESULTADOS TEÓRICOS
4.4 EXTENSIÓN A OTRAS APLICACIONES
C A P I T U L O I V
RESULTADOS EXPERIMENTALES
4-1 Pruebas de laboratorio
-¿Q Las pruebas experimentales del equipo construido se
realizan en dos fases. La primera comprende la comprobación
individual del funcionamiento de los componentes del
sistema tomados cada uno aisladamente. En una segunda fase
se comprueba el funcionamiento conjunto de los bloques
tanto en la parte electrónica como mecánica del prototipo.
En este numeral se describe exclusivamente el
dV procedimiento a seguirse para realizar las pruebas de
laboratorio con en equipo construido. Se detallan los
preparativos y las pruebas que deben realizarse,
recomendablemente en la secuencia indicada, tomando los
valores pedidos,
4.1
Los resultados obtenidos en las pruebas aplicadas al
prototipo construido se detallan en el numeral 4.2,
Características del Sistema, siguiendo el mismo orden
secuencial que en este numeral y realizando los cálculos
pertinentes que permiten obtener las constantes y
parámetros de funcionamiento del sistema.
Es de anotar que la redacción de estas pruebas de
laboratorio se la hace a manera de manual de operación, es
decir de una forma apropiada y fácil de seguir en cada uno
de los pasos de una práctica experimental.
Nota general.— al verificar el funcionamiento de cada
etapa, se deben comparar los resultados en su salida (en eli
T¿5k- caso común una tensión DC) , que tiene en vacio, como
también al aplicar esa señal a la siguiente etapa del
sistema,
a. Componentes del sistema
a.l- Fuente regulada
gk-v» - Conectar la alimentación AC del sistema y verificar el
rango de tensiones positiva y negativa que provee la
fuente mediante los potenciómetros respectivos.
- Conectar el motor del servomecanismo directamente a la
fuente y verificar si existe el efecto de carga.
í* 4.2
iRepetir para tensiones positivas y negativas.
Calibrar las tensiones de salida a + 10 V y - 10 V, que
son los valores nominales de trabajo del equipo y
conectar la fuente al sistema para las pruebas
posteriores.
a.2 Sensor de temperatura
- Verificar el rango de tensiones obtenidas al variar la
posición del potenciómetro. Calibrar para tener una
tensión en la salida de 2.6 V.
- Introducir el sensor de temperatura en el recipiente con
agua, dentro del que se ha colocado el calentador.
Tomar nota de la temperatura dada por el termómetro y de
la señal dada por el sensor para diferentes temperaturas
del agua, elaborando una tabla de valores,
- Determinar si hay variación de la lectura al aplicar la
señal al amplificador de instrumentación.
a_3 Referencia de precisión
Verificar el rango de tensiones obtenidas en la salida
4.3
mediante el cambio de la posición del potenciómetro de
control.
- Fijar la salida en 2.7 voltios y aplicar esta señal al
amplificador de instrumentación observando si se da o no
un efecto de carga.
a-4 Amplificador de instrumentación
- Aplicar dos señales a las entradas del amplificador,
teniendo en cuenta que la ganancia interna es Av = 10,
por lo que la diferencia entre las tensiones aplicadas
debe ser a lo más 0.8 V. Se recomienda utilizar las
salidas de los circuitos a.2 y a.3 .
- Tomar lecturas de las tensiones de entrada y salida,
para valores sucesivos que permitan establecer la
ganancia del amplificador.
Usar valores tales que den como resultado tensiones de
salida tanto positivas como negativas,
— Aplicar la salida de esta etapa al sumador del sistema
para establecer si hay o no efecto de carga.
a.5 Sistema sensor + referencia + amplificador
- Fijar las tensiones como se indica en los puntos a.3 y
4.4
a. 4 , aplicarlas a la entrada del amplificador de
instrumentación -
Introducir el sensor de temperatura en el recipiente con
agua que contiene el calentador y el termómetro.
Tomar medidas de éste y de la salida del amplificador de
instrumentación para diferentes temperaturas del agua a
fin de establecer una tabla de valores.
a. 6 Sumador
Este bloque debe producir la señal del error actuante
del sistema, por lo que su función es sumar la señal de
referencia con la de realimentación, la cual ha sido
previamente invertida.
- Aplicar dos señales externas tomando medidas de la
salida para diferentes condiciones de entrada
estableciendo la ganancia de la etapa,
- Las tensiones aplicadas deben ser positivas y negativas,
y la diferencia deberá ser a lo más unos 8 voltios.
a.7 Referencia del Sistema
- Mediante el potenciómetro se obtienen diferentes valores
de la salida, establecer el rango de variación posible.
4.5
Aplicar esta tensión a la etapa siguiente del sistema y
comprobar si hay modificación por efecto de carga.
a.8 Etapa de acondicionamiento de señal
- Se aplica una señal externa a la entrada y se toman
medidas en los puntos Xi , Xs y en la salida.
— En el punto Xi se comprueba la presencia de una tensión
de saturación positiva o negativa según el signo de la
tensión de entrada. Determinar estos valores.
™ E n el punto Xs se tiene la salida de un circuito
seguidor de tensión. Verificar esta función para valores
positivos y negativos de la entrada
- En la salida del bloque se debe obtener la suma de las
señales medidas en Xi y Xa, con la particularidad de que
la señal de saturación es atenuada a un 1/5 de su valor.
- Para diferentes valores de entrada, en el rango de —5 a
+5 voltios, hecer las mediciones de la entrada y salida
para obtener la función de transferencia.
- La variación de la entrada debe hacerse de -5 a 4-5 y
viceversa para comprobar la histéresis del circuito.
Establecer el ancho de la banda de histéresis.
4.6
a.9 Amplificador de potencia
- Aplicar una señal externa a la entrada y conectar una
carga, que puede ser un motor DC similar al del equipo,
verificar la tensión y corriente que suministra el
circuito.
- Comprobar el funcionamiento para tensiones positivas y
negativas en un rango de -5/a +5, y obtener una tabla de
la tensión de salida en función de la entrada.
a. 10 Servomecanismo
- Ubicar los pasadores que acoplan las válvulas al motor
de manera que se cumplan tres condiciones:
1. Que una de las válvulas esté completamente cerrada, y
la otra completamente abierta.
2. Que la barra de accionamiento de los microswitches
este desplazada hacia uno de los extremos por manera
que este accionado uno de los microswitches.
3. Que al accionar el motor, el movimiento de las
válvulas sea tal que la barra se desplace hacia el
otro extremo.
4.7
Desacoplar el mecanismo de engranajes, esto es sacar el
pasador del eje del motor, y hacer girar manualmente el
sistema de válvulas observando que no hayan problemas de
trabamiento o desacople entre los piñones. Este
movimiento se lo debe hacer hasta llegar al otro extremo
de la barra, debiendo accionarse el otro microswitch.
Repetir el procedimiento en sentido inverso. Dejar
finalmente la barra en una posición intermedia.
Luego de realizada satisfactoriamente la prueba
anterior, colocar el pasador en el eje del motor y con
una fuente externa aplicar una tensión variable al
motor. Iniciar con tensión O V e ir aumentando
paulatinamente hasta que empiece el movimiento del
servomecanismo.
Tomar nota del valor de la tensión aplicada para la
condición de movimiento inminente
La tensión aplicada debe durar solamente el tiempo
necesario para alcanzar las cercanías del fin de carrera
de la barra, en cuyo caso debe cortarse esa tensión
inmediatamente.
- Invertir la polaridad de la tensión aplicada y comprobar
el desplazamiento en sentido inverso hasta llegar
igualmente hasta las cercanías del otro extremo.
a. 11 Amplificador de potencia + servomecanismo
'4- Hacer todas las interconexiones eléctricas y los
acoplamientos mecánicos necesarios para el obtener el
funcionamiento del servomecanismo mediante la tensión
proporcionada por el amplificador de potencia.
— Aplicar una tensión externa a la entrada del
amplificador de potencia, de manera que el motor gire
accionando el mecanismo hasta que la barra llegue a uno
de sus extremos, donde activará el microswitch que
desactiva al motor.
- Invertir la polaridad de la tensión aplicada y comprobar
el movimiento en sentido inverso, hasta llegar
igualmente al extremo opuesto de la barra, donde debe
activarse el otro microswitch parando automáticamente al
motor.
- Determinar la velocidad de desplazamiento de la barra
para diferentes valores de tensión aplicadas en la
entrada del amplificador de potencia.
4.9
a.12 Caudal de las válvulas
- Desacoplar el sistema de piñones del eje del motor.
- Verificar el nivel de agua en los tanques de
almacenamiento. Determinar la altura de estos con
respecto al nivel de las válvulas.
- Para posiciones sucesivas de las válvulas, cada 90° por
ejemplo, determinar el caudal individual de cada válvula
y el caudal conjunto.
b. Funcionamiento del sistema
b.1 Subsistema electrónico
- Desacoplar el eje del motor del sistema de piñones.
- Según el esquema de la figura 4.1., realizar las
conexiones siguientes en el tablero de mando: 1, 2, 3,
4, 12, 13, 14. Activar el interruptor general.
- Medir la tensión de la señal de realimentación.
- Fijar en la señal de referencia del sistema una tensión
ligeramente superior al valor medido en el paso
anterior.
4.10
AC
DC
input
out in
Ampllf.
Instrum.
Fig. 4-1
Interconecciones del tablero de control
H
- Hacer las conexiones 5, 8, 9, 10 y 11.
- Verificar la tensión aplicada al motor y su movimiento
hasta alcanzar el fin de carrera.
- Hacer que se invierta el sentido de giro del motor de
una de las dos maneras diferentes : a) modificando la
temperatura del sensor o b) modificando la temperatura
de referencia del sistema.
- Determinar el rango de la señal de error actuante para
el cual permanece estático el motor.
4.2 Características del sistema
En base a los resultados obtenidos en el numeral 4.1,
se describen a continuación las características del
sistema, en los aspectos eléctricos, electrónicos y
mecánicos.
Los datos se tabulan, manteniendo la misma secuencia
que en las pruebas realizadas en dicho numeral.
a.l Fuente regulada
Entrada : 120 VAG
Salida : Tensión positiva : 1.25 a 19.75 V DC
Tensión negativa : -1.26 a -19.50 V DC
: 1. 5 A
4.12
a.2 Sensor de temperatura
VOUT : 0.8 V a 20 °C
meoc I 5 . 23 V a 20 oC
Temp [°C] VOUT [V]
203040506070
2.582.532.472.422.382,33
Tabla 4.1 Datos del sensor de temperatura
De los valores obtenidos y presentados en la tabla 4.1
se puede observar la alta linealidad del circuito sensor
de temperatura. Para la calibración seleccionada se
deduce gue hay una variación promedia de unos 0.05
voltios por cada diez grados centígrados, es decir, 5
mV/°C.
a.3 Referencia de precisión
Tensión de salida de 2.70 a 3.01 V DC
El rango obtenido es apropiado para el funcionamiento
conjunto con el sensor de temperatura. Para la
calibración del conjunto se puede tomar el valor mínimo
de 2.7 V.
4.13
a.4 Amplificador de instrumentación
Los datos obtenidos se presentan en las tres primeras
columnas de la tabla 4.2. Se ha complementado la tabla
con una columna resultante de calcular la ganancia de
tensión Av del circuito.
Vinl [V]
2.622.622.622.512.402.36
Vin2 [V]
3.022.952.902.902.902.72
Vout [V]
-4.56-3.80-3.24-4.43-5.78-4.16
Av
11.411.5111.5711.5311.5611.55
Tabla 4.2. Datos del Amplificador de instrumentación
De los valores calculados en la columna cuarta de la
tabla 4.2 se deduce que el circuito tiene una ganancia de
tensión Av promedio de 11.52, notándose una desviación
muy pequeña con respecto a este valor a lo largo del
rango de utilización.
a.5 Sistema sensor + referencia -f- amplificador
A los valores medidos y presentados en las cuatro
primeras columnas de la tabla 4.3, se aumenta la última
columna con los valores calculados de la ganancia de
tensión en cada caso.
4.14
Temp.
20 C35 C48 C70 C
Sens. [V]
2.602.502.402.30
Ref . [V]
2.702.702.702.70
Vout [V]
-1.02-2.05-3.12-4.26
Av
10.2010.2510.4010.65
Tabla 4.3. Datos del sistema:sensor + referencia + amplificador
De los valores calculados para la ganancia de tensión,
se deduce que la ganancia promedio del conjunto sensor +
referencia + amplificador de instrumentación es de 10.3,
teniendo una pequeña variación al rededor de este valor
en el rango de temperatura indicado.
a.6 Sumador
Al igual que en las tablas anteriores, a los datos
obtenidos se los complementa con la última columna,
resultante de calcular la ganancia de tensión del
circuito, y se presentan en la tabla 4.4.
Vinl [V]
8.836.603.883.541.221.722.49
Vin2 [V]
3.63.63.63.63.63.63.6
Vout [V]
-5.21-2.95-0.260.072.431.931.17
Av
0.990.980.921.161.021.021.05
Tabla 4.4 Datos del sumador
La ganancia media que se deduce de la tabla 4.4 para
el sumador es prácticamente la unidad.
4.15
a.7 Referencia del sistema
La tensión que se emplea como señal de referencia del
sistema, proviene de un circuito regulador de tensión con
•una salida variable. De ahí que sus resultados son
satisfactorios dentro del rango desde 1.2 V a 9.2 Vnc.
a.8 Etapa de acondicionamiento de señal
Los valores obtenidos en las mediciones se presentan
en la tabla 4.5. En primer lugar se comprueba que en el
punto XI se tiene la función de un inversor. En el punto
X2 se tiene la función de un comparador de tensión con
tensiones de salida de saturación ligeramente diferentes.
Vin
3.044.495.381.78-0.22-3.14-4.53-4.92
XI
-3.05-4.50-5.40-1.800.213.144.524.92
X2
-8.49-8.50-8.49-8.509.199.199.199.19
Vout
4.776.217.133.54-2.10-4.99-6.39-6,79
-(X1+X2/5)
4.756.207.103.50-2.05-4.98-6.36-6,76
Vout -Vin
1.731.721.751.76-1.88-1.85-1.86-1.87
Tabla 4.5. Datos de la etapa de acondicionamientode la señal. Todas las magnitudes sepresentan en voltios.
En la quinta columna de la tabla 4.5 se ha hecho el
cálculo matemático de lo que debería tenerse en la
salida, es decir en la cuarta columna. Como puede
apreciarse, hay una gran exactitud en el funcionamiento
de este bloque.
4.16
En la última columna de la tabla se ha calculado la
diferencia neta entre la salida y la entrada de este
bloque, notándose que hay una tensión constante que se
añade a la señal de error en un valor promedio de 1.74
voltios si el error es positivo, y de 1.86 voltios si la
señal de error es negativa. Estos valores aseguran que el
sistema motor-válvulas inicie su movimiento para señales
de error pequeñas, ya que las amplifica, pero mantiene
sin embargo la misma pendiente del error original.
a.9 Amplificador de potencia
Los resultados se indican en la tabla 4.6 . De estos
datos podemos sacar la característica del amplificados de
potencia.
Vin [V]
5.04.3.2.-2.—3-4.-5.
Vout [V]
4.33.23.51.5-1.4-2.6-3.1-4.2
lout [A]
0.750.670.620.580.600.640.690.74
Tabla 4.6 Datos del amplificador de potencia
Se nota que en lo relacionado con la tensión, se tiene
una ganancia inferior a 1. La potencia entonces se
4.17
incrementa exclusivamente por la corriente que soportan
los transistores de potencia.
a. 10 Servomecanismo
Por las características del motor se han determinado
que existen tensiones mínimas necesarias para iniciar su
movimiento en uno u otro sentido. Estas tensiones son:
movimiento a la izquierda : 1.75 V
movimiento a la derecha : 1.82 V
a. 11 Amplificador de potencia -*- servomecanismo
Al realizar las pruebas propuestas se han obtenido los
resultados constantes en la tabla 4.7. La segunda columna
representa la velocidad lineal de la barra de control de
fin de carrera.
Vin [V]
6.05.55.04.54.03.02.0
v . 1 C cm/s ]
0.780.710.650,580.520.400.31
Tabla 4.7. Datos del servomecanismoVin [V]; Vel. lineal[cm/s]
4.18
a.12 Caudal de las válvulas
Las mediciones realizadas dan como resultado los datos
constantes en la tabla 4.8.
Nivel de agua: + 1.50 m
Posición
0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.0
Ql [dl/m]
34619495111120125137147153158166
Q2 [dl/m]
17316715714914113212411398875328
Qtotal
207228251244252252249250245240211194
Tabla 4.8 Datos de caudal de las válvulas
De los valores obtenidos se desprende que el caudal
total en buena parte del rango de posiciones relativas de
las válvulas es aproximadamente constante, lo que
constituye una ventaja, ya que con el sistema construido
se obtiene una cantidad constante de fluido aún cuando se
trabaje a temperaturas diferentes.
•*4.19
4.3 Análisis comparativo con los resultados teóricos
Una vez realizadas las mediciones de los diferentes
componentes del sistema, en lo que tiene que ver con su
funcionamiento eléctrico, electrónico y mecánico, se
pueden llegar a varias conclusiones, haciendo una
comparación entre los resultados teóricos que se
esperaban del sistema, en base al diseño, en el cual se
impusieron varias condiciones de trabajo, y los
resultados prácticos obtenidos.
Es de notar que en varias oportunidades los resultados
experimentales no concordaron con lo diseñado, o no
cumplían satisfactoriamente las condiciones de trabajo
propuestas. En tales casos se realizó un nuevo diseño, se
cambió de elementos, de mayor precisión, de mejores
características, etc. para llegar a un conjunto de
componentes que funcionan adecuadamente tanto individual
como Ínterconectados en el sistema construido.
Para el análisis de los resultados obtenidos con los
circuitos electrónicos se han tomado en cuenta las
características dadas por el fabricante: sus rangos de
tensión, corrientes, precisión, ajuste, etc. dados en las
tablas que constan en el apéndice A.
Por otro lado se consideran los resultados esperados
del capítulo II, en el que se llegó a establecer la
4.20
función de transferencia del sistema y se fijaron varios
requerimientos del sistema.
En términos generales los circuitos electrónicos
diseñados funcionan de acuerdo a los requerimientos
previstos, siendo muy pequeños los errores obtenidos, que
por otra parte, se han minimizado mediante la calibración
de potenciómetros ubicados estratégicamente en cada
circuito.
Los pequeños errores detectados tienen la explicación,
entre otras causas, en la precisión de los elementos,
sobre todo en las resistencias, en las cuales la
precisión de las encontradas en el mercado es de 10 o 20
%, en tanto que los fabricantes recomiendan, en ciertos
circuitos de aplicación una precisión del 1 %.
El elemento electrónico más importante y sensible
dentro del prototipo, el integrado LM35cz, responde en
buena medida a lo esperado y enunciado en los manuales
del fabricante.
La relación obtenida, representada en la figura 4.2,
indica la linealidad apreciable del circuito construido.
En de notar sin embargo, que la calibración propuesta
inicialmente se ha modificado dadas las necesidades del
entorno del circuito sensor de temperatura.
4.21
2.6
2.5
2.4
2.3
10 20 30. 40 50 60 70
Fig. 4.2 Característica del sensor de temperatura
En el caso del sensor de temperatura, los resultados
obtenidos obligaron a prescindir de la relación exacta
con la escala absoluta. Considerando el conjunto sistema
sensor 4- referencia + amplificador, y los resultados
presentados en la Tabla 4.3, para fines prácticos, se
conviene en utilizar una escala termométrica X en la cual
se tiene:
Relación puntual:
Relación de módulo:
48.4 ox = 100 °C
1 °X = 2.08 °C
Otro factor importante de notar es que, debido a las
configuraciones empleadas con los circuitos
operacionales, los efectos de carga entre una etapa y
otra son despreciables en todo el circuito.
4.22
Sin embargo en el circuito de potencia se aprecia una
caída de tensión por los circuitos internos, pero que en
el contexto del funcionamiento del prototipo no es
determinante, toda vez que su efecto a lo más es de
atenuar un poco algo la señal de error.
Cada uno de los bloques componentes del sistema,
mecánicos, eléctricos y electrónicos, ha sido debidamente
comprobado en su funcionamiento. Los elementos que no
cumplían con lo previsto han sido descartados del equipo,
por manera que éste quede confiable.
4.4 Extensión a otras aplicaciones
4-4.1 Utilización de los módulos del prototipo
En primer lugar, y debido a la característica modular
del equipo construido, cada uno de los componentes del
sistema puede ser empleado independientemente del
prototipo en cualquier aplicación de laboratorio.
Los módulos que pueden usarse independientemente son
los enumerados a continuación:
- Fuente regulada con tensiones DC positiva y negativa
variables entre 1.2 V a 15 V y de -1,5 a -15 V con
una corriente máxima de 1.5 A
4.23
Tensión regulada positiva entre 1.2 V y 9 V con una
corriente máxima de 0.5 A.
Amplificador de potencia con circuito de alimentación
independiente, capacidad de corriente hasta 2 A y con
protección de sobrecorriente.
Amplificador diferencial o de instrumentación, con una
impedancia de entrada alta, ganancia de tensión igual
a 10, muy práctico en el tratamiento de señales muy
pequeñas.
Comparador de tensión, en base de una entrada
diferencial con operacionales, igualmente de alta
impedancia que permite obtener la diferencia entre dos
tensiones de hasta 8 V, con una ganancia unitaria.
Generador de histéresis, es decir un elemento no
lineal cuya salida es la tensión de saturación de los
operacionales ya sea positiva o negativa.
Tiene una franja de histéresis de ancho susceptible de
variación mediante un potenciómetro.
Referencia de voltaje que provee una tensión de
precisión en el rango 2,07 a 3.01 V DC y que puede ser
empleada como tensión de prueba en cualquier circuito
de instrumentación con señales pequeñas.
4.24
— Servomecanismo, es decir el conjunto motor - piñones -
válvulas que pueden ser accionados por otros sistemas
de control, a condición de que éstos provean -ana
corriente nominal de 1.5 A. en el rango de voltaje de
2 a 12 V.
— Sistema de tanques reservorios y ductos cuya altura
con respecto al nivel de trabajo es variable. Uno de
los tanques está recubierto de fibra de vidrio para
aislarlo térmicamente del ambiente. Tiene un
dispositivo para elevar la temperatura del agua.
— Sensor de temperatura basado en el LM35cz7 con rango
de -55 a +150 °C. , y que puede usarse en otros
sistemas de control que necesiten una medición de la
temperatura.
4.4.2 Otras aplicaciones de control automático
a) Regulación de "temperatura mediante control de la
fuente calorífica.- Usando un solo caudal, se
controla la temperatura resultante mediante la
aplicación, al elemento resistivo, de una potencia
proporcional a la temperatura deseada.
En su forma más elemental, este elemento es una
resistencia o "niquelina". La potencia disipada es
proporcional a la tensión aplicada y, si se mantiene
4.25
el caudal constante, es proporcional también a la
temperatura del líquido.
Por la naturaleza del control, no es necesario que
existan valores positivos y negativos sobre el
elemento final de control, sino únicamente positivos.
iEl servomotor debe ser acoplado a un reóstato 7 cuyo
giro, en uno y otro sentido, producirá un aumento o
descenso de la potencia consumida por el elemento
resistivo y por ende de la temperatura del líquido.
b) Control de nivel de líquido.— Con un sensor apropiado
para el nivel de líquidos, es posible implantar sin
5 mayores cambios el prototipo para este fin. Se emplea
el caudal de una sola válvula, la que es movida
igualmente por el motor DC. La señal proveniente del
sensor de nivel se aplica directamente a la
realimentación o si es necesario al amplificador de
instrumentación.
La referencia del sistema es la misma del prototipo,
en un rango de 1.2 a 9 V.
Es de notar que en cualquier aplicación que utilice la
etapa de acondicionamiento de la señal7 con el
servomecanismo del prototipo, se tiene la franja de
histéresis.
4.26
c) Servomotor para controles varios
Puede adaptarse el sistema de motor 4- piñones para
formar un mecanismo de control de posición por ejemplo
con un sistema de control independiente al del
prototipo actual, pero que puede usar sus bloques como
componentes del mismo.
d) Control de procesos en general
Con sensores apropiados se puede implantar un sistema
de control de concentración de soluciones, que tendría
el mismo principio básico que el sistema de control
construido.
4,27
CONCLUSIONES
Del trabajo realizado se puntualizan las siguientes
conclusiones:
- El diseño y construcción de un prototipo de Control de
Procesos en Tiempo Real, a utilizarse en la Escuela
Politécnica Nacional como complemento a la enseñanza
impartida en la especialización Electrónica y Control
ha significado una importante tarea que me ha sido
encomendada y se ha llevado adelante hasta contar
actualmente con un equipo apropiado para los objetivos
propuestos y que además es de uso múltiple dada su
característica modular.
- Se ha conseguido construir un dispositivo sensor de
temperatura, con elementos de alta precisión y
linealidad, basado en un circuito integrado, el LM35cZ,
- Se aplicaron los conocimientos adquiridos tanto en
Teoría de Control Automático como en Diseño Electrónico
y materias afines. Se han tenido básicamente tres
facetas distintas en el trabajo realizado. Una relativa
a los sistemas de control automático, otra relacionada
con el diseño y construcción de circuitos eléctricos y
electrónicos y una tercera que comprende los
componentes mecánicos del prototipo.
5.1
La problemática en cada caso es diferente, y se ha
hecho lo posible por conjugar armoniosamente estas tres
facetas. Se han vencido una serie de limitaciones con
relación a la facilidad de obtener circuitos
específicos, de alcanzar una alta precisión en los
componentes mecánicos, costos de los materiales, etc.
En principio, habia el reto de construir el prototipo
con materiales de uso generalizado, que se encuentren
en el mercado local, y que no se tengan que importar
exclusivamente para la tarea encomendada. Este reto se
ha cumplido. Si bien es verdad que hubieron no pocos
elementos que, cumpliendo con las características
óptimas deseadas, no se consiguieron, se supo encontrar
una alternativa de trabajo, sin menoscabar la
funcionalidad y confiabilidad del diseño.
En este marco es importante señalar que,
afortunadamente, hay una amplia variedad de circuitos
con funciones similares, de uno u otro fabricante y que
permiten al diseñador encontrar una alternativa viable.
Ha sido de utilidad en varios casos el hecho que la
Facultad cuente con un stock de circuitos electrónicos
para diversas aplicaciones.
En lo que hace relación a los componentes mecánicos, se
ha observado en el desarrollo del prototipo que el
5.2
trabajador metalmecánico en nuestro medio no está
preparado o no cuenta con medios apropiados para
efectuar trabajos de buena precisión. Esto obligó a que
se cambien ciertas ideas iniciales sobre el mecanismo
de engranajes y piñones del prototipo, a fin de que,
sin desmejorar el funcionamiento requerido3 se de mayor
libertad o "juego" a los elementos.
Se han diseñado dos prácticas básicas de Laboratorio
con el fin de orientar el uso del equipo por parte de
los estudiantes. Para ello se hace notar que dada la
cantidad de elementos constitutivos del sistema, es
necesario una compenetración con el mismo, de manera
que el operador no pierda de vista ningún detalle en el
funcionamiento del equipo.
Por la técnica modular empleada, y para fines
prácticos, el sistema mecánico es completamente
desmontable, y es necesario una familiarización con el
mismo, antes de realizar cualquier prueba. La
utilización del equipo requiere de una buena
concentración por la variedad de factores en juego y
esto probablemente va a obligar al estudiante a mejorar
su dinamismo y concentración.
En lo relativo a los circuitos eléctricos y
electrónicos se cuenta con varios módulos de funciones
especificas. Todas las interconexiones son externas, lo
5,3
que permite un uso independiente o en conjunto de los
módulos. Se ha tratado de prever la problemática de los
Laboratorios, en los que la flexibilidad de los equipos
ayudaría a darles un uso más eficiente al combinar
varios de ellos. Las alternativas de prácticas de
laboratorio aumentan y se pueden compartir recursos.
Los posibles errores acumulados tanto de la parte
electrónica como mecánica se han ido compensando de
manera que desaparezcan o lleguen a valores tolerables.
Desde el punto de vista de la Teoría de Control, se ha
determinado la función de transferencia del sistema,
haciendo lógicamente algunas abstracciones, para
adaptar el mecanismo real al campo matemático. Se ha
determinado la estabilidad del sistema, pero quedan a
criterio de los usuarios toda una gama de experiencias
para determinar la necesidad de incorporar nuevos
elementos al sistema para mejorar o modificar las
características actuales de funcionamiento.
Para finalizar, puede decirse que el prototipo
construido no es un equipo "terminado". Al contrario,
constituye solamente una base para ir ampliando,
modificando o incorporando nuevas funciones tendiendo
siempre a conseguir una mayor automatización de
procesos en tiempo real.
5.4
RECOMENDACIONES
Para la mejor utilización y aprovechamiento del sistema
construido, se presentan una serie de recomendaciones
tendiendes básicamente a dos objetivos fundamentales. El
primero, el mantenimiento del equipo construido para
evitar su deterioro, y el segundo, continuar con un
proyecto de implantación del Laboratorio de Control de
Procesos en Tiempo Real.
Sobre el mantenimiento del equipo se dan las siguientes
directivas:
- Una vez definido el sitio donde va a permanecer el
eguipo, se recomienda hacer una conexión directa de la
red de agua hacia los tanques reservorios, y un desagüe
para evacuar los excedentes de agua.
- Por consideraciones energéticas, sería conveniente
buscar otras alternativas para calentar el agua, como
puede ser un calentador a gas, energía solar, etc.
Además se puede diseñar un sistema de recirculación del
agua caliente.
5.5
Por el trabajo con agua, existe la posibilidad de que
ciertas partes metálicas en contacto con el agua se
oxiden. Periódicamente se debe proceder a repintar o
impermeabilizar estas partes, que son : dispositivo
calentador de agua, tanque mezclador, tanques
reservorios, sistema de agitación en el tanque
mezclador, ductos de agua. Al terminar una práctica
desalojar toda en agua acumulada en los recipientes y
ductos del prototipo.
Todas las partes móviles del mecanismo deben ser
lubricadas periódicamente, y preferiblemente antes de
cada práctica. Los piñones con una grasa liviana, que
forma parte del equipo entregado, y las válvulas con
aceite de máquina.
Se debe tener especial cuidado en que la barra de
aluminio que sirve como tope de fin de carrera no se
trabe, pues podrían romperse.
Insistir siempre en el procedimiento para mover el
sistema, descrito en el Capitulo IV. La posición de las
válvulas al inicio de cada movimiento, como el sentido
de éste es de vital importancia para el funcionamiento
adecuado del sistema.
Se deberían definir de inmediato proyectos o tesis que
tiendan a incrementar las funciones del equipo,
5.6
mediante la incorporación de otros mecanismos de
control automático complementarios o afines para
diseñar una serie de experiencias relacionadas con este
u otros prototipos existentes en la Facultad,
En caso de malfuncionamiento de alguna de las partes
del sistema, para su arreglo o reemplazo se lo debe
aislar a fin de hacer las pruebas y correctivos
independientemente del resto del equipo.
Una opción interesante será conectar el equipo a través
de un sistema de adquisición de datos a un computador,
para aplicar el software de Control Automático al
prototipo.
5.7
ANEXOS
A. TABLAS
B. ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO
C. DIAGRAMAS CONSTRUCTIVOS
D. PRACTICAS DE LABORATORIO
E. MEMORIA TÉCNICA
TABLAS
National Voltage RegulatorsSemiconductor
LM117/LM217/LM317 3-Terminal Adjustable RegulatorGeneral DescriptíonThe LM117/LM217/LM317 are adjustable 3-terminalpositive voltage regulators capable of supplying ín excessof 1.5A over a 1.2V lo 37V output range. They areexceptionally easy to use and require on!y two externalresistor* to sel the output voltage. Further, both lineand load regulation are better than standard fixed regula-tors. AIso, the LM117 Is packaged in standard transistorpackages which are easily mounted and handled.
In addilíon to higher purloimance than fixed regulators,the LM117 SL'ríes o f f e r s full overload protectionavailable only Ín IC's. Included on the chíp are currentlimít, thermal overload protectíon and sa fe área proteotíon. All overload protection círcuitry remains fullyfunctional even if Ihe adjustment terminal isdísconnücted.
Features• Ad¡ustable output down to 1.2V• GuaidiHUud 1.5A oiMpur. curren!• Line regulation typically 0.01%/V
• Load regulation typically 0.1%• Current ümit constant with temperature• 100% eléctrica! burn-in
• Elimínales the need to stock many voltages• Standard 3-iead transistor package
• 80 dB ripple rejection
Normally, no capacitors are needed unless the devíce isshuated far from the input íilter capacítors ¡n whichcase an input bypass ¡s needed. An optional outputcapacitor can be added to improve transient response.The adjustment terminal can be bypassed 10 achievevery high rípple rejectíons ratios which are difficultto achieve with standard 3-lerminal regulators.
Besídes replacíng f ixed regulators, the LM117 ¡s useiul¡n a wide variety of other applications. Since íhe regu-lator is "íloaiíng" and sees only the ¡nput-to-outputdifferential voltage. supplies of several hundred voltscan be regulated as long as the máximum input tooutpul dif ferential is not exceeaed.
Also, ¡t makes an especially simple adjustable switchingregulator, a programmable output regulator, or byconnecting a fixed resistor bclween the adjustment andoutput, íhe LM117 can be ust'd as a precisión curruntregulator. Supplies with electronic shuidown can buachieved by clamping the adjusiment terminal to groundwhích programs íhe output to 1.2V where most loadsdraw [¡ule curreni.
The LM117K, LM217K and LM317K are packaged instandard TO-3 transistor packages vvhile íhe LM117H,LM217H and LM317H are packaged Ín a salid Kovarbase TO-39 transistor package. The LM117 is rated foroperation Irom -55°C to + 150°C, the LM217 trom-25UC to +150eC and the LM317 Irom 0"C to +125°C.The LM317T and LM317MP, idied for operaiion ovL-r a0SC to -*-125°C range, are available in a TO-220 plásticpackage and a TO202 package, respectively.
For applications requiring greater output current Ínexcess of 3A and 5A, see LM150 series and LM138series data sheets, respectively. For íhe negaiive comple.ment, see LM137 series data sheet.
LMl 17 S*nei P*ck»0M ind Powei Capability
DEVICE
LMt 17
LM217
UM317UM317T
LM317M
LM3 1 7 L2
PACKAGE
TOO
TO-39
TO-270
TO202
TO-92
RATED
POWER
DISSIPATION
20W
2W
I5W7 5W
0.6W
DESIGN
LOAD
CUHRENT
1.5A
0.5A
1.5A
0.5A
0.1 A
co
Typical Applications1.2V-25V Adjumbl* R.gul.ior DigiullY S»lt«i»d Oulpou SV Logic FUgulator with
El«cifonic Shuidown*
tOplionul— idiproveí iransient reiponie.Qulptil ropocnoii in líio taitQa ni 1 nFlo ItXJU ¡if- ul uliiMuniiin oí Unuliiinelucirolytic aiu coniinanly uiud toprovide improued output ¡rnpedance
and rejcction of iramiems.
•Needed ií device ¡i far Irom filtercapacitor*
1 f —Rl
* Min OUIPLH - 1.2V
1-23
A.l
co Absolute Máximum RatingsPower Dissipation Iniemally ümusd
Input-Ouiput Voltage Difieren tial 4OV
Operatíng Junction Temperature Range
LM117 55"C lo H 50 C
LM2 17 73 C 10 ' 1 ni) f
LM317 0 C to +125 C
Storage Temperature -65 "C to -HSQ'C
Lead Temperature [Soldering, 10seconds) 300"C
PreconditioningBurn-ln in Thermai Limit 100% All Devices
Electrical Characterislics (Note 1)
PARAMETER
Line Regulation
LontI Rcgulíiiion
Thermai Regulaiíon
Adjustmeni Pin Cutrent
Adjustmeni Pin Cimem Change
Relercncc Volt.ige
Line Roquín] ion
Load Regulation
Tcmpeíaiure Stahiltty
Mínimum Load Current
Current Llmit
RMS Output Noise, % oí VQUT
Ripple Rejection Ratio
Long-Term Stabiliiy
Thermol Hesístance, Junciíon (o Case
COND1TIONS
T A - 2 5 - C . 3 V S V , N ~ VoUT <«DA
(Noie 2}i
T A ^ ^ S c. i o m A < IQUT< IMAXVOUT< SV. IMoie 21
V0UT>5V, (Note 21
TA " 25;C. 20 mi Pulí»
10mA<lL<lM Ax3V <{V!N-V0UT)<dOV
3V <(V|H-VOUT'<4OV. (Note 3]
in mA < IQUT •' IMAX. P •'-" f'.iAx3V -C V¡^j • VQyy < 4QV, [Nole 21
10mA<lO U T<lM A X.(Noie2)
V0UT<5V
VOUT>5V
TMIN 5 T¡ < TMAX
VIN-VOUT-«OVV|N-VOUT<15V
K and T Pack.igc
H and P Package
K and T Package
H and P Package
TA = 25 "C, 10 Hj < f < 10 kHi
VOUT = iov. i = 120 HÍCADJ= lopP
TA = 125;C
H Package
K Package
T Package
P Packag-
LM117/217
MIN
1.20
1 5
0 5
030
0.15
66
TYP
001
5
0 1
003
50
02
1 25
002
20
03
1
3 5
2 2
0 8
0 J
0.07
0.003
65
80
03
12
2.3
MAX
0.02
15
03
007
100
5
1.30
005
50
1
5
1
15
3
LM317
MIN
1.20
1.5
0.5
0.15
0.075
66
TYP
0.01
5
0.1
OOd
50
0.2
1.25
002
20
0.3
1
3.5
/
2 2
0.8
0.4
0.07
0.003
65
80
0.3
12
2.3
4
12
MAX
0.04
25
0.5
007
100
5
1.30
007
70
1.5
10
1
15
3
UNITS
%/V
mV
*°
«Í.-W
^A
M
V
•*:. V !
inV
% .
%
mA
A
A
A
A
%
da ,dB '
%
PCAV . !
PCAV '
"CAV '
"CAV
Nole 1: Unluss olhorwiso specified, tiloso spociücalions apply -55"C < T¡ C MEO^C !oi thc LM117. 25''C < T. < -f 150"C loi the LM217, and "0°C < T¡ < +125"C lorlhe LM317; V|N - VOUT = 5V; and IQUT- °-1A for ihe TO-39 ana TO-202 pactao.es and IQUT * 0.5A or ihe TO-3 and TO-220 "'packages. Although power dissipatíon is nlernally limíled, these specífícations ate applicable fot power drssípaiions oí 2W for ihe TO-39 and TO-202.and 20W for the TO-3 and TO-220. IMAX ís 1-5A fot ihe TO-3 and TO-220 packages and 0.5A (or ihe TO-39 and TO-202 packages.Note 2: Regulatlon Is measured al constan! ¡unciíon tempérame, using pulse testíng wiih a low duty cycle, Changes in oulpul vollage due to heatingeHects are covered under Ihe specificaton lof thermal legulatíon.Nota 3: Selecled deuices wilh lighlened tolerance relerence voltage available.
1-24
A .2
Typical Performance Characterist ics (K and T Packages)Output Capacitor = O unlesi otherwiie noted
Load Regulition
-
\ N 'OUT
1SV
• t V
-'l— -
"L
• 0— -,
• 1
,* _
--~,
F\5 -SO -15 O 15 SO 75 IDO 115 15D
IEMFERATUREI CJ
Oropoui Volita*
-75 -ií 75 O 25 SO íi 100 IJ5 ISO
TEMPEHATUREI CJ
Rípplt Rajeclion
= 10
¡I • 500 mA
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OUTPUT VOI IACEIVJ
Ouiput lmp*d*nc*
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1 M Í Ü I - O U I P U T O l F f E R E M T I A l (V]
Timp«nlU(i
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TEWEflAlUHE I t|
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10 100 U |Dk IWt [U
Ad¡uilm«ni Curr»ni
-75 -SD -?5 O IÍ SO 75 IC
TEMPERAlUf lECC]
Mínimum Opatiting Curr»nl
1110 10 JO 40
Ih'fUI-OUIPUT DlIfERENTIAl (V|
Ripplt Rijection
VIH • i5vV O U T . | D V
' l ' l í O K l "T, ' !S C
-I í tima
V^AOJ-0
O Oí D I l
OUTPUT CURflENT (A)
Lo»d Trinilenl
•i..f.cíDJ.io.,F|V I N - I Í VV U I M - iovI N I -Í.D,,,*
10 70 30 4D
TIME {„,!
1-25
A.3
coco
coC\
CO
NationalSemiconductor
Vollage Regulaíors
LM137/LM237/LM337 3-Terminal AdjustableNegative RegulatorsGeneral Description
The LM137/LM237/LM337 are adjustablc 3-terminalnegative volinge fcgulalors capable oí supplymq in e x c e s sof -1.5A over an output voliage range oí -1.2V lo—37V. These regulators are exceptionally easy to apply,requíring only 2 exiernal resistors to set ihe ouiputvoltage and 1 output capacitor for freauency compensa-tion. The ciicuit dcsígn has bccn optímircd íor excellenlregulaiíon and low thermal [iansien ts. Fui ther, theLM137 series (eatures internal current limitiiig. ¡he/malshutdown and safe-area compensaiion, making themvírtually blowout-proof againsl overloads.
The LM137/LM237/LM337 serve a wide. variety ofapplícations includíng local on-card regulation, program-mable-output voltage regulation or precisión currentregulation. The LM137/LM237/LM337 are ideal comple-ments to (he LM117/LM21 7/LM317 adjustable poshiveregulators.
Features• Output voltage adjustable from —1.2V to —37V
• 1.5A output current guaranteed, -55°C to -M5G=C
Line regulation typically 0.01%/V
Load regufation typicnlly 0.3%
Excellent thermal regulation, 0.002%/W
77 dB ripple rejeclion
Excellent rejection of thermal transients
50 ppm/^C temperatuie coeííicient
Tpmpeíaiuie'indepcndent current limít
Internal thermal overload protection
100% electncal burn-in
Standard 3-lead transistor package
L.M137 Seri «nd Power
DEVICE
LM137
U.1237LM337LM337TLU337M
LM337L2
PACKAGE
TO-3
TO-39
TO-220TO-202TO-92
RATEOPOWER
DISSIPATION
20W/
>"2W
1SW
7 .5VV
O.C2W
DESIGNLOAD
CURRENT
1.5A
0.5A
1.5 A
0.5A
0.1 A
Typical Applications
iv» Volt»s« R*8wl
~ V OUT
_ I A D J X R 2
tci • 1 uF jolid tarua'um ot 10 uF aluminum ele-ciiolyiic requiírd lot itabiliiy.Oujput caoacitof! in the rangr of 1 uF lo 1000 pF oí slutninum ot lan-lalum electrolYlic are cornmonly uied lo pro^ide impíoved ouipui impe-dance and re¡ect!on o' l/ansien|i.
'C2 * 1 uF jolid tanialum u reatmed only it rcqulsior ii moie ihan 4" Irompower-iuoply ItMet cacacitor
1-58
A . 4
Absoluta Máximum RatingsPower Dissipalion IniernallY limitedInput-Ouiput Vohage Differential 40VOperating Junciion Temperature Range
LM137 -55dC io+150°CLM237 -25JC to+l50 :CLM337 OaC to-H25JC
Siorage Temperature -65"C to •HBO'CLeadTemperature {Soldering, lOseconds) 300"C
PreconditioningBurn-ln in Thermal Límit 100% All Devicei
Eléctrica! Characteristics (Note u
PARAMETER COHDITIONSLM137/LM237
TYP
LM337
TYP MAXUNITS
Line Reguldlioil
Load Regulation
Therma] Regglanon
Adjusimeni Pin Cutí uní
Adjuslmeni Pin Cuirenl Change
Rclcícncí; Vnll.itji-
Line Begulaiion
Load Regulation
Temperatufe Stabiliiy
Mínimum Load Curreni
Curren! Limil
T A - 25 'C. 10mA<loiJT<I.MAX
IVOUTIX' 5V. INoifi 2)
10mA<l L> IU3.ov •: ,V|
K and T Pj
H and P Pj
RMS Outpui Noiie. % of VQyj
Ripple Rejccuon Rjtio
Long-Term SubiIUy
Theiíiial Resiuanct;. Junction lo Caie
K Jiii! T PdcKaqt;
H diid P Pjckage
TA = 25 C. 10Hz^£ f < 10VH:
VOUT '- -'ov- ' * 120 H;
125 c.
1.505
02-10.15
H Pj
K Pa
T PJ
P Pj
001
1503
0002
65
2
002
20
03
0.6
25
1 2
2.2
08
04
O 17
0003
60
77
03
13
23
002
2505
0 0 2
100
5
15
03
0003
65
2
50
1 O
0.0-1
100
5
50
1
1.505
0.15
0.10
153
0.6
2.51.5
2 2
O B
O J
O 17
0003
6077
03
12
2 3
4
12
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70
1.5
10
6
15
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mA
mA
A
A
A
A
dB
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"C/W
"C'W
lc/wc.\
Ñola 1: Unless oiherwise specified. [hese spacidcaiions apply -55*0 < T, v t 150"C lor inc LW137. - 25"C v Tj < 4 150"C lol IheLM237,0°C< T,í+125°C lor the LM337; V|(,-V0ur = 5V; and !cuT=0 i A lor me TO-39 ano TO-202 packages and IQUT^O.SA lortne TO-3 and TO-220 packages. Allhough pov,eí aissipanon is inteírail, liírniea. mese specilicalions are appücable lor power tíis-sipalions oí 2W lor Ihc TO-39 and TO 202 and 20W ioi tne TO-3 ana TO-220 lj.i¿x is l 5A leí (he TO-3 and TO-220 packages. andOSA lor Ihe TO 202 pac^aflü .mu U ¿A lur Ihi¡ IO VJ pj^ac;eNole 2: Regulalio/nsnitjJSiJiL'U Jl cunyljnl juitctiori iuin;'OMUi'tf uamg puibu le'-lirig AUH j IOA iluly Cyclc Cltangub in output vnllagedue lo nealing ellecls ate cavered undcr tne specilicanon ioi merma i fií^uiaiiOn Load tegul^lion is measuied on iht; oulpui pm <ila poinl 1/8" beiow Ihe base oí ¡he TO-3 and TO-39 pacKagesNole 3: Selected dcvrccs wilh ligntened lolerance releíence ^oi iage a,a:.3Die
1-59
A.5
LM13
77LM
2377
LM33
7
Typ
01
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TPU
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S - S O - 7 5 0 IS SO 75 100 12S ISO I 11 71 J1 U -ÍS -SO -75 I 15 SO 75 10G US ISO
TEMPERATUHE Cd INfUT-OUTFUT Olf FEREHTIU IV) TEMPERATURE l'C
Dropout Voltüfl* T«mp«rituf» Sltb lity Mínimum Opeisting Curran!
vo u i - -svjVm,T- 100 mV
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TEMFERAIUREI C] IE«Í ERAIURE 1 Cl hfül DUTrUT OIF F ERÍNIIAL (VI
Ripple Ra|eclÍDn Ripplt Rc}«cl¡Dn Rlpple Rejeclíon
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OUIFUT VDLIACEIV) FREOUENCT K.l OUlfUI CURRENIfA]
)uiput mpetisncB Lir>« Tr»nií»nt Ruponi» Load Trsniienl Reíponse
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FREOUENCIMHO HMEUI UMEl.it
1-62
A.6
oco
oCM
NationalSemiconductor
Operational Amplifiers/Buffers
LM101A/LM201A/LM301A Operational Amplifiers
General DescriptionThe LM101A serles are general purpose optrationalaniplifiers which feature improved perfoirnanceover ¡ndustry standards like the LM709. Advancedprocessin^ techniques make possible an order ofmagnitude reduction ¡n input currents, and aredesígn of the bíasing circuitry reduces thetemperatura drift of input current. Improvedspecífications Include:
• Offset voltage 3 mV máximum over tempera-ture (LM101A/LM201A)
• Input current 100 nA máximum over tempera-ture (LM101A/LM201A)
• Offset current 20 nA máximum over tempera-ture (LM101A/LM201A)
• Guaranteed drift characteristics
• Offsets guaranteed over entire common modeand supply voltage ranges
• Slew rate of 10V//JS as a summmg amplifier
Thís amplifier offers many features which make ítsapplication nearly foolproof: overload protectíonon the ínpui and output. no latch-up when thecommon modc range is exceeded, freedom (romoscillations and compensaron with a single 30 pF
capacitor. It has advantages over ¡nternally com-pensated amplifiers ín that the frequency compen-sation can be taílored lo the particular application.por example, ¡n low frequency circuhs it can beovercompensated for increased stability margin. Or\e compensation can be optimizad to give more
than a factor of ten ¡mprovement in hígh frequen-cy performance for most applications.
In addition, the device provídes better accuracyand lower noise Ín h¡gh impedance circuitry,The low input currents also make it particu-larly well suited for long interval integratorsor timers, sample and hold circuits and low fre-quency waveform generators. Further, replacingcírcuits' where matched transistor pairs bufferthe Inputj of conventional IC op amps, it cangive lower offset voltage and drift al a lower cost.
The LM1Q1A ¡s guaranteed over a temperaturerange of —55°C to -f125°C( the LM201A from-25°C lo 485'C, and the LM301A from 0°Cto 70"C,
Schematíc** and Connection Diagrams (ToPvieWsi
Duat-In-Line Packsge
Ord*f Number LM101AH,LM201AHor LM301AHS*« NSP»ck.ff« H08C
Itn: tif I cinttttpí t> ktiiBín oí pxk>fi.
Orddf Number LM101AJ-14LM201AJ-14 or LM301AJ-14
Se-e NS P»ck90«
"Pin conneclioni ihovvn a re lor mtlal cari.
Orií»r Numb*rLM101AJ. UM201AJ, LM301AJ
S*i NS P>ck»g» JOBA
Ord»r Numbrt LM301ANS*« NS P*ck»9» NOBA
3-126
A.7
\r
Absolute Máximum RatingsLM101A/LM201A LM301A
SuppIyVoIlage i22V ilBVPowfr Oiliipílion (Mole 1) 500 mW £00 mWOÜItítnlul Inpui Voluge 13QV 13OVInpulVoltage (Nolc 2) MSV ±15VOuifwt Shon CKCUÜ Durilion (Nou 3) IrxJtfmilt Irvícfinn»OptrjlingTempeiMure Rjnge -55°C [o +T25JC ILMIOIA) . »7n'r
-25aC ID i-85°C (LM20IA) l° *SlwiseTemperJtuie Hange -fi5J.C lo +l50"C -65'c lo +15O'CLitdTtmpífJtutc (Sultiermg. 10 lícondi) 30X)'C 30Q°C
Eléctrica! Characteristics (Note4i
PARAMETER
InpulOIlM! VolUae
LM101A.LM201A.LM301A
Inpul Ollwl CUIIEÍII
Inpul Bilí Cutfcnl
InpulfltlíllliKt
S^Cutf,,»
LirjtSignil Volljge G)in
InpulOIfte! Valligc
A.HíjfTtmptulureCoclli-
ritniol Inpot OHiet VolUg*
Inpul OKiti Curren!
AmurTtmperiU-rrCoíífi-
etm oí Input Ollitl Cuircni
Inpul Bill Cudtnt
Suppií Curjtnt
ürjí Sijnil VolUgu Qjín
Oulpui Voltis* Swms
Inpul VotUgc Ríiigo
Common-Mode Re¡Bdion RJIÍO
Suppty Vallige Rcjcclian Rilio
CONDlTIOHS
XTA-25-CRS<50kl l
TA - 25JC
TA - 25°C
TA - 2S°c
TA - 35';cVS - Í30V
Vs • H5V
TA-25'C,VS - 115V
VQUT * £iov. RtS31tnRS< so vnRS< 10KÍJ
RS¿ 50 Ul
RS<10tlí
TA-TMAXTA • TMIN25JC<TA<TMAXTf/ [ f j<TA¿25 C
TA " Tf.iAX- ^S " ^20^
Ve • i i5v. VOUT * * iov.
VS ' tlSV
RU'21-n
Vg - J30V
Vs • H5V
RS < so knRS< 10 ^nRS<50i,n
RS<ioi.n
LM101A/LM201A
MIM TYP MAX
07 30
1 S 10
30 75
1.5 4 0
18 30
50 160
30
30 15
20
0 01 0.1
0 02 0.2
• o i1 2 2.5
25
112 SV.
HO 113
US
-15.-13
ao as
SO 95
LM301A
MIN TYP MAX
20 7.5
3.0 50
70 250
05 2.0
1.8 3.0
25 160
10
6 0 30
70
0.01 0.3
0.02 0.6
0.3
15
312 114
:10 113
H2 -.15,- 13
70 90
70 96
UNITS
mV
nA
nA
Mfl
mA
mA
WmV
*mV
mV
fivrct¡\ffC
nA
nA
nA
nA/°C
nA/°C
KA
mA
V/mV
V
V
V
V
dadB
dB
dB
Now 1: The máximum junciion temperaiute oí the LM101A ¡s 150'c, »rvd ihai oí ihe LM201 A/LM301 A ii 100°C. For operaiing al eleva ledItmperaiures, devices in the TO-5 pachage muit be derated based on a ihermal reiítttnce oí 150" CAV, ¡unciion 10 ambienl, oj 45" CAV, ¡unciion lo«te. The ihermal reiiilance of the dual-ín-liiie package ii \873CfW. junction lo ambient.
Noli 2: For supply vollagei ten ihan i!5V, (he abiolute máximum inpui voltaje n eqi¡ít lo ihe iupply voliaoe.
íolt 3: Cunlinmiui ilion CUCHI 1 u «lluwiiil lot CBIC lemp^rilutei to 126JC »nd »oibieni lemp*ialuiei 10 75' C (ot UM101 A/LM201 A, and 70° CtndSS'Crespuclivuty lof LM3Q1A.
JOH 4; Unliíis oilitírwise spiíoifiei]. ihtíití ipeciliCJliom jgply (oí Cl - 30 pF, :5V < Vj < :20V «nd • 55" C < TA. ^ l 125"C (LM101A),iSV<Vs < i20Vand-25 C < T A < tB54C (LM201A), ;5\t ¿ Vs ¿ : 15V and 0' C < T < --Tire (LM301A1.
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17Kk^
3-129
A.8
oco
5CM
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Guaranteed Performance Character ist ics LMIOIA/LNWOIAInpui Voltío-s Rsns« Output S-ving Volite G»in
11 1111WU V O L T A C E (iV)
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RJm.T V O L T A C E |sv]II II H
iumY vo iTAGEf iV )
Guaranteed Performance Characteristics LMSOIAInpuí Vollagí Range Ouipul Swing
"
-I *^ . Ii- - -f LJ-^-1
'^^T1'.
10 II
surrLr v o i T A C E l t v i
Voltíjc Caín
ium.1 VOI IACE (-vi surru V D L T A C E i-vi
Typical Performance CharacteristicsSupply Currtnt Volt»fl« G«ln
m "•
3: ml i -n'c
i., m'c
U M«WVYVOLTACtl .V)
Mixlmum Pow»r Dlnlpulon
It 41 II 11 101 llt
3-130
A.9
Typical Performance Characteristics
Inpui Cmrint. LM101A/
LM201A/LM301A
O SO 100 IM 203
lEMfEfiATUHE |'C|
Input Noli» Voltio* .
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ÍREOUtNCY IMl]
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Input Noív» Curr«nt
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Common M<xi« Rtj+cíio
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FREQUEKCr [Hi) FHEQUINCT IKll
Pow»r Supply RB¡ectíon
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FRtOUENCT IHí)
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3-131
A. 10
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Typical Performance Characteristicsfor Various Compensation Ci rcu i ts**Single Po • Compensatíon
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Pin connect oni itiown are íor meta! can.
Op«n Loop Fr»quBticY Ríjpon»
ti 1M 1 I» 100» JM
I R E Q U t W C T Wi
Laroa Sign»! Fr*qu«ncy Raspón»
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FRÍQUENCr IHl)
Voltaje Follower Pul» Raspón»
0 ID 10 30 4Q SO W 79 10
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TWO Pol« Comp*niatíon
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Ofxn Loop Frfrquetvcy Rejpon»
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Op«n Loop Fraquency 1
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3-132
A.11
OOoco
COoCM
coo
National Operational Amplifiers/BuffersSemiconductor
LM108/LM208/LM308 Operational Amplifiers
General Description
The LM108 series are precisión operalíonal ampli-f iers having specifications a (actor oí len belterthan FET amplifiers over a -55'C to -H25"Ctemperature range. Selected unils are availablewiih o f fse t voltages !ess ihan 1.0 mV and drifisless than 5pV/°C, again over ihe miluary tempera-ture range. This makes it possíble -lo elimínateoffset adjustmenis, in mosi cases, and obtainper fo rmance a pproaching chopper stabiluedampli f iers.
The devices opérate with supply voltages Irom±2V to ±20V and have sufficient supply rejectíonto use unregulated supplies. AHhough the circuitís ínterchangeable with and uses the same compen-sation as the LM1Q1A, an altérnate compensationscheme can be used lo make ít partícularly insen-sitive to power supply noíse and to make supplybypass capachors unnecessary. Outstanding char-acteristics include:
• Máximum ínpui bias current of 3.0 nA overlemperalure
" Oliset current less than 400 pA over tempera-ture
• Supply current of only 300 pA, even in satura-tion
• Guuanieed drill characterístics
The low current error of the LM108 series makespossible many designs that are not practícal withcooventional amplifiers. In fací, Ít opérales from10 Mil source resistances, ¡ntioducing less errorthan devices like the 709 with lOkil sources.Integrators wíth drifts less than 500 pV/sec andanalog lime detays ¡n excess oí one hour can bemade usíng capacitors no larger than 1 pF.
The LM108 is guaranteed from -55°C to -f125nC,the LM208 Irom -25"C to +85DC, and the LM308from 0°C lo -*-70°C,
Compensation CircuitsStandard Comp«rw»tion Circuh »* Fr*qui-rx:y Compenwiíon Companuiíon
X""
Typical ApplicationsHigh Spwd Amplilíer wilh Low Drill• r>d Low Inpul Currtnl
Simplí «
3-144
A.12
Absolute Máximum RatíngsLM103/LM2Ü8 LM308
Supply Voliage ±20V ±18V
Power Dissipation (Note 1) 500 mW 500 mWOiíÍEfential Input Currem (Note 2) ±10 mA ±10 mAInput Voltage (Note 3) ±15V ±15V
Output Shoft-Circuit Duratíon Indefinite Indefinita
Operating Temperature Range (LM108) -55° C to +125°C 0°C to-f70°C
(LM208) -25°Clo+85°C
Slorage Temperature Range -65° C to+lSQ'C -€5°C to +150°C
Lead Temperature (Solderíng, lOseconds) 300°C 300°C
Eléctrica! Characteristics (Note 4)
PARAMETER
nput Off iet Voltage
¡ nput Olfset Curren!
nput Bías Current
nput Reiínance
Supply Ciment
LirgeSignal Voliage Gain
nput Olítei Voliage
Avtrage Tempcrjiuie
Cwlficieni al Input Of fset
Voliage
Inpul Offset Curreni
Average Tempetatuie
Coellícíem of Inpui Olíseí
Cutrent
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Supply Curtent
Large Signal Voliage Gain
Outpui Voliage Swfng
npui Voliage Range
Common-Mode Rejecnon
Batió
Supply Voliage Rejection
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TA-25°C
TA-25°C
TA - 25°C
TA • 25° C
TA-25'C.VS-¿15V,
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Z13S
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LM308
MIN TYP MAX
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Wol» 2: Th« inpuu tr» ihunted wíth back-to-bícV d¡od«i (or ov»rvoll»í* [xoteciion. Theníon, excniive curreni wlll Mow II a dilierential ¡nputvoll*ge In «xcrii of IV |i «pplied b«lw«*n tht ¡npuii unltu iom* limillr^ retinarle* il ui»d.
Nol. 3; ^0í nipilly volujuí Un |h«r> i (GV. ih« «tuolul» rrummum mput
Noi* 4: Thoi» ipecidcdlioni -ipply lot t5V < Vs < :20V «nd -ÍS'C ¿* J
ii »qu»l lo ih» lupply voll
oi* : oi» i p e c i c d o n i -ippy ot t s : «n - A < 125"C, uní e u oihefwiw ipccilicd. Wnh ihtt LM208, howuvur,ill temparaiure ipBClficatiom Jra limiied lo -25*C < TA £ 85JC. and for Ihe UM3O8 Ihey ate limiied lo O^C < TA < 706C.
3-145
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A.14
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A.15
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Schematic Diagram and Compensation CircuitsStandard Compcnsatíon Circuí!
\* Frequency Companution
Typícal (Conlinued)
F»rl' Summlr>tr Ampllíior
Connectíon Diagrama
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Order Numbflf LM108HLM208H or LM308H
S«. HS Pack.ff* HOBC
Ordw Numt>« LM10SJ,LM20BJ oí LM30BJ
S« NS P»ck»p. J14A
Order Numbar LMIOBJ-fl.LM20BJ-6 oí LM308JÍSe* NS Packegs JOSA
Ordsr Numb«r LM30BNS«« NS Packau* N08B
3-148
A. 16
CNÍ<NOO>CM
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CM
CM
CM
NationalSemiconductor
Operational Amplifiers/Buffers
LM124/LM224/LM324, LM124A/LM224A/LM324A, LM2902Low Power Quad Operational AmplifiersGeneral DescriptionThe LM124 series consísts of four independen!, highgain, ¡nternally frequency compensaled operationa! am-plífíers whích were designed speciflcally to opérate froma single power supply over a wlde range of voltages,Operation from splít power supplies is also possibie andthe low power supply current drain ¡s independen! of themagnitude of the power supply voltage.
\n áreas include transducer amplífiers, de gaín
blocks and all the conventional op amp circuits whichnow can be more easily implemenied ¡n single powersupply systems, For example, the LM124 series can bedirectly operatcd off of the standard +5 VDC powefsupply voltage which is used ín digital systems and willeaiily provide ihe required interface electronics wíthoutrequiríng the addhional ±15 VDC power supplies.
Unique Characteristics• In the linear mode the input common-mode vollage
range íncludcs ground and the output voltage can alsosWÍng to ground, even though oporsted (rom only asingle pawer supply voliage.
The unity gaín cron frequency is [emperaturecompensated.
The input bias current iscompensated.
also temperature
Advantages• Eliminates need for dual supplies
• Four ¡nternally compensated op amps in a singlepackage
• Allows directly sensing near GND and VOUT alsogoes to GND
• Compatible with all forms of logíc
• Power drain suitable for battery operatíon
Features• Internally frequency compensated for unity gain• Large de voltage gain 100 dB
• Wide bandwídth (unity gain) 1 MHz(temperature compensated)
• Wide power supply range:Single supply 3 Voc to 30 VDC
or dual supplies ±1.5 VDC to ±15 VDC
• Very low supply current drain (SOO^A) — essemiatlyindependen! oí supply voliage (1 mW/op amp at+5 VDC)
• Low inpui biasing curront 45 nAoc
{temperature compensated)
» Low input o f fse t voltage 2 mVDC
and o f fse t current 5 nAoc• Input common-mode voltage range includes ground
• Differeniial input voliage range equal to the powersupply voltage
• Large output voltage O VDC to V* - 1.5 VOcswing
Connection DiagramOu*l-In-Lifn P
Schematic Diagram (Each Ampi¡ner)
Order Number LM124J, LM124AJ,LM224J, LM224AJ, LM324J,
LM324AJorLM2902JSee NS PackageJ14A
Order Number LM324N, LM324ANor LM2902N
See NS Package N14A
3-172
A. 17
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Typicai Performance Characteristics
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Voltio. G»!n
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V*-SUrflT V O L l A C t IVK)
Voltt«. Foltov«í Pulv.
Outpul Ch»r»ct«<irt¡ct
Curr»nt Soutcir>g
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Inpul Curr.nt
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Op«n Loop
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Volt.»* Follow«r Pul*«
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Output Ch»r»ct*T¡rt¡aCurt»nt Sinking
Supply Curr*n(
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Common Mod» R«j«ction
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Curr»nt Limiling
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3-175
A. 20
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NationalSemiconductor
LF147/LF347 Wide Bandwidth Quad JFETInputOperational AmplifiersGeneral pescription Features
Operational Amplifiers/Buffers
Bt-FEI I| leclnioloov
The LF147 is a low cosí, high speed quad JFET inputoperational amplifier with an ínternally uímmed ínput
offset voltage (BI-FET U™ technology). The device
requíres a low supply current and yet maintains a latge
gain bandwidth product and a fas t slew rate. In addiüon,
well matched high voltage JFET input devíces provide
very low Ínput bias and o f fse t currents. The LF147 is
pín compatible with the standard LM148. Thís featureallows designers to immediately upgrade the overall per-
formance of existing LF148 and LM124 designs,
The LF147 may be used in applicatiom such as high
speed ¡ntegrators, fast D/A converters, sample-and-hold
ciicurts and many other circuils renuiring low ínpuio f f s e t voltnge, low ínpui bias curren!, high Ínput imped-
anee, high slew rate and wide bandwidth. The device
has low noise and offset voltage dríft.
ínternally trimmed offset voltage 2 mV
Low input bias current 50 pA
Low input noíse current 0.01 pA/\/ÍTz
Wide gain bandwidth 4 MHzHigh slew rate 13 V//js
Low supply current 7.2 mA
High input impedance lO^n
Low iota! harmonic díslortíon Ay = 10, <0.02%
RL= 10k, VO = 20 Vp.p, BW = 20Hz-2QkHzLow 1/1 noíse córner 50 Hz
Fast settlíng time lo 0.01% 2 ps
Símplified Schematic1/4 Quad
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I R I U M E O S
Connectíon DiagramDual-ln-Lin« Package
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Order Number LF147D or LF347DSee NS Package D14E
Order Number LF^47BH or LF347NSee NS Package N14A
DUT 1 IN I" IN I* V* (M I* IV I" OU1 1
IDf V I E W___
A.21
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Absolute Máximum Ratings
, _,,„ LF3-47B/LF147
LF3-J7 LF147 LF347B/LF347
Supply Voliage i22V ilBV Povvet Dittipation 900 mW 500 mW
Dillttential Input Voluge t38V :30V [Note 31
Inpgt Voliage Rarige M9V :]5V T¡ max 150°C 115°C
(Note 11 e¡A 100*C/W 150°C/W
' Oulput Short Circuit Continuoui Continuoui Opírating Temperaiure (Note 4} [Note 4)Duration (Nota 2) Rangt
Storage Temperature -65°C < TA < 150°C
/ Range
Lead Temperaiure 300°C 300UC(Soldering, 10 s£conds)
DC Electrical Characteristics (Note sj
JÍMBOL
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VoVCM
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AIÍBIJIJ»! rilul liip.il tlllu'l
Volljgu
Inpui OlfíL-i Cunen!
IllpUI BlJÍ ClllíL'Ill
Input flesisunce
LJIIJC Sigiul Votugí! Gjín
Oulput VülUyi! Swing
Inpui Common-Mode VoltJge
Hjnge
Common Klodt Hcjeciion RJIIO
Supoly Voliagc Rtieclion RJHO
Supcly Cuueni
CONO1TIONS
HS- lOt-ll. TA -25 C
Qvt>> í.'.t.[H'IJ(.,r(
H S - lOklJ
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T, -25 C. lNülL-,5.6)
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PARAMETER
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SldwRjtu-
Gjin-Banüvvidlh Pioducí
Equivalen) Inpui Noiie VoltJgo
Eilinvjtun; Influí Noiiu Ciiiitni
CONOIT10NS
TA - 25JC.
1 - 1 Hí-20LHi[Inpul Hcleiftd]
VS- M5V. TA - 2 5 ' C
Vs- 1I5V. TA • 25'C
T A - 2 5 C. RS • 100:1.I • 1000 Hí
T, - 25 C. 1 - 1000 Hí
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Non 1; Un üss otherwisü ipucilied the abioluia máximum negacive mput vo i»ge u equal to the ncgative poiMer mpply voltagií.
Note 2: Any oí the amplifier ouiputs can be shorted lo ground indefiniíelv, howeuer. more than one ihould nol be simultaneously shorled as themáximum unciion lemperature will be exceeded.
Ha • 3: For operating at elevated lemperature, theie devices musí be derated baied on a thermal leuitance oí 9-,^,
No * 4: The LF 147 ¡i availjhlu m ihe mi nary ttímp<:iaturi! rangc -55 'C <_ TA < 125BC. »shilc the LF347B and the LF347 are available ¡n thecommiífcial luinpiiMiuru ninun 0 C v T/\ 70"C.Non 5: Un u u ntlirivviiti ipi'«iI»«J lliu ipiíi. íit.ninni Jptily n^m ihu lull tcmt>coiiiit> unac and toi Vg • "20V íoi i he LF 147 uní Un Vy • i 11>V
lor [lie UH3-47U/I.FJ47 Vgg, lu.aml IQS J " iiiüJiumii oí VCM " °No * 6, Thü inpui hr.is cnrrunti artí ¡niicho k-üV-j-je curienii \%nich app:Oiinrat<;ly da. j bit; (or tvery 10" C mcicaie m tliu junciiun R'IM¡IIJIJUIHJ,
U"» niiiiliiiii n%"i iiliuMtt Uní .uní H H'tii|ii* ituní .11 ii ii-uill "1 iiMfin.il nnivr il.inp.il.nn. p^ Tj T,\ ('(/\) wlu-u- »./y is ilu- ihi'ini.il i i?sist-incu luiin uiiütiiin [o Jiiilnuni. Iho (i! j lina imk n nicuninimiilud i input tiui t-uiirm u iu lie Ki-pi lu -i iinhinuitn.
Non 7: Supply volljija ícjaclion rano u mejiuted for boih iuppl\ü incruasmg or üccieaung nmu laneouily m accoiilüiice with commun
pociice.
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3ositÍve Comman-Mode Negative Common-Modenput Voltage Límit Input Vollage Limít Posítíve Curren! Límh
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NationalSemiconductor
Instrumentation Amplifiers
LH0036/LH0036C Instrumentaron Amplifier
General Description
The LH0036/LH0036C is a irue micro powerínstrumentatíon amplifier designed for precisióndifferential stgnal procesiing. Extremely high accu-racy can be obiaíned due lo the 300 Mí"i inputimpedance and excellen; 100 dB common moderejection ratio. U is pac'naged in a hermetic TO-8psckage. Gain is programmable with one externalresistor (rom 1 to 1000. Power supply operaiingrange is beiween ±1V anc3 M8V. Input bias currentand outpui bandwidm are both externally ad-jusiable or can be sel DY miernally sel valúes.The LH0036 is specííied for operatíon over the-55 C lo +125"C lemperature range and the
LH003GC ¡s speciüed for operation over the-25°C to +85°C temperature range.
Features• High input impedance• High CMHR• Single resistor gain adjust• Low power •• Wide supply range• Adjustable input bias current• Adjustable ouipui bandwidih» Guard drive output
300 MP.100 dB
1 to 100090uW
±1V 10 ±18V
Equivalen! Circuit and Connection Diagrams
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Ordor Numlxr LH0036G or LH0036CGS«« NS P»ck»v« H12B
A.25
LH00
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fUlQUtXCYIHl l F A E Q U E K C Y l H t t
Common Mod« Voll*** »iCMRR v» Frvquincy Supply Voll*o«
i mili-*vci ' l-1
1 11»
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* l»i'~T mE í
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S 1. J, t 1
J
GROUKD ED ]/
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1 1M l.H 1K 1BW 11 100 1.M 1H . 1»0* 0 -Í.O ; 1 :li .»
Hfl-tAIltrtTREIlITOHUl FREDUItlCYIHil .^.f lUrtLY VOL7*B£ [tV]
Outpui Vo t*g« Swing »»ppul Biai Cumnl Fr*q<J*ncy LJÍJ* S¡gn*[ Puln RtiportM
fl«l.J,HC80UNOEO ¡
|
V,
i it»v ^s.
1 1' 1
1! 1
V, • ilJV 1
S u0 11
í: t.i— = ,,
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Mlllfl Illlllli
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vüíAI y ' \ mi \L
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V luíVil -IDOTí
///
f V, -MHL- 10
DNSl.
S
5V
I.D3,1 1 en
k
\
DUNDED |S -M l n u n m ni m l.ot i» IKK i u u i» UD no nt ¡H
TEMrtRATUHErO FBEQUEMCYIHi TIME W
A.27
^ Linear IC and Module Circuits (cont'd)ECG33S
3 Terminal Posítíve Adjustable VoltageRegulator; 1.2 to 32 VOUT- 'O^5 A.PD = 5Q W, VINVIN MIN=1-2S
TO-3 See Fig. L11
,-n
BOTTOM VIEW
* Required rf devica ts more than 4" frorn filtercapacitor.
t Regulator ts stabte with no toad capacitor intoresistivo loada.
( R91 + —
Rl
ECG936 16-PÍn DIP See Fig. LiliPhase Control for SCR or TR1AC
VOLTAGE Q
AUPLIFIER OUTPUT
CATE PULSE iOUTPUT 1
POSTIVE RECT1F1ER,
CIRCUIT-i ZERO CURRENTJ DETECTOR
1 SUPPLY
I AC SUPPLY
ECG937
JFET Input Op Amp
8-PÍn Can See Fig. L3
NC
Offset Nuil
Invt Input ®
INoninvt Input """"XtX'""' Offiet Nuil
Top View
ECG937M
JFET Input Op Amp
8-PinDIP See Fig. L98 ECG338 8-PÍn Can See Fig. L3Precisión Op Amp
Ofl i«t Nuil leinvi Inpui 2 t
Noninvt Input 3 c
VEE < t
í 6 Outpui) 5 O(H»t Nui l
INfUTI ^—»
Note Pin 4 confiteted ta
TOP VIEW
—-^-_
ECG938M
Precisión Op Amp
8-Pin DIP See Fig. L97 ECG933 16-PÍn DIP See Fig. L111
Burst Control for SCR or TRIAC
VOLTACE £
R OUTPUr fjNOH INV. r
Llf. IKPUT L
INPUT ISTABILIZEO OC r
SUPPLY1
OUTPUTPOSTIVE RECTIFlEflEflp
'LY L
CURRENTt CENEflATORi OUTPUT LOGIC
CIRCUITi ZERO LOW VOLTAGE
DETECTOR
ECG941 8-Pin Can See Fig. L3Freq-Compensated Op Amp
OFFSET HULL
OFFSET NULLNON-INVERTING
INPUT
Top ViewNOTE: PIN 4 COHHECTEO TO CASE
TOP VIEW
ECG941D 14-PinDIPSeeFÍg. L104
Freq-Compensated Op AmpECGM1M 8-Pin DIP See Fig. L97ECG941SM 8-Pin SOIC See Fig. L159
Freq-Compensated Op Amp
ECG941S 7-Pin S1P See Fig. U4Freq-Compensated Op Amp
«*
| = OFFSETNULL
OFFSET NULL
1NVERT 1NPUTNON-INVERT
INPUTV-
N.C.
V-f
OUTPUT
OFFSETNULL
INPUT3- KONINVERT
1HPUTA' V-
5= OFFSETNULL
6= OUTPUT
7=V +
A.28
Transistors {cont'd) (Máximum Ratings atTc = 25°C Unless Otherwise Noted)
ECG Type
ECG36'ECG36MP
ECG37
ÍECG37MC
ECG3S
ECG39
ECG40
ECG41
ECG42.
ECG43
ECG44
ECG45 .
ECG46
ECG47
ECG48
ECG49
ECG50
ECG51
ECG52
ECG53
ECG54ECG54MP'
ECG55
ECG55MCP
ECG56
ECG57
Descrlptron andApplication
NPN-Si, Pwr Amp, Hi SpeedSwitch (Compl to ECG37)
PNP-SÍ, Pwr Amp, Hi SpoodSwitch ICompl to ECG36)Matched Compl Pair-Contaínsone each of ECG36 (NPN) andECG37 (PNP)
PNP-Si, HV AF Pwr Amp, HiSpeed Sw, tf = .6 psec(Compl to ECG175)
PNP-Si, HVAF Pwr Amp(Compl to ECG157)
Dual NPN-Si, Hi Gain, Loxjoise, Differentíal Amp,Common Emítter
Dual PNP-Si, Hi Gain, Lo^Joíse, Differential Amp,Common Emitter
Dual NPN-Si, Hi Gain, Lo^Joise, Differential Amp,Common Emitíer
Dual PNP-Si, Hi Gain, Lo^oíse Differential Amp,Common Emitter
Dual NPN-Si, Hi Gain, Losloise, Bias Amp ¡CommonBase)
Dual PNP-Si, Hi Gain, Lo^Joise» Bias Amp (CommonBase)
\JPN-S¡, Darlington Preamp,Driver, Gen Purp Amp
NPN-Si, Hi Gain, Lo NoiseAmp
NPN-Si, Darlington H¡ CurrentGen Purp Amp, Switch
NPN-Si, Gen Purp AF PwrOut, Driver (Compl to ECG50)
NP-Si, Gen Purp AF PwrAmp, Driver (Compl to ECG49)
NPN-Si, HV, Hi Speed Switch,- — .7 psec typ '
NPN-Si, HV, Hi' Speed Switch,= .2 psec typ
PN-Si, HV, Hi Speed Switch,— .7 fjsec typ
PN-SÍ, AF Power AmpCompl to ECG55)
3NP-S¡, AF Power AmpCompl to ECG54)Matched Compl Pair-Containsne each of ECG54 (NPN) andCG55 (PNP)
PN-Si, Hi Gain, Non-arlington Amp, Switch, Passeg.
PN-Si, Hi Gain, Non-arlington Amp, Switch, Passeg.
CollectorTo Base
VoltsBVCBO
160
160
400
300
100
100
50
50
00
00
00
45
60
25
25
00
50
50
50
50
00
00
CoIIectorTo Emttter
VoltsavCEO
140
140
350
300
100
100
50
50
100
100
00
45
50 (CES)
00
00
400
50
400\0
50
80
80
Basa toEmitterVolts
BVEBQ
6
6
6
3
5
5
5
5
5
5
12
6
12
4
4
9
6
9
5
5
6
6
Max.
CoIIectorCurrent
IQ Amps
12
12
2 cont.5 peak
.500
50 mA
50 mA
.100
.100
100
100
500
200
2
2
4
5
5
8
Max.
DevíceDiss. PD
VVatta
100
100
35
20
,200/unit
,400 total
(TA = 25°C)
.200/unit
.400 total
ÍTA = 25°C)
,200/unít
,400 total
|TÁ = 25°C}
.200/unít
.400 total
1TÁ = 25°C|
.200/unit
.400 total
(TA = 25QC)
.200/unit
.400 total
TA = 25°C)
625TA = 25°C)
350. .
1 -TA = 25°C)
10
10
75
25
75
50
50
30
40
Freq.In
MHz
*t
15
15
20
10 y
150
150
150
100
100
100 í
200
140
100 min
50
150
4 min
--
6 min
70
85
5
0
CurrentGain
"FE
60 min
60 rnin
50 typ
80 typ
400 min
400 min
400 min
400 min
400 min
400 min
10000min
500 min
25000
100 typ
100 typ
25 typ
10 typ
2typ
100 typ
00 typ
500 min
500 mín
Pack
Casa
TO-3PJ
TO-3PJ
TO-66
TO-126
SIP-5
SIP-5
SIP-5
SIP-5
SIP-5
SIP-5
TO-92
T0-92t
TO-92M
TO-202
TO-202
TO-220
TO-3
TO-3
TO-220
TO-220
TO-220
TO-66
iga
FIg.
No.
T48-1
T48-1
T25
T45
T20-1
T20-1
T20-1
T20-1
T20-1
T20-1
T16
T16
T18
T38
T38
T41 •
T28
T28
T41
T41
T41
T25
A.29
Complementary PairsNPN Type
ECG11ECG1GECG18ECG20ECG24ECG29ECG31ECG33ECG36ECG49ECG54ECG58ECG60ECG87ECG90ECG92ECG103ECG103AECG123APECG128ECG128PECG130ECG152ECG155
PNP Type
ECG12ECG17ECG19ECG21ECG25ECG30ECG32ECG34ECG37ECG50ECG55ECG59ECG61ECG88ECG91ECG93ECG102ECG102AECG159ECG129ECG129PECG219ECG153ECG131
NPN Type
ECG157ECG171ECG175ECG181ECG182ECG184ECG186ECG186AECG188ECG191ECG192ECG192AECG196ECG210 .ECG241ECG243ECG245ECG247ECG249ECG251ECG253ECG257ECG259ECG261 '
PNP Type
ECG39ECG296ECG38ECG1BOECG183ECG185ECG187ECG187AECG189ECG24QECG193ECG193AECG197ECG211ECG242ECG244ECG246ECG248ECG250ECG252
' ECG254ECG258ECG260ECG262
NPNType
ECG263ECG268ECG270ECG272ECG274ECG280ECG2B-4ECG287ECG289AECG291ECG293ECG297ECG300ECG324ECG331ECG373ECG375ECG377ECG380ECG382ECG388ECG390ECG392
PNP Type
ECG254ECG269ECG271ECG273ECG275ECG2B1ECG285ECG288ECG290AECG292ECG294ECG298ECG307ECG323ECG332ECG374ECG398
. ECG378ECG381ECG3S3ECG68ECG391ECG393
NPN Type
ECG396ECG2304ECG2305ECG2328ECG2341ECG2343ECG2345ECG2349ECG2355ECG2357ECG2359ECG2402ECG2404ECG2406ECG2408ECG2410ECG2412ECG2414ECG2416ECG2418ECG2426ECG2428ECG2430
PNP Type
ECG397ECG2314ECG2306ECG2329ECG2342'ECG2344ECG2346ECG2350ECG2356ECG2358ECG2360ECG2403ECG2405ECG24Q7ECG24Q9ECG2411ECG2413ECG2415ECG2417ECG2419ECG2427ECG2429ECG2431
Matched Complementary Paírs -Contains one each of NPN and PNP Type
ECG304A Kit
ECG Type
ECG37MCPECG55MCPECG61MCPECGG8MCPECG83MCPECG93MCPECG129MCPECG153MCP .ECG159MCP
Contains One EachNPNType PNP Typa
ECG36ECG54ECG60ECG38SECG87ECG92ECG128ECG 152ECG123AP
ECG37ECG55ECG61ECG58ECG88ECG93ECG129ECG153ECG 159
ECG Typ«
ECG180MCPECG185MCPECG219MCPECG281MCPECG285MCPECG290AMCPECG292MCPECG332MCP
ContainsNPN Type
ECG181ECG184ECG130ECG280ECG284ECG289AECG291ECG331
One EachPNP Typn
ECG180ECG185ECG219ECG281ECG285ECG290AECG292ECG332
ECG Type Qty.
ECG102 1ECG103A 2ECG 107 1ECG108 2ECG121 2ECG123AP 10ECG124 1ECG128 4ECG129 2ECG130 2ECG152 2ECG 153 1
ECG Type
ECG154ECG157ECG158ECG159ECG160ECG161ECG171ECG175ECG186ECG 196ECG198ECG199
1 - ECG212 Cross Reíerence Cuidesupplement packed wíth each kit.
Qty.
112512111212
and current
A.30
Transistor Outünes (cont'd)Fíg. T29TO-36
ECG
105213330330 W»
. 1.250'(31.75)--,MAX.
] [i20'(l3.2ll
_Tt .7KT(kj.úÍ)--hl" MAX.
* Supplíed with Welded-On Wire Leads
E.EMITTER3.COUECTOR
ICOHNECTEDT O C A S E )
Fig. T30TO-111
ECG75
Fig. T31TO-59Isolated Stud
ECG
PIN 1 - EMITTER2 - 8ASE3 - COUECTOR
10-32 UHF-2A
763"
(19 38) MAX
9596
•155"=\l 56] MAX
COLLECTOR TO STUD
Fig. T32TO-59
ECG
74
215" (5 46] MAX
.380" [9 65) MAX.-
10-3.2 UNF-2A PIN 1 - EMITTER2 - BASE3 - COLLECTOR
COLLECTOR TO STUD
10-32 UHF-2A
EMITTER7 COLLECTOR
Fíg. T33To-eiIsolatad Stud
ECG
Fig. T34TO-61
ECG 415" (1054) MAX.
TAB CONNECTEDTO COLLECTOR
.OI8"(.157)MAX.
A. 31
Linear IC and Module Círcuits (cont'd)ECG950Pos VR, 12 V, TOO mA
ECG951Pos VR, 15 V, TOO mA
ECG977Pos VR, 5 V, 100 mA
ECG981Pos VR, 8 V, 100 mA
ECG988Pos VR, 6.2 V, 100 mA
TO-92SeeFig. Ü6 ECG952 • TO-92SeeFig. L16
Precisión 2.5 V Vollage Reference
BOTTOMVIEW
ECG953Pos VR, Adjustable 5 to 30 V, 1 A
TO-202, 4-P¡n See Fig. L18
O
i 1 ¡ VCONT«OL
VCONTROL Nomln.l - 8 V
NOTES: Heat sink tabs connected to common through davicssubstrate. Not recommeded for direct electrícal connection. Recom-mended R2 current ~ 1 mA.
ECG954
Neg VR, Adjustable -2.2to -30 VTO-202, 4-Pin See Fig. L18
O
VCONTñOL
U* U- U- VCONTROL_Nomln.r--2.23 V
NOTES: Heat sink tabs connecled to input through devíce substrate. Notrecommended íor direct electrical connection.Recommend R2 cunent~1 mA
8-PinDIPSeeFÍg. L988-PÍnSlPSeeFÍg. L35
8-P¡nSOICSeeFig. L159
ECG955MECG955SECG955SMTimer/Oscillator
ECG955MC 8-Pin DIP See Fig. L97Low Power Timer/Oscillator, CMOS Output
ECG956 TO-220 See Fig. L17
Pos VR, 1.2to37 V, 1.5 A
(Tab)
ECG957 TO-220 See Fig. L17
Neg VR, 1.2to37 V, 1.5 A
FILTtRED OC
f-«01 <HI
}l*>"i- VDUI ¡
J
"^M
ECG968 ' ECG972 TO-220 Sea Fig. Ll7Pos VR, 18 V, 1 A Pos VR, 24 V, .1 A
ECG960Pos VR, 5 V, 1 A
ECG962Pos VR, 6 V, 1 A
ECG9S4Pos VR, 8 V, 1 A
ECG966Pos VR, 12 V, 1 A 0.33
ECG968Pos VR, 15 V, 1 A
ECG1332
Pos VR, 10 V, 1 A
ECG953 ECG971 TO-220 See Fig. L17Neg VR, 18 V, 1 A Neg VR, 24 V, 1 A
ECG961Neg VR, 5 V, 1 A
ECG9632or C»v» ( I 3
Inpul
Neg VR. 6 V, 1 AECG96SNeg VR, 8 V, 1 A
ECG967Neg VR, 12 V, 1 A
ECG969Neg VR, 15 V, 1 A
-O—»—• Ouiput
A. 32
Zener DíodesNote: 10 watt and 50 watt Zeners usted have anode connected to stud. Add suffix
letter "K" to the ECG number íor calhode connected to stud. The ECG typenumbers shown have a standard tolerance for the Zener voltage of +5%.
Voltage
(See Notefor
Tolerance
2.42.52.72.83.03.33.63.94.34.7
5.15.66.06.26.87.58.28.79.110.0
11.0'11.5
12.013.014.0
15.016.017.018.019.0
20.022.024.025.027.0
28.0. 30.0
33.036.039.043.045.047.050.051.052.055.056.060.062.0
68.075.082.087.091.0
100.0105.0110.0120.0123.0*
130.0140.0150.0160.0170.0
175.0180.0190.0200.0
Axial Lead
Flg. No. 23A
'/2 Watt
ECG5000AECG5001AECG5002AECG5003AECG5004A
ECG5005AECG5006AECG5007AECG5Q08AECG5009A
ECG5010AECG5011AECG5012AECG5013AECG5014A
ECG5015AECG5016AECG5017AECG5018AECG5019A
ECG5020A
ECG5021AECG5022AECG5023A
ECG5024AECG5025AECG5026AECG5027AECG5028A
ECG5029AECG5030AECG5031AECG5032AECG5033A
ECG5034AECG5035AECG5036AECG5037AECG5038A
ECG5039A
ECG5040A
ECG5041A
ECG5042AECG5043AECG5044A
ECG5045AECG5046AECG5047AECG5048AECG5049A
ECG5050A
ECG5051AECG5052AECG5107T2
ECG5053AECG5054AECG5055AECG5056AECG5057A
ECG5058AECG5059AECG5060A
1 Watt.t
ECG50G3A
ECG5065A
ECG5066AECG134AECG5067AECG5068AECG5069A
ECG135AECG136AECG 5070 AECG137AECG5071A
ECG138AECG5072AECG5073AECG139AECG140A
ECG5074AECG141AECG142AECG143AECG144A
ECG 145 AECG5075AECG5076AECG5077AECG5078A
ECG5079AECG 5080 AECG50C1AECG5082AECG146A
ECG5083AECG5084AECG 147 AECG 5085 AECG5086A
ECG5087A
ECG5088A
ECG5089A
ECG148AECG5090AECG5091AECG149A
ECG5092AECG5093AECG150AECG5094AECG5095A
ECG5096A
ECG151AECG5097A
ECG5098AECG5099AECG5100AECG5101AECG5102A
ECG5103AECG5104AECG5105A
Z18
5 Watt
...
ECG5H1AECG5112AECG5113AECG5114AECG5115A
ECG5116AECG5117AECG5118AECG5119AECG5120A
ECG5121AECG5122AECG5123AECG5124AECG5125A
ECG5126A
ECG5127AECG5128AECG5129A
ECG5130AECG5131AECG5132AECG5133AECG5134A
ECG5135AECG5136AECG5137AECG5138AECG5139A
ECG5140AECG5141AECG5142AECG5143AECG5144A
ECG5145A
ECG5146A
ECG5147A
ECG5148AECG514PAECG515ÜA
ECG5151AECG5152AECG5153AECG5154AECG5155A
ECG5156A
ECG5157AECG5158A
ECG5159AECG5160AECG5161AECG5162AECG5163A
ECG5164AECG5165AECG5166A
Siud Mount
DO-4
Z19
10 Watt
„-
ECG5172AECG5173AECG5174AECG5175AECG5176A
ECG5177AECG5178AECG5179AECG5180AECG5181A
ECG5182AECG5183AECG5184AECG51B5AECG5186A
ECG5187A
ECG5188AECG5189AECG5190A
ECG5191AECG5192AECG5193AECG5194AECG5195A
ECG5196AECG5197AECG5198AECG5199AECG5200A
ECG5201AECG5202AECG5203AECG5204AECG5205A
ECG5206AECG5207AECG5208AECG5209AECG5210A
ECG5211A
ECG5212AECG5213AECG5214A
ECG5215AECG5216AECG5217AECG5218AECG5219A
ECG5220AECG5221AECG5222AECG5223A
ECG5224AECG5225AECG5226AECG 5227 AECG5228A
ECG5229AECG5230AECG5231AECG5232A
DO- 5
Z20
50 Watt
...
ECG5240AECG5241AECG5242A
ECG5243AECG5244AECG5245AECG5246AECG 5247 A
ECG5248AECG5249AECG5250AECG5251AECG5252A
ECG5253A
ECG5254AECG5255AECG5256A
ECG5257AECG5258AECG5259AECG5260AECG5261A
ECG5262AECG5263AECG5264AECG5265AECG5266A
ECG5267AECG5268AECG5269AECG5270AECG5271A
ECG5272AECG5273AECG5274AECG5275AECG5276A
ECG5277A
ECG5278AECG5279AECG5280A
ECG5281AECG5282AECG5283A
ECG5284A
ECG5285AECG5286AECG52S7AECG5283A
ECG5289AECG5290AECG5291AECG5292A
ECG5293AECG 5294 AECG5295AECG5296A
1% Tolerance - 1/a Watt
ECG Type
EUG5010T1
ECG5011T1
ECG5Q13T1
ECG5019T1
ECG5021T1
Nominal ZenerVoltage @ TA=2SDCVZ ® (ZT-20 mA"
6.1
5.6
6.2
10
12
Fig. Z4
l-.022"(.56| f- -f-.200"(5.QB)MAX. OÍA. .1 M A X .
j *-n — i1 =AJ >— -
.090"(2.29H [~].000"(ZS.4)~iMAX. OÍA. MIN.
COLOR BAND DENOTES CATHODE
* IZT = Test Current
Fíg. Z3A n
COLOR BANDDENOTES CATHODE
Fig. 219
-10-32 UNF-ZA
DO-4-Torque To 15 m-lbs min;20in-lbi ¡TÍO*
Fig. Z18
(]?02)0lA-TYP.
COLOR BANDDENOTES CATHODE
Fig. 220
i.o" \) X
.150111.43)MAX.
L
.436"(11.13)
1/4-28 UNF-2A
DO-5-Torque To 25in-)tjs.min;30in-lbi.mox.
A.33
NationalSemiconductor
Industrial Blocks
LM135/LM235/LM335, LM135AyLM235A/LM335APrecisión Temperature SensorsGeneral DescriptionThe LM135 seríes are precisión, easity-calibrated, ¡me-grated circuir lemperature sensors. Operating as a2-terminal zener, the LM135 has a breakdown voltagedirectfyproportional to absolute temperaíure at +10 mV/°K. With less than m dynamic impedance the deviceopérales over a current range of 400 pA to 5 mA withvinually no change ¡n performance. When calibratedat 25UC the LM135 has typically less ihan 1°C errorover a 100°C tüinperaiure range. Unlike othiir sonsorsthe LM135 has a linear outpui.
Applications for the LM135 include almost any type oftemperature sensing over a -55CC to +150"C temper-aiuie range. The low ¡mpedance and linear outputmake imerfacing to readoui or control circuitry espe-ciatly easy.
The LM135 opérales over a -55°C to +150°C temper-ature range whíle the LM235 opérales over a —40°C
to +125°C temperaíure range. The LM335 opérales(rom -4(TC 10 -rJOO'C. The LM135/LM235/LM335are available packaged ¡n hermetic TO-46 transistorpackages \vhile the LM335 ís also available in plaüicTO-92 packages.
Features• Ditectly calibraied in "Kelvin
• 1=C iniíial accuracy available
• Opérales from 400 A to 5 mA• Less ihan U7 dynamic impedance
• Easily calibraied
• Wide opeiaung lemperaiuie range
« 20Q:C overrange
• Low cosí
coen
coen
60CX>Oí
en
rocoen
cocoen
Schematíc Diagram
Typícal Applications
Basic Temperatura-Sénior
v'
i-Calibrated Sénior Wíde Operating Supply
"Calíbrale íor 2 952V ai 25'C
9-25
A.34
LOcoco
LOcoCM
/I335
, LM
135A
/L
*z\O
coCNJ
ILoco
i
Absolute Máximum RatingsReverse Current 1 5 mA /Forwarcl Current 10 mASlninr]!! Trnipnrritiirc
lO'lfi P.1Ck.l<Ii' GO C in ' 180 C1 0 E)2 P;ir:ku(]i' 60 C to M GD' C
Spiícificd Opciaiinrj Temperauíie Rant|«Continuoui Intermhteni (Nole 2)
LM135, LM135A -55 C to +150'C 150"C to 2DO'CLM235. LM235A 40 C to +125 C 125rC to 150'CLM335, LM335A - 4 Q ' C to * 100 C 100 C 10 125'C
Lead Temperaiure (Soldenng, lOseconds} 300 C
Temperature Accuracy LM135/LM235. LMi35AíLM235A (Noten '
PARAMETER
Operatíng Output Voltage
Uncalibrated Temperature Error
Uncalibrated Temperature Error
Temperature Error with 25" C
Calíbration
Calibrated Error at Extended
Temperatures
Non-Línearíty
CONDITIONS
TC = 25SC, IR = 1 mA
Tca 25'C, IR = 1 mA
TMIN<TC<TMAX- |R E i mA
TMIN <TC<TMAX. 'R E ' mA
TC = TMAX (Intermittent)
IR = 1 mA
LM135A/LM235A
MIN
2.97
TYP
2.98
0.5
1.3
0.3
2
0.3
MAX
2.99
1
2.7
1
0.5
LM135/LM235
MIN
2.95
TYP
2.98
1
2
0.5
2
0.3
MAX
3.01
3
5
1.5
1
UNITS
V
'C
°C
°C
'C
6c
Temperature Accuracy LMGSS. LMSSSA (Noten
PARAMETER
Opeíating Output Voltage
Uncalibrated Temperature Error
Uncalibraied Temperature Error
Temperatura Error with 25 CCalibraron
Calinraled Error al Extended
Ñutí Lincanty
CONDITIONS .
TC = 25'C. IR = 1 mA
TC =• 25'C, IR = 1 mA
TMIN < TC < TMAX. 'R " i mA
TMIN <TC< TMAX. IR 3 i mA
TC ™ TMAX (Intermitientl
IR = 1 mA
LM335A
MIN
2.95
TYP
2.98
1
2
0.5
2
0.3
MAX
3.01
3
5
1 •
1.5
LM335
MIN
2.92
TYP
2.98
2
4
1
2
0.3
MAX
3.04
6
9
2
1.5
UNITS
V
cc'C
'C
6C
ec
Electrical Chara'cteristics (NOU n
PARAMETER
Opeíalíng Output Voltage
Change with Current
Dynamíc Impedance
Output Voltage Temperaiure
Drift
Time Constan!
Time Stabílity
CONDITIONS
400 uA< IR <5mA
At Comtanl Temperature
IR - 1 mA
Still Air
lOOU/Mín Air
Stírred Oíl
TC= 125'C
LM13S/LM235
LM135A/LM235A
MIN TYP
2.5
0.5
410
80
10
1
0.2
MAX
10
LM335
LM335A
MIN TYP
3
0.6
+ 10
BQ
10
1
0.2
MAX
14
UNITS
mV
nmV^C
«c
KC
ttí
"CAhr
Nole 1: Accurncy mp.isurenipnn ate made in a well-núred oil baih. Fof oilitf condiliotii, iclí hraiing mun be com dcred.
Noln 2: Contiiiiioui operaiion ai
ancy oí ihe dcvice.!he« tcmp<fatuf*i lor 10.0OO houu (DI H pacVsge and 5.0OO houn oí Z psckage mny liecieaio i e t*c«l-
9-26
A. 35
Typical Performance Characteristics
Reveno Voltage Changa
i i t ( i loHEVÍRSECURflENIt^A)
Rejponia Tima
w±TFO U T F U T - — . ' . ,
n i i : * sIIMEUI
Thefmal ReimanceJunction to Air
D 400 100 1100 1(00 3000
AIRVElOClTYir rM]
Calibraied Error
-ss -is :s is IM MÍ HSTEUíEfiAIUfit fC|
Dynamic Impedance
3 ' ¿^
I I 1M U 1* 1K4
I Thermal Time Coniiant
I *M IM 1ICC |UO JOOC
AlflVtlOCirYlfMJI
Reverse Characteristics
i i l 4 s
REVERSE VDUíCElVJ
Noíse Vohage
!;• ImA' T - íi C
10 100 u 101 looifRfDUI/JCT IHi)
Thermal Responsein Still Air
COen
hOcoen
cocoen
coen>
rocoen>
cocoen>
Thermal ReiponieínStírred Oil Bath
£ 100
2 10
0 1 4 1 1
Forward Characteristlcí
rt'HD CUflRÍM lm*|
9-27
A. 36
O)CO Natíonal
SemiconductorIndustrial Blocks
LM3911 Temperature ControllerGeneral DescriptionThe LM39Í1 is a highly accurate temperature measure-rnent and/or control system for use over a -25°C to+85°C ternperature range. Fabricated on a single mono-lithic chip, it ¡ncludes a temperature sensor, a stablevoltage reference and an operatronal amplifier.
The output voltage oí ihe LM3911 ¡s directly propor-tional 10 temperatura ¡n degrees Kelvln ai 10 mV/ K,Using ihe internal op amp with external resistors anytemperature scale factor is easily obtained. Byconnectíng the op amp as a comparator, ihe output willswítch as the temperature transverses the set-pointmakíng the devíce useíul as an on-off temperaturecontroller.
An active ihunt regufator ís connected across the powerleads of íhe LM3911 to provide a stable 6.8V voltagerelerence íor the seming system. Thís allowí the use ofany power supply voltage w¡ih suitable external resistors.
The input bias current ¡s low and relalívely constan!with ternperature, ensuring hígh accuracy when highsource ¡mpcdance is used. Further. the output collectorcan be reiu/ned to a voltoge higher than 6.8V allowinf]the LM3911 to drive lampí and relays up to a 35Vsupply.
The LM3911 uses the diíference in emitter-base voltageof transisiors operating at difieren! current densíties asthe basic temperature sensitive element. Sínce thís out-put depends only on transistor matching the samereliabilíty and stability as presen: op amps can beexpected.
The LM3911 is available in two package styles, a metalcan TO-46 and an 8-lead epoxy mini-DIP. In the epoxypackage all electrical connections are made on one sideoí the devíce allowing the other 4 leads to be used forattachíng the LM3911 to the temperature source. TheLM3911 is rated for operation over a -25°C to +85°Ctemperature range.
Featu res• Uncalibrated accuracy *10°C
• Internal op amp with frequency compensation
• Linear output of 10mV/°K [10mV/l>Cl• Can be calibrated ¡n degreei Keivin, Olsíui or
Fahrenheit
• Output can drive loads up to 35V
• Internal stable voltage reíerence
• Low con
Block Diagram
Typical Applications
* __ j Kl f*0'flí!MHI»«vv% • < ii lutmoiH
- EO'I 'OUíO
>"' It >IM*IV* -í "VI
?1M • I -WIV- I IV I
9-156
A.37
Absoluta Máximum Ratíngspjy Current (Externally Set) 10 mA Operating Temperature Range ~25°C to +85° C
ttUt Collector Voltage, V** 36V Storage Temperature Range -€5°C to +1 50° C°ldb3clí Input Voltage Range OV to +7.0V Lead Temperature (Soldering, 10 seconds) 300°C
Output Short Circuit Duratíon Indefinito
Eléctrica 1 Characteristics (Note u•~-~ PARAMET6R
SENSOR
.- Chapul Voltee
Qulput Volnge
LineirityLong-Term Subílity
Repe»Wbil¡tY
CONDITIONS
TA • -25°C. [Note 2)
TA -25"C, (Note 2)
TA - 05°C, (Note 2)
.1T • 100°C '• '
MIN
2.3G
2.86
3.46
VOLTAGE REFERENCERevene Breikdown Voliagr
Revene Breakdown VoltigeCh»nge Wiih Cuiten!
Temperiiure Stibility
Dynímic Impedinc»
RMSNoii. VoltKjt
Lonq T«rm5t»bililY
1 mA < lz < 5 mA
1 mA < I; < 5mA
I; • 1 mA
10 Hi <í < 10kH/
TA - +6SJC
6.55
TYP
2.4B
2.98
3.56
0.5
0.3
0.3
(Tai
10
20
3.0
30
6.0
MAX
2.50
3.08
3,70
2
7.25
35
as
' OP AMP
Input Bul Curunf
IntxJt Sin Cutftnt
Volt*). G..n
Output Ltik*qi Cuirtnt1i OUIPOI Lnkm Cutrtnt
OUIPUI Sourcí Cufien!
Outpui Siak Curren!
T. - -25"C
RL • 36k, V** • 36V
T4 - 25*C INott 31
(Noi«3)
VQUI<3.70
IV < VQUI <36V
2500
10
2.0
35
45
15000
0.2
1.0
150
250
2
8
UNITS
V
V
V
°¿
S
\
mV
mV
£1
ItV
mV
nA
nA
V/V
yA
UA
yA
mA
LNott 1: Thn.iptcllicítiom «pply lor -25' C ¿ TA ¿ +85"C »nd 0.9 m A < IsuppLY ¿ 1.1 mA unlen oihtorrw tovctfied; CL £ 50 pF.
Non 2: Tht ouioul volinj* toplítt to th« bule ihirroom«t»f conílgur»! on wiih th» outoot »ntí mput t»m» rt^i ihprttd and • o»d reiímnc*ot > i.O Mfl. Thit ii ihi lf«JO»ck nnw volt»qa »nd Includti «rron in boih m« ttnior »r*d OD »oip. Thii volt»?* n loeciUsd lor thi wmor in •r»p¡dly itirrvd oil b*th.Tli* OUIPUI Ii r«!«rr»d to V .
Noi« 3: Tht outout Itifc»!?* curnnt » io»cill»d with > 100 mV o^rdr ut. Sínct ihii vo t»q« ch»ngti with i»n>p»r»iur«, lh« vo t»q* drlv* lortum-od ch»no*i »nd íi dtfined *i VOUT lw'*h ouipui «nd Input ihontdl —100 mV. Thii io«cj(¡cítlon «pplin iry ^oy-p - 36V.
Application HintsAlthough the LM391 1 is des gned to be totally trouble- medía will conduct the heat from the sensor. Also, therefre<, certaín precautions should be taken lo insure the are many small heat sínks designed for transistors whichbest possible performance. will improve heat transfer to the sensor írom the sur-
rounding médium. A small finned clip-on heat sink isAs with any temperature sensor, internal power disiipa- quite effective ín free-air. It should be mentioned thattion will raise the sansor's temperature above ambient. the LM391 1 d e ii on the base of the package and there-Nominal suggested operatíng current for the shunt fore coupling to the base ís preferrable.regulator íi 1.0 mA and causes 7.0 rnW of power dissí-pation. In fre«. ítill, air this raiseí the packaoa tempera-tura by about 1.2 K. Although the regulator will operóte The internal mferenco regulator provídes a temperaiureat hrgher reverse currents and the output will dríva loads nable voltag« for offsettírvg the outpui or sening a com-up to 5.0 mA, these higher currents will raise the sensor paríson point n temperature controllers, However, stncetemperature to about 19°K above ambient— degrading this reference ii at the same temperature as the sensoraccuracy. Therefore, the sensor should be operated at temperature chanQei w¡II also cause reference drift. Forthe lowest possible power leve . application where máximum accuracy is needed an
extemal reference should be used. Of course, for fixedWith rnovíng air, liquíd or surface temperature sensing, tempcrature controllers the internal reference isself-heatíng íi not as gieat a prohlem since the measured adequate.
LM3911
s/
§^157 — -___
A.38
co-co
Typical Performance Characteristícs
TCENTJGRADE =
TFAHRENHEIT *
T< - Tc + 273
Tc - (40+TF) - -40
9TF - (40 + TC) - -40
Op Amp Input. Currtnt
li O IS 4Í ti IS 1M 111
TEMfíRATURt Te
Pow»f Supply Cucnnt
'/I
0 1.0 ¡,t 3.0 4.0 Í.Ü l.fl J.O
OEVICI VOLUGt CV)
Output S* tur» ¡Ion Volt*v* >
JAIURMIO* VÜl lACÍ |V||RIÍÍER1DIOV-|
Th«rm«I Tim« Conrtinl¡nSiirr»d Oil B.th
i i » i o i.o 10 u n i4
Th»rm«l Tinw Conit»nl In
SlilIAir
Supply S«ntlilvliy T«mp«íiiu(« R|M
t.t t.o U I.D J.o j.» 4.0 1.1
sufrir lUfrirVQL1AGE (V| CUflflí*T(»M
D*v c« T»mp*nlu
U 4.0 1.0 l.« II
SHUWT HtCUlAIOR CURRENI I-A|
( i.o i.e i.o <.g í.t t.t 7.a
DLTTf UI !!•(»; CURRE)»! (-*)
R»flu|it on Torn "ON" RciponM Amp|Hi«r Output
O I.O 4.0 1.0 1.0 10 U
SllrrLY CURF1ENT («A|
•¿-i.o* -1.0
o
- ~; -'•': i -1-"' o -3.fl
pn I~T\-
1 1M H» 300 40C
TIME Lri)
H tW l.Oi IOV 10 Di
FREDUENCY IH.)
A. 39
O)ocoooQ
coocooOQ
NationalSemiconductor
A to D5 D to A
ADC0808, ADC0809 8-Bit /¿P Compatible A/D ConvertersWith8-Channel MultiplexerGenera! DescriptionThe ADC0808, ADC0809 data acquislllon componen! is amonolithic CMOS devlce with an B-blí analog-lo-digltalconverter, B-cnannel mulllplexer and microprocessorcompatible control loglc.The8-blt A/D converter uses suc-cessive appfoximation as the conversión technique.Theconverter íeatures a h!0h impedance chopper slablllzedcomparator,a256Rvo!laged¡v¡derwl[hanalogswltchtreeand a successlve approxlmalion reglster. The 8-channelmultlplexercandlrectly access anyoíS-sInole-endedana-log signáis.
The devlce elimínales the need for external zero and íull-acale adjustmenls. Easy InleríacInQ to mlcroprocessorsIs provlded by the latched and decoded multlplexer ad-dress Inputs and latched TTL TRI-STATE*- outputs,
The design oí the ADC0808, ADC0809 has been opílmlzedby Incorporatlng the mosl desirable aspects of severalA/D conversión lechnlques. Tne ADC0808, ADCOB09 o(-lers hlgh speed, hlgh accuracy, mlnlmal temperaluredependence. excellent long-term accuracy and repeatabi-llty, and consumes mlnlmal power. These (eatures makethls devlce Ideallysulled toappllcatlons f rom procesa andmachine conlrol to consumar and automollve appllca-llons. For 16-channel mullfplexer with common output(sample/hold pon) aee ADC0816 data sheet. (See AN-247for more Information.
Features• Resolution —B-bits« Total unadjusted error — * 1/2 LS8 and = l LSB• No mlssing codes• Conversión time — 100 ;ís• Single supply — 5 VDC
• Opérales ratlometrlcally or with 5 V^ or analog spanadjusted vollage reference
• S-channel multiplexer wllh latched control lorjic• Easy Interíace to all mlcroprocessors, or opérales
"stand alone"• Outputs meet T2L voltage level speclflcalions» OV to 5V analog Input vollacje range wllh single 5V
supply• No zero or lull-scale adjusí requlred• Standard nermetlc or moldad 28-pIn DIP package• Temperature range -40'C to -t-85'C or -55'C lo
-M25*C
• Low power consumpílon — 15 mW• Latched TRI-STATE1 output
Block Diagram
I ANAlOCINfUT! -
i CHANNEl!MULTIFtEílNC
SWITCHES
1
|-
El O OF CONVERSIÓN
3-BIIADDHESS
ADDRESSIATCH EfVABLE
-I.IITDUTFUTS
o ó .REFH OUTfUT
EKASLE
A.40
O5OCOOoVM'Q
^
OoooOO
Electrical Characteristics (Continued)Digital Levéis and DC Speclllcatlons: ADC0808CJ 4.5V^VCC¿5.5V, -55*C¿TA£ + 125'C unless otherwlse noted
ADC0808CCJ, ADC0808CCN, and ADC0809CCN 4.75£VCC£5.25V, -40'C¿TA^ +85'C unless otherwlse noted
Parameter Condítlons MIn Typ Max Unlts ;
DATA OUTPUTS AND EOC (INTERRUPT)
VOUT(1I
VoUT(O)
VOUT(0)
'OUT
Logícal "1" Output Voltage
Loglcal "0" Oulput Voltage
Logical "0" Oulpul Vollage EOC
TRI-STATE» Output Current
I0= -360 jzA
10= 1.6 mA
!0=1.2mA
V0 = 5V
V0 = 0
Vcc-0.4
-3
0.45
0.45
3
V '
V
V
HA
^A
Eléctrica! CharacteristicsTlmlnaSpecItlcallons: Vcc= VREFM = 5V, VREF{_)=GND1 l,= t, = 20 ns and TA = 25
Symbol
'ws
'WALE
1.
IH
ID
IHV 'HO
'IH. 'OH
'c
(c
'EOC
CIN
CQUT
Pnramelsr
Mínimum Start Pulse Wldth
Mínimum ALE Pulse Wldth
Mínimum Address Set-Up Time
Mínimum Addresa Hold Time
AnalooMUX DelayTImeFrom ALE
OE Control lo O Logic Slate
OE Control toHI-Z
Conversión Time
Clock Frequency
EOC DelayTIme
Input Capacltance
TRI-STATE* OutputCapacllance
C unless otherwlse noted. ;
CondMIoni
(Figure 5)
(Figure 5)
(Figure 5)
(Figure 5)
Rs = 0n (Figure 5)
CL » 50 pF, RL - 10k (Figura 8)
CL» 10 pF, RL= 10k (Figure 8)
[c - 640 kHz, (Figure 5) (Note 7)
(Figure 5)
At Control Inputs
At TRI-STATE» Oulputa, (Note 12)
Mln
90
10
0
Typ
100
100
25
25
1
125
125
100
640
10
10
Max
200
200
50
50
2.5
250
. 250
116
1280
8 + 2^3
15 .
15
Unltí
na
na
ns '
na
i*
ns
ns
^kHz
ClockPerlods-
pF
PF
No(* 1: Abtoluta mmVnum f «lino.» tr* thon VÉ|U*Í b«yond whlcfi lf>* III* oí lh« d*vic« m«y &• lmp»lr*d.Noli 2: Atl voluoe* •" ms«»ur»d wilfi r«ip*ct lo GNO, unU»» olf>*fwln *p«cl|[*d.Hol»3: Ar»o*f ditxtocxlili.InUrnill/, (rom V^c |oQNO»ndh»»« typlcil br»Ékdown'roll«o» oí 7 VQC-Nol« 4: Twoc^v^hlDdkxlBs»í«lí^|ofl»ch«n«loolnpu[wn[chwMIIof>*«fdconducI(ortn«lo()lnpulvolt»g»»onBdlCK)Bdroo&«low groundor onadloda dfop
voltio* bymora Ih*nTOOmV, lfi»oulpuicodBw|l[b«co(rBCt.To»cf)lry»«n»b»olutBOVoclo5VDC'nplJlYo1 »C« t*no*«- II iranio*» r»<julft i mínimum »up-ply yolliOB oM.POOVQQoyef l»mMt«lur« V«'UHoni, Inlllil lo Bf«nc» «nd loadlno.
Ho*»v*f,II«n«lli*roeodBlsd*s[fB<3(or»n*n*[Dglnput olh»f irt"nO.OV,or|[«n«crowfull-»c*U »p»n«tl»U[l0fB<.mp!«:0-SVto4JVIull.«:.lB]lf)BiBlBfBnc.volliQo» c*n t-f id usJod lo «cnlev» mi». S»« Flyur* 13.NoUB: Compir>IorlnpulcUfi*nt li • bl«i curren! Into oroul oí lh» chopp«riUbllli*<í comp»r*|(X.Tí>« bl«*hn Illlls lemporml jn tfap«nd*nc« ¡FlyUf» 6¡. SM D«f«or»ph-*.0.
cunenl virio* Oitscilywllfi clock lr»<jíJBncy«r*d
Noli 7; The outpuU oí Iht d»ti (enlatar »'« updil»d o na clock cycU b*lof» (h« rlilnc *dff« o( EOC.
8-62
A. 41
f-"Absolute Máximum Ratings(Notesiand2) Operating Ratíngs (Notes 1 and 2)5upplyVolUQe(Vcc)|NDl83) ' 6.5V Temper«!ur« FUnge(Not« 1J TMlN^TAsTMAXVoltio* «lAny Pin -0.3Vlo(Vcc-t0.3V) ADC0308CJ -SS'CarT^ 4-125'C
Exc*pt Control Inpuii ADCOeOflCCJ. ADC0606CCH,Voltio* ilControllnputi -D.3Vlo+l5V ADCO609CCN -WCí:TAS + BVC
(START, OE. CLOCK, ALE, ADO A, ADD B, ADD C) R»no« o¡Vcc(NolB 1) 4,5 VDC!o6.0VDC
5lef»geTemp«nluroR*nga -65 'Cío -f 150'GPiefuge Dlsslpítlon »l TA = 25"C 875mWr»*(JTemp«í»tuf e (SolOoring, 10 secónos) 300'C
!
Electrical CharacteristicsCorTVtrl«rSp«clfIcitIont: VCn=5 VDC= VREF,+j, VREF(_ ¡= GND, TM|fjs;TA^TMAX and fcLK = '" k-Wzunless otherwlse stated.
pir*m«Ur
- - _ • ADCOB08Total Unadjusted Error(Note 5)
ADC0809Total Unadjusted Error(Note 5)
Input Realslance
Analog Input Voltaga Range
Vflgp/^.) Vollage, Top oí Ladder
VREH + J+VREPI-J Un|ln r.«mt«r nt \r
2
VREF(-) Voltage, Boltom oí Ladder
Comparator Input Current
CondIHon* Mln Typ Max
25'C z1/2
'MIN '^ 'MAX ^ *^^
0'Cto70'C 2:1
TM|MloTUAJ( sil/4
From Rel(+)toRel(-) 1.0 2.5
{Note 4) V( + ) or V(-} GND-0.10 vcc+0.10
Measured al Ref(+) Vcc Vcc-fO,1
Vcc/2-0.1 Vcc/2 Vcc/2-i-0.1
Measured al Ref(-) -0.1 0
lc = 640kHz,(Nole6) -2 a:0.5 2
Unlti
LSB
LSB
LSB
LSB
kQ
VDC
V
V
V
^A
Electrical CharacteristicsDigital L«v«Ii «nd DC Speclllcatlont: ADCOB08CJ 4.5V£VCC¿5.5V, - 55'C^TA¿ -f- 125*C unless otherwlse notedAOCOeoSCCJ, ADC0808CCN, and ADC0809CCN 4.75^ VCC£5.25V, - 40'C¿TAi + 85'C unless otherwise noted
Parameter Condltions Min Typ Max Units
ANALOG MULTIPLEXER
'oFF(-f) OFF Channel Leakage Current
|QFF(-) OFF Channel Leakage Current
VCC = 5V,V1N = 5VI
TA = 25*C 10TMIH lo THAX
Vcc=5V1V,N = 0,TA = 25*C -200 -10TH|NtoTHAx -1.0
200
1.0
nA
?A
nA^A
^CONTROL INPUTS
V)N(i) Logical "1" Input Voltage
VIN(D) Logical "0" Input Voltage
'iN(i) Logical "1" Input Current(The Control Inputs)
'|N(0) Logical "0" Inpul Current(The Control Inputs)
'ce Supply Current
Vcc-1.5
VIN=15V
v,N=o -1.0
ICLK = &40kHz 0.3
1.5
1.0
3.0
V
V
^A
^A
mA
V»
OOorm\M
OD*-*-•
T^
Oo00o<£>
A.42
ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO
ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO
1. Componentes mecánicos
— Dimensiones totales : 80 x 280 x 50 cmm
- Capacidad de tanques reservorios : 30 1 c/u
- Altura de trabajo del liquido : 60 a 200 cm.
- Caudal medio de válvulas : 30 cc/s
- Capacidad del tanque mezclador : 1 1
- Diámetro de las válvulas : 3/8 "
- Tubería de cobre : 3/8 "
- Relación de engranajes externos : 3 a 1
2. Componentes eléctricos y electrónicos
— Motor 12 V , 1.5 A nominales
— Velocidad nominal 12 rad/s.
- Potencia en sistema de control : 1.5 A
- Fuente DC : +/- 1.25 V a +/- 19 V
- Requerimientos de energía : 120 V AC
- Tensión nominal de trabajo : +10 V y -10 V DC
- Sensor de temperatura : 5 mV / °C
- Referencia de precisión : 2.7 a 3.01 V
- Amplificador de instrumentación : Av - 11.5
- Comparador : y = x2 - xl
- Referencia del sistema : 1.2 a 9.2 V DC.
— Amplificador de potencia : 2 A máx
- Calentador de agua ; 2000 w
- Función de transferencia del sistema : .75/s(.8s -4-1)
B.l
-4 DIAGRAMAS CONSTRUCTIVOS
*
ESTRUCTURA LE SOPORTE
Armazón de hierro ángulo 2 pulgadas,4 garruchas. Tablero de altura variable c/50 mm.
J
oo
Jíír 500 _, h
-T*X>¿-
o
800
DD
C.l
320
32S
r-j
r=5 •CE
-^w^
TANQUES RESERVDRIOS DE AGUA
~*L><8f
2, t a n q a e s el e a c e r o :¡. n o x ;¡. el a b 1 o c o n ¡¡•••• visor de nivel de vidrio•••< ori-ficios de entrada de agua•- válvulas de compuerta de ;!./2
p I.L :i. g a d a p a r a s a 1 :i. d a d e a g u a•- uno con i"ecubrimiento de -fibra
de vidrio de 20 rnm espesor,,•~ tapa superior a modo de compuerta- a c o p 1 e s p a r a c o n e c '1. a r ma n cj u e r a s
C.2
110
,251 25,
O
TANQUE MEZCLADOR
1 recipiente de latón 1/32 forrado internay externamente con fibra de vidrio
1 tapa de acrilico con orificios para :- veleta de agitador- sensor de temperatura- termómetro- terminales de ductos
4 salidas para trabajo a varios niveles1 salida para válvula de desagüe
C.3
120
300 300 400
200
BASE DE TRABAJO
2 armazones de platina de 1 pulgada2 bases de madera forradas con latón 1/32
Pernos de sujeción a la estructura principalDucto central para eje del motor
C.4
n
o
M
|
ü
O
.25, .2E 200 ,38,30,
•=Í0
SISTEMA DE PlffONES-ACOPKES-VALVULAS
4 armazones en platina de 1 pulgada,1 piñón de bronce 100 mm longitud dentada: 30 trun1 piñón de aluminio 100 mm longitud, dentado 30 mm.2 acoples radio externo 35 rom2 acoples radio externo 11 mm2 válvulas 3/82 ductos de cobre 3/8
C.5
18
O o O O O O o O
1 \5
18 19
SOPORTE CALENTADOR DE AGUA
12
lámina de cerámica en la que se arrollala niquelina.lámina de hierro que sirve de baseconos de caucho
C.6
FUENTE REGULADA
TIT2
LM317LM337
RlR2
270 Q270 Q
PlPl
55
KQKQ
ClC2C3C4C5C6C7C8
2.200 pF2.200 pF0.1 uF
PF0.1101011
PF
DI A D4 ECG 117A
C.7
Q - 0
SENSOR DE TEMPERATURA 4- REFERENCIA DE PRECISIÓN
RaRbReRsPlP3P4ClC2VzTI
330 Q820 KQ33 KQ7.5 KQ10 K100 K500 K27 PF100 uFECG 5001AECG 938
SEGUIDOR DE TENSIÓN
T2RlRfP2
LM32410 KQ1 MQ1 KQ
COMPARADOR
T3RlR2R4R5R6R7PgRL
LF34751 KQ10 KQ51 KQ10 KQ10 KQ10 KQ5 KQ1 MQ
C.9
o H ü
-é-TIT2T3
ECG 938ECG 938LF347
RlR3R4RL
51 KQ10 KQ10 KQ1 MQ5 KQ
ClC2C3
100 pF100 pF33 Pf
C.ll
f
C.12
REFERENCIA DEL SISTEMA
TIR9DIClP
LM317270 Q1N400210 uF5 KQ
COMPENSACIÓN
T2 LF347
RlR2R3R4R5R6R7R8RIO
47 KQ120 KQ500 KQ50 KQ120 KQ120 KQ20 KQ10 KQ100 Q
CONEXIÓN
C.13
AMPLIFICADOR DE POTENCIA
TIT2
ECG 49ECG 50
RlR2R3R4R5R6
1 Q ,1.5 Q15 KQ15 KQ1 fl 3
1/2 w, 1/2 w
1/2 w1.5 Q , 1/2 w
DI A D6 1N4002
C.15
\G
C.16
PRACTICAS DE LABORATORIO
PRACTICA Nro. 1
Tema : Familiarización con el equipo.
Objetivo: Conocer y ubicar cada uno de los componentes
del equipo, en los aspectos eléctricos,
electrónicos y mecánicos. Calibraciones
Básicas.
Equipo: Prototipo de regulación de temperatura de
líquidos mediante el control de los caudales de
entrada, multímetro, osciloscopio, cables.
Procedimiento:
Ubicar en el equipo las siguientes partes:
1. Tanques reservorios . Calentador de agua, con su
respectivo switche. Analizar el modo conveniente de
llenar el agua. Ubicar los visores de nivel
2. Motor CD de accionamiento de las válvulas.
Polaridad.
3. Sistema de piñones y válvulas. Ubicar los pasadores
del eje del motor y de los ejes de las válvulas.
4. Tanque mezclador. Revisar el estado de sus
componentes. Motor AC del agitador, su interruptor.
Verificar el eje de la veleta giratoria. Centrar
D.l
adecuadamente el eje de la veleta,
5. Verificar el movimiento de la barra que acciona los
microswitches. Comprobar que éstos efectivamente son
accionados al alcanzar cada uno de los extremos.
6. Desacoplando el ej e del motor, hacer girar
manualmente el sistema de válvulas. Verificar que se
alcanzan las posiciones extremas de las válvulas.
7. Revisar que el sistema gire sin ningún tipo de
trabamiento. En caso necesario proceder a
lubricarlo,
Verificar el funcionamiento independiente de cada uno de
los siguientes módulos:
- Fuente regulada
- Señal de referencia del sistema
- Comparador de señal
- Generador de Histéresis
- Seguidor de tensión
- Amplificador de potencia
- Amplificador de instrumentación
- Sensor de Temperatura
- Referencia de precisión
Informe : Reportar las características mecánicas,
eléctricas y electrónicas del prototipo.
D.2
Diseñar dos experimentos utilizando
cualquiera de los bloques del sistema
PRACTICA Nro 2
Tema : Regulación de temperatura
Objetivo: Analizar el comportamiento dinámico del
sistema. Obtener una temperatura deseada en el
tanque mezclador,
Equipo : Prototipo, osciloscopio, multimetros
digitales.
Procedimiento:
- Verificar el nivel del agua en cada uno de los
tanques reservorios, introducir el calentador de
agua en el tanque conectarlo.
- Verificar la posición relativa de las válvulas, la
barra de accionamiento de los microswitches, y su
libre movimiento,
- Calibrar el sensor de temperatura y la referencia de
precisión para asignar un valor a la temperatura
ambiental.
D.3
- Determinar el rango de variación de la tensión en el
sensor de temperatura haciendo pasar agua caliente y
fría separadamente. Hacer determinaciones iniciales
de los caudales en cada caso.
- Realizar todas las conexiones eléctricas, partiendo
con una valor intermedio de la señal de referencia.
Obtener un régimen de funcionamiento permanente.
- Aplicar una señal paso y analizar el comportamiento
del sistema.
NOTA: Se deben tomar como referencia las pruebas de
laboratorio explicadas en el Capítulo IV.
Informe : Presentar los resultados experimentales
obtenidos en cada una de las etapas, y del
conjunto relacionándolos con un sistema de
control automático.
D.4
MEMORIA TÉCNICA
'#'
-ár
MEMORIA TÉCNICA
Relaciones del sistema
G(S)S (0.8 S 4- 1)
Kh - 0.93
c(t) = -1.25 c(t) 4- 0.94(r(t) - 0.93c(t))
Características de los reguladores de tensión
RegulaciónLinea Carga
LM317T 1.5 A +1.2 a 4-37 V 0.01 0.1 4-40 V15 WLM337T 1.5 A -1.2 a -37 V 0.007 0.3 -40 V15 W
Sensor de temperatura LM35cz
Características principales:
# calibrable directamente en °C o °K
# precisión de 1 °C
# corriente de alimentación de 400 uA a 5 mA
# impedancia dinámica menor que 1 ohmio
# rango de temperatura de -55 a 4-150 °C
E.l
Transistores de potencia
VOEO VESO Icmjc PDmac llFE tipo
ECG 49 125v lOOv 4v 2A lOw 100 npn
ECG 50 125v lOOv 4v 2A lOw 100 pnp
Fuente regulada
Entrada : 120 VAC
Salida : Tensión positiva : 1.25 a 19.75 V
DC
Tensión negativa : -1.26 a -19.50 V
DC
Sensor de temperatura
VOUT m±n : 0.8 V a 20 °C
VOUT ma^ : 5 . 23 V a 20 <=>C
Referencia de precisión
Tensión de salida : de 2.70 a 3.01 V DC
E.2
Escala termométrica X
Relación puntual: 48.4 °X - 100 °C
Relación de módulo: 1 °X - 2.08 °C
Dimensiones totales : 80 x 280 x 50 cmm
Capacidad de tanques reservorios : 30 1 c/u
Altura de trabado del liquido : 60 a 200 cm.
Caudal medio de válvulas : 30 cc/s
Capacidad del tanque mezclador : 1 1
Diámetro de las válvulas : 3/8 "
Tubería de cobre : 3/8 "
Relación de engranajes externos : 3 a 1
Motor 12 V , 1.5 A nominales
Velocidad nominal 12 rad/s.
Potencia en sistema de control : 1.5 A
Fuente DC : +/- 1.25 V a +/- 19 V
Requerimientos de energía : 120 V AC
Tensión nominal de trabajo : +10 V y -10 V DC
Sensor de temperatura : 5 mV / °C
Referencia de precisión : 2.7 a 3.01 V
Amplificador de instrumentación : Av - 11.5
Comparador : y - x2 - xl
Referencia del sistema : 1.2 a 9.2 V DC.
Amplificador de potencia : 2 A máx
Calentador de agua : 2000 w
Función de transferencia del sistema : .75/s(.8s +1)
E.3
BIBIOGRAFIA
BIBLIOGRAFÍA
CLARKEY EDWARD, Electromechanical Systems Components, 1972
CURTÍS D. JOHNSON, Procese Control Instrumentation Technology,
GRAEME JERALD, Operational Amplifiers.Editorial Wiley.
KATSUHIKO OGATA, Ingeniería de Control Moderna,Prentice Hall, 1974.
KUO B. C. Sistemas Automáticos de Control, Prentice Hall,1979.
LENK JOHN ? Handbook of Electronic Test Equipment, PrenticeHall, Los Angeles, 1976.
LENK JOHN, Handbook of Practical Electronic Tests andMeasurements.
NATIONAL SEMICONDUCTOR, Linear Data Book, 1982.
NATIONAL SEMICONDUCTOR, Linear Applications Handbook, 1982
PREOBRAZHENSKI, V. P., Mediciones Termotécnicas y Aparatospara Efectuarlas, Editorial Mir, Moscú, 1980,
STOUT DAVID, Handbook of Operational Amplifier Circuits.
SCR MANUAL, General Electric, 1979.
WAIT JOHN, Introduction to Operational Amplifier,