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Laboratorio De Conversores
Santiago Alba Iriarte^1 Carlos Sanchez Cruz 1
29 de abril de 2020
Resumen—En el siguiente informe se realiza la comprobaci´on experimental de converores analizados con la ayuda de un osciloscopio, teniendo en cuenta el c´alculo matem´atico para el dise ˜no, simulaciones en Proteus y su respectivo an´alisis.
Abstract-So with you know why they have taken this action in the following report, the experimental checking of analyzed converors is carried out with the help of an oscilloscope, taking into account the mathematical calculation for the design, simu- lations in Proteus and their respective analysis.
I. INTRODUCCI ON´
Un conversor de energ´ıa es un sistema electr´onico que tiene como objetivo la transformaci´on de energ´ıa el´ectrica en dos formatos diferentes como obtener corriente continua a partir de corriente alterna. Un convertidor digital anal´ogico (DAC) es un dispositivo el cual convierte los datos digitales en una se˜nal anal´ogica. Estos datos digitales generalmente son una secuencia de impulsos de tiempos finitos que se procesan y convierten en una se˜nal anal´ogica f´ısica continua. Usamos 2 tipos de conversores en este laboratorio, los cuales debimos hacer su respectivo c´alculo matem´atico para el dise˜no de nuestro conversor, el montaje en Proteus para poder analizar el comportamientos de estos conversores.
II. MARCO TEORICO
Glosario: Resistencia: se conoce como la oposici´on a la corriente el´ectrica, se mide en ohmios y est´a encargado de ejercer oposici´on.
Capacitor: es el elemento que almacena la energ´ıa del circuito, bloquea la CC y permite el paso de CA y se mide en faradios (F).
Inductor: Tambi´en conocido como bobina o reactor, el cual es un componente pasivo que almacena la energ´ıa en forma de campo magn´etico.
Amplificador operacional: tambi´en conocido como Op- Amp el cual es un circuito integrado que amplifica el voltaje con una entrada de tipo diferencial para tener una salida amplificada con referencia a tierra.
Tipos De Conversores.
∗Bioinstrumentacion, Ingenier´ıa Biom´edica
- Conversor DAC R-2R el cual se llama as´ı por la organizaci´on en escalera que tiene el circuito y por los valores espec´ıficos que toman las resistencias.
Figura 1..
- conversor DAC de suma ponderada el cual suma varias se˜nales digitales binarias de acuerdo a su peso, dando como respuesta una se˜nal de salida anal´ogica en t´erminos de tensi´on o corriente.
Figura 2..
- Conversores ADC Son dispositivos que convierten una entrada anal´ogica de voltaje en un valor binario, se utilizan en equipos electr´onicos como computadores, grabadoras de sonido y de video y tambi´en en equipos de telecomunicaciones como el internet, la tv, la radio etc. La se˜nal anal´ogica es variable de forma continua en el tiempo que se conectan a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad predeterminada y fija, La digitalizaci´on consiste en realizar peri´odicamente medidas de amplitud de la se˜nal, redondeando sus valores a un conjunto finito de niveles y registr´andolos como n´umeros enteros en una memoria de soporte.
III. AN ALISIS´ Y SIMULACIONES
Parte A
Como la ganancia es de 1.3 y el voltaje de referencia es de 5 voltios, entonces el voltaje m´aximo de salida Vomax=Vref*A que es igual a 6.5 voltios, usaremos una fuente de polarizaci´on de 8 voltios lo cual cumple que sea mayor 1.5 voltios que Vomax, se debe tener en cuenta que R=1k ohmio.
Hallamos Rf, RX, el voltaje de salida.
Figura 3..
Hallamos la resoluci´on.
Figura 4..
Se puede observar que el mayor peso lo tiene V (que representar´ıa el bit m´as significativo) y el menor peso lo tiene V4 (que ser´ıa el bit menos significativo), y como el resultado de RX es negativo la resistencia se coloca
del pin inversor a tierra, entonces as´ı quedar´ıa nuestro circuito.
Figura 5..
El resultado que nos dio el osciloscopio durante la simulaci´on es el siguiente:
Figura 6..
Se puede observar claramente que el voltaje de salida es de 6.50V el cual es la linea roja, la linea blanca es una referencia que me marca los cero voltios y la azul es nuestro voltaje de referencia con 5V, la rosada esta a 8V y seria nuestro V+.
Al iniciar nuestra simulaci´on podemos evidenciar el funcionamiento de este conversor que se divide en 4 bits los cuales se les puede ingresar un voltaje o se˜nal o mandar a tierra, para poder entender este circuito nosotros:
- Dejamos encendido el primer bit y el resto en ceros o los llevamos a tierra, obtenemos que en el osciloscopio podeos observar que la salida en rojo que es de 3.5V cumpliendo que:
Volvemos V2, V3 y V4 (de la ecuaci´on de Vo que hallamos anteriormente) iguales a cero llev´andolas a tierra.
Figura 7..
Figura 12..
Se puede observar que el mayor peso lo tiene V1 (que representar´ıa el bit m´as significativo) y el menor peso lo tiene V6 (que ser´ıa el bit menos significativo) y como el resultado de RX es positivo la resistencia se coloca del pin no inversor a tierra, entonces as´ı quedar´ıa nuestro circuito, entonces as´ı quedar´ıa nuestro circuito.
Figura 13..
El resultado que nos dio el osciloscopio durante la simulaci´on es el siguiente:
Figura 14..
Se puede observar claramente que el voltaje de salida es de 3.5V el cual es la linea roja, la linea blanca es una referencia que me marca los cero voltios y la azul se esconde detras de la rosada porque ambas estan a 5V y seria nuestro voltaje de referencia y V+ respectivamente.
Al iniciar nuestra simulaci´on podemos evidenciar el funcionamiento de este conversor que se divide en 6 bits los cuales se les puede ingresar un voltaje o se˜nal o mandar a tierra, para poder entender este circuito nosotros:
- Dejamos encendido el primer bit y el resto apagado en el osciloscopio podeos observar que la salida en rojo que es de 3.5V cumpliendo que:
Volvemos V2, V3 y V4 (de la ecuaci´on de Vo que hallamos anteriormente) iguales a cero llev´andolas a tierra.
Figura 15..
Concordando con el voltaje de salida que observamos en el osciloscopio cuando solo tenemos activo el bit 1 con la f´ormula de Vo que hallamos anteriormente demostrando que el aporte que hace este bit es el de la mitad del voltaje haci´endolo el bit m´as significativo V2/2 que seria 5/ multiplicado por la ganancia y por (64/63) para darnos el voltaje de salida.
Figura 16..
La l´ınea blanca es una gu´ıa o referencia para saber d´onde est´a el valor de cero voltios, la azul es el voltaje de referencia que es igual a 5V, la rosada es el voltaje de la fuente de polarizaci´on que es de 5V y la roja es el voltaje de salida el cual nos muestra que es 1.75V.
- Si dejamos encendido el segundo bit y el resto en ceros o los llevamos a tierra obtenemos que:
Volvemos V1, V3 y V4 (de la ecuaci´on de Vo que hallamos anteriormente) iguales a cero llev´andolas a tierra.
Figura 17..
Concordando con el voltaje de salida que observamos en el osciloscopio cuando solo tenemos activo el bit 2 con la f´ormula de Vo que hallamos anteriormente demostrando que el aporte que hace este bit es el de la cuarta parte del voltaje V2/4 que seria 5/4 multiplicado por la ganancia y por (64/63) para darnos el voltaje de salida.
Figura 18..
La l´ınea blanca es una gu´ıa o referencia para saber d´onde est´a el valor de cero voltios, la azul es el voltaje de referencia que es igual a 5V, la rosada es el voltaje de la fuente de polarizaci´on que es de 5V y la roja es el voltaje de salida el cual nos muestra que es 1V.
- As´ı sucesivamente hasta llegar al ´ultimo bit, el cual es el bit menos significativo.
- Al estar todos encendidos muestra que se realiza una suma de se˜nales de entrada de acuerdo al peso de cada una cumpliendo que da el mismo valor de salida que la simulaci´on del osciloscopio.
Figura 19..
Parte C Como la ganancia es de 1.3 y el voltaje de referencia es de 5 voltios, entonces el voltaje m´aximo de salida Vomax=Vref*A que es igual a 6.5 voltios, usaremos una fuente de polarizaci´on de 8 voltios lo cual cumple que sea mayor 1.5 voltios que Vomax, se debe tener en cuenta que R=1k ohmio.
Figura 20..
Se puede observar que el mayor peso lo tiene V (que representar´ıa el bit m´as significativo) y el menor peso lo tiene V4 (que ser´ıa el bit menos significativo), y como el resultado de RX es negativo la resistencia se coloca del pin inversor a tierra, entonces as´ı quedar´ıa nuestro circuito.
El resultado que nos dio el osciloscopio durante la simulaci´on es el siguiente:
Se puede observar claramente que el voltaje de salida es de 6.50V el cual es la linea roja, la linea blanca es una referencia que me marca los cero voltios y la azul es nuestro voltaje de referencia con 5V, la rosada esta a 8V y seria nuestro V+.
Al iniciar nuestra simulaci´on podemos evidenciar el funcionamiento de este conversor que se divide en 4 bits los
cumpliendo que da el mismo valor de salida que la simulaci´on del osciloscopio.
Figura 27..
Por ultimo cabe mencionar que la diferencia entre el punto A y el C es que en el dise˜no del circuito A se tienen resistencias en paralelo y en serie haciendo que el an´alisis de Thevenin sea diferente al del punto C y las ganancias var´ıen pero el funcionamiento y mecanismo es muy similar sirve para lo mismo. Parte D Esquema de conversores DAC.
Figura 28..
IV. CONCLUSIONES
- Podemos concluir que la se˜nal que simulamos efectivamente cumple con todas las f´ormulas para el dise˜no de estos conversores, dejando as´ı un margen de error m´ınimo casi nulo.
- Proteus es una herramienta muy ´util a la hora de analizar el comportamiento de estos conversores ya que nos permite mandar a tierra el bit que deseamos.
- El bit m´as significativo es el bit que permite mayor entrada de la se˜nal por el contrario el bit menos significativo es el que permite el menor paso de nuestra se˜nal.
- Un an´alisis matem´atico correcto permite obtener los
mejores resultados a la hora de simular este montaje permitiendo acceso datos reales al recibir ir una se˜nal el´ectrica.
V. REFERENCIAS
[1] M Olmo R Nave. Teorema de The- venin Recuperado de: http://hyperphysics.phy- astr.gsu.edu/hbasees/electric/thevenin.htmlc5. ElectronicaAnalogicaM ichelleGerman − CON V ERT IDORR − 2 Rrecuperadode : https : //sites.google.com/site/electronicaanalogicagerman/unidad− iii − convertidores/convertidor − r − 2 r.
[3] WILAEBA ELECTRONICA (enero 12, 2017). Conversor digital anal´ogico R-2R recuperado de: https://wilaebaelectronica.blogspot.com/2017/01/conversor- digital-analogico-r-2r.html.
[4]WILAEBA ELECTRONICA (enero 31, 2017). Con- versor digital anal´ogico por suma ponderada recuperado de: https://wilaebaelectronica.blogspot.com/2017/01/conversor- digital-analogico-por-suma-ponderada.html.
