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El diseño y solución de un problema de electrónica analógica que consiste en un mezclador de señal con amplificador operacional. Se explica el funcionamiento de los diferentes circuitos que lo conforman y se realizan cálculos matemáticos para determinar el valor de los componentes. Además, se presentan simulaciones y gráficas de las señales de salida de cada etapa.
Tipo: Ejercicios
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ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELECTRÓNICA ANÁLOGA 2020 - I UNIDAD 3: FASE 3 PRESENTAR SOLUCIÓN AL PROBLEMA DEL MEZCLADOR DE SEÑAL CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL Presentado por: JUAN DIEGO FERNANDEZ C.C. 1052398889 Grupo: 243006_ Tutor JUAN ALEJANDRO CHICA UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA PERIODO ACADÉMICO 2020 – I ABRIL
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELECTRÓNICA ANÁLOGA 2020 - I
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELECTRÓNICA ANÁLOGA 2020 - I GUIA DE ACTIVIDADES Fase 3 - Presentar solución al problema del mezclador de señal con amplificador operacional Suponga que trabaja para una compañía que diseña, prueba, fabrica y comercializa instrumentos electrónicos. Su tercera asignación es presentar trabajando en equipo con cuatro compañeros, una solución llamada mezclador de señal con amplicador operacional, el cual permite combinar la información de varias señales provenientes de fuentes diferentes y entregar una salida a través de un único canal, un ejemplo de esto se puede apreciar al escuchar a través de un equipo de sonido las voces provenientes de varios micrófonos. Para lograr tal fin, cuentan con el amplificador operacional LM324, una fuente dual de +-9VDC y tres señales de entrada sinusoidales con los siguientes parámetros: V1= 1Vp, 1Khz. V2= 2Vp, 500Hz. V3= 1Vp, 3Khz. El equipo de trabajo cuenta con 3 semanas para presentar un informe a la empresa, en él mismo, es obligatorio se evidencie una fundamentación teórica, una argumentación y la validación de la solución. Además, de ser aprobada la propuesta, se deberá realizar una implementación real y para ello se contará con acceso a los laboratorios.
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELECTRÓNICA ANÁLOGA 2020 - I Actividades a desarrollar Individuales:
1. Fundamentación Teórica. (Primera Semana) Figura No. 1. Diagrama Esquemático del Mezclador Fuente: Autor. 1.1. Luego de la lectura de los recursos educativos requeridos para la Unidad 3, Cada estudiante debe describir con sus propias palabras la teoría de funcionamiento del circuito anterior. R/: Este circuito es un amplificador mezclador sirve para mezclar instrumentos musicales, con 3 tipos de señales diferentes cada señal tiene una frecuencia diferente y el mezclador, lo que hace es mezclar 3 señales que están llegando a las 3 resistencias y va a amplificar su voltaje a la salida con la ganancia de la resistencia 4 para tener siempre una ganancia unitaria.
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELECTRÓNICA ANÁLOGA 2020 - I Por último, observamos un circuito U3: A que tiene un amplificador operacional con configuración de modo inversor, un sumador inversor que tiene 3 entradas por el pin inversor que se suman y se invierten. Este circuito está formado en su totalidad por distintas configuraciones de un amplificador operacional, iniciamos con U1B, en configuración modo inversor, con una entrada de 1v y al igual que todos los AMP OP, con una alta impedancia de entrada, pero con poca impedancia de salida, no permite el paso de corriente, pero si amplifica la señal de entrada, luego, observamos a U1C, en una configuración conocida como seguidor de voltaje, así como su nombre lo indica, este componente del circuito tiene como función mantener el equilibrio entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida, es decir si entran dos voltios, salen dos voltios, sin permitir variaciones, una característica importante de esta configuración. Luego esta U1D, amplificador operacional en su configuración no inversora, con la misma función que el inversor que es de amplificar, pero con la diferencia que la entrada es en el pin positivo y que la señal de entrada y salida se encuentran en fase. Por último, estas señales, pasan a U1A, amplificador operacional en la configuración conocida como sumador de voltaje inversor, que tiene como función, sumar los voltajes de entrada, siempre y cuando sus resistencias sean iguales como en este caso (100k), por lo tanto la salida será de 4 voltios.
2. Argumentación. (Segunda Semana). 1.1 Argumentar matemáticamente el diseño presentado dando respuesta a lo que a continuación se solicita:
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELECTRÓNICA ANÁLOGA 2020 - I c.) Identifique el tipo configuración del amplificador U1:D, calcule el valor de R7 para que tenga una ganancia de 3 y el valor del voltaje de salida. La configuración del circuito es un Amplificador no inversor. V (^) 0 V (^) i
V (^) i
10 k
20 k 10 k
3. Solución. (Tercera semana) 3.1. Cada estudiante debe presentar la simulación del mezclador de señal con Amp Op propuesto en la que se evidencie el correcto funcionamiento y las siguientes mediciones usando el osciloscopio.
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELECTRÓNICA ANÁLOGA 2020 - I Como vemos la salida del amplificador U1: B tiene un valor pico de 2 V, esto se debe a que la ganancia del amplificador es de 2 y la entrada V1= 1 V, es decir, que esta simulación comprueba los correctos valores de las resistencias halladas en el punto del estudiante 1. Amplitud de la señal de salida del amplificador U1: C En esta señal se comprueba el funcionamiento del buffer o seguidor de tensión, ya que la salida tal como se muestra en la imagen es de 2 V y la tensión de entrada es igual de V2= 2 V. Amplitud de la señal de salida del amplificador U1: D
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELECTRÓNICA ANÁLOGA 2020 - I En esta imagen vemos que la amplitud máxima de la tensión máxima de la salida del amplificador U1: D es de 3 V ya que en el punto del estudiante 4 se nos indica que este amplificador no inversor debe tener una ganancia de 3, por ello se realiza y se comprueba los valores de resistencias correctos para que esto sucediera, ya que la entrada de tensión V3 = 1V. Amplitud de la señal de salida del amplificador U1: A: La imagen nos muestra una señal de múltiples valores de tensión máximo (con picos de diferentes alturas), esto se debe, a que en esta etapa se mezclan las 3 señales de las salidas de los 3 amplificadores, en los cuales cada uno tiene diferentes valores pico, y también tienen diferentes valores de frecuencia, es por ello que la gráfica tiene esta curiosa forma. En esta imagen se ven las 4 señales en la misma gráfica:
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELECTRÓNICA ANÁLOGA 2020 - I BIBLIOGRAFIA García, M. Huerta, P. Sánchez, C. (2014). Electrónica (pp. 131-165). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action? ppg=132&docID=11046653&tm= MeElberni, (2012) transistor JFET 1 funcionamiento y características básicas [archivo de video] recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=5xpMt1-d4JE Mijarez, R. (2014). Electrónica (pp. 23 - 51). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action? ppg=44&docID=11013154&tm= Mijarez, R. (2014). Electrónica (pp. 53 - 71). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action? ppg=74&docID=11013154&tm= Pleite, J. Vergaz, R. Ruiz de marcos, J. (2009). Electrónica Análoga para Ingenieros (pp. 37-51). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action? ppg=48&docID=10498503&tm=
