Demostración Práctica:
Este trabajo práctico se centra básicamente , en comprender el principio de funcionamiento de un generador de señal digital . Por otra parte calcularemos sus parámetros y observaremos la estabilidad de los mismos .
Este trabajo práctico se centra básicamente , en comprender el principio de funcionamiento de un generador de señal digital . Por otra parte calcularemos sus parámetros y observaremos la estabilidad de los mismos .
Nuestro generador de señal digital , será el circuito integrado LM555 que lo utilizaremos como un astable .
Circuito a utilizar
 |
Circuito que nos permite utilizar el LM555 como astable |
Lista de Componentes
- 1 Capacitor electrolítico de 10 uF
- 1 Capacitor electrolitico de 1 uF
- 1 Capacitor cerámico de 100 nF
- 2 Capacitores cerámicos de 10 nF
- 1 Capacitor cerámico de 1 nF
- 1 Resistor de 56KΩ y 1 resistor de 1KΩ ( Para obtener Rb )
- 1 Resistor de 27KΩ
- 1 Resistor de 1KΩ ( Rled )
- 1 Circuito integrado LM555
- 1 LED rojo
- Cables o alambre para conexiónes
1) Calcula un astable usando un circuito integrado LM555 para una frecuencia de 1KHz y un ciclo de trabajo del 40% .
Para este punto de la práctica , debemos calcular los valores de 2 resistencias ( Ra y Rb ) , ademas del valor de "C" .
Cabe recordar que el ciclo de trabajo ( Duty Cycle ) esta dado únicamente por los valores de las resistencias calculadas y que el capacitor (C) se debe mantener con un valor fijo para conseguir con mayor facilidad los valores de R .
Sabiendo esto y aplicando las siguientes 2 formulas ( con un capacitor de 10nF ) calcularemos los valores de dichos componentes :
Formula para calcular el ciclo de trabajo ( Duty Cycle ) :
Formula para calcular la frecuencia de operación :
Teniendo la Rt ( Ra + 2Rb ) y que el ciclo de trabajo es del 40 % es decir 0,4 :
Sabiendo el valor de Rb nos queda solo por calcular el valor de Ra de la siguiente manera :
Nota : Los valores calculados de los resistores , no son comerciales .
Esto qiere decir que para obtener la Rb ( 57,6 KΩ ) debemos utilizar un resistor de 56 KΩ y colocarle en serie 2 resistores de 1KΩ , para obtener asi aproximadamente el valor reqerido .
Para el caso de Ra ( 28,8 KΩ ) debemos utilizar un resistor de 27 KΩ y colocarle 2 resistores de 1KΩ ( como en el caso de Rb ) en serie para obtener dicho valor .
2) Verificar su correcto funcionamiento
En este item observaremos el correcto funcionamiento del astable calculado previamente .
Para ello armaremos el circuito en el protoboard o placa de prueba , y luego del armado lo alimantaremos con aproximadamente 5V ( el valor de la tensión aplicada , se obtiene de la datasheet del componente ) .
Por ultimo le conectaremos el osciloscopio para realizar las mediciones correspondientes .
Como el led oscila a 1Khz de frecuencia , esto quiere decir que se está prendiendo y apagandose constantemente unas 1100 veces por segundo aproximadamente .
Por ende resulta imposible para el ojo humano , observar el cambio de estado de dicho componente y como consecuencia el led se verá siempre encendido .
3 - 4) Medir la frecuencia de oscilación y medir el ciclo de trabajo
En este tramo de la práctica haremos 2 mediciones , para comprobar el correcto funcionamiento de nuestro circuito astable .
Para ello luego de conectar el circuito al osciloscopio , mediremos la frecuencia de oscilacion del mismo ( para comprobar si es de aproximadamente 1KHZ como se calculó el astable ) y luego el "Duty cycle " o ciclo de trabajo para cheqear que sea del 40 % como afirma el calculo .
Recordar que para medir la frecuencia de nuestra señal debemos entrar en el menú de "Tiempo" y con la perilla elegimos la opción que indica "Frecuencia".
Por otro lado para medir el " Duty cycle " nos dirigimos al menú "Measure" luego a "Tiempo" y finalmente con la perilla de selección elegimos el botón "T. subida".
 | |
| Medicion de la frecuencia ( 980,6 Hz aproximadamente 1 Khz) |
A la hora de medir el "Duty cycle " de la señal calculada , la medición nos dio aproximadamente 45% . Este error se debe a las tolerancias de los resistores , la cual aumentó en éste caso , por haber tenido que utilizar 2 resistores para poder formar cada uno de los resistores calculados previamente ( Ra y Rb )
5) Ponderar el error
Lo que haremos a continuación será calcular el valor original del resistor (Rb) a partir del valor de la frecuencia que medimos con el osciloscopio previamente .
A partir de este valor , lo que debemos hacer es simplemente corregirla ( es decir adaptar un valor de resistor que posea menos error en la medición ) .
Para ello nos basaremos en la siguiente formula y haremos los debidos despejes , hasta obtener el valor de Rb
Por otro lado la señal original , ( medida con el osciloscopio ) presenta un error de 19,4 Hz de frecuencia .
6) Grafica la variación de frecuencia en función de Vcc.
En este punto lo que haremos es realizar un gráfico , que explicará como varia la frecuencia en funcion de la tensión ( Vcc ) aplicada al integrado LM555 .
Se puede observar que a partir de los 2,5 V aproximadamente ( que es la tensión de alimentación mínima del circuito integrado) la frecuencia tiende a mantenerse constante .
Entonces en este caso se puede afirmar que la frecuencia solo depende del valor que se le otorgue a los 2 resistores ( Ra y Rb ) y al capacitor "C" .
 |
| Gráfico de la variación de frecuencia en función de la tensión aplicada ( Vcc ) |
7) Recalcular los valores para obtener las siguientes frecuencias, respetando el mismo ciclo de trabajo solicitado en el punto 1:
Lo que haremos a continuación será , calcular los valores correspondientes de capacidad , para las distintas frecuencias asignadas ( 1 Hz , 10 Hz , 100 Hz y 10 Khz ) .
 |
| Tabla de valores |
8) En el caso del astable de 1 Hz conectale un led a su salida y verificá la frecuencia .
En esa medición lo que haremos será utilizar el circuito astable , a una frecuencia de 1Hz y conectarle su debido valor de capacidad ( recordar que para 1 Hz es un capacitor de 10 uF ) .
Luego conectarle un led a la salida del mismo , para verificar su frecuencia de trabajo .
A continuación se verá el video demostrativo de dicha medicion:
9) Investigar 2 tipos de osciladores digitales
Biastables:
Un biestable (flip-flop en inglés), es un multivibrador capaz de permanecer en uno de dos estados posibles ( 1 o 0 ) durante un tiempo indefinido en ausencia de perturbaciones
Esta característica es ampliamente utilizada en electrónica digital
para memorizar información. El paso de un estado a otro se realiza
variando sus entradas.
Dependiendo del tipo de dichas entradas los
biestables se dividen en:
- Asíncronos: Sólo tienen entradas de control. El más empleado es el biestable RS.
- Síncronos: Además de las entradas de control posee una entrada de sincronismo o de reloj. Si las entradas de control dependen de la de sincronismo se denominan síncronas y en caso contrario asíncronas. Por lo general, las entradas de control asíncronas prevalecen sobre las síncronas.
La entrada de sincronismo puede ser activada por nivel (alto o bajo) o por flanco (de subida o de bajada). Dentro de los biestables síncronos activados por nivel están los tipos RS y D, y dentro de los activos por flancos los tipos JK, T y D.
Los biestables síncronos activos por flanco (flip-flop) se crearon para eliminar las deficiencias de los latches (biestables asíncronos o sincronizados por nivel).
 |
| Circuito Biastable |
Monoestables :
El monoestable es un circuito multivibrador que realiza una función secuencial que consiste en que al recibir una excitación exterior , cambia de estado y se mantiene en él durante un periodo que viene determinado por una constante de tiempo . Transcurrido dicho período , la salida del monoestable vuelve a su estado original .
Funcionamiento :
Al aplicar la tensión de alimentación (Vcc) , los dos transistores iniciarán la conducción , ya que sus bases reciben un potencial positivo a través de las resistencias R-2 y R-3 . Como los transistores no son exactamente idénticos, por el propio proceso de fabricación uno conducirá antes o más rápido que el otro .
Suponiendo que es el transistor 2 el que conduce primero :
El voltaje en su colector estará próximo a 0 voltios (salida Y a nivel bajo) , por lo que la tensión aplicada a la base del transistor 1 a través del divisor formado por R3 y R5 , será insuficiente para que conduzca el mismo . En estas condiciones el transistor 1 permanecería bloqueado indefinidamente .
Pero si ahora aplicamos un impulso de disparo de nivel alto por la entrada , el transistor 1 conducirá y su tensión de colector se hará próxima a 0 V . Por lo cual C1 , que estaba cargado a través de R1 y la unión Base - Emisor del transistor 2 , se descargará a través del transistor 1 y R2 aplicando un potencial negativo a la base de TR-2 que lo llevará al corte ( salida Y a nivel alto ) .
En esta condición la tensión aplicada a la base del transistor 1 es suficiente para mantenerlo en conducción aunque haya desaparecido el impulso de disparo en T
Seguidamente se inicia la carga de C1 a través de R2 y el transistor 1 hasta que la tensión en el punto de unión de C1 y R2 ( base de Transistor 2 ) sea suficiente para que el mismo vuelva a conducir y el transistor 1 quede bloqueado . La duración del periodo cuasi estable viene definido por los valores de C1 y R2 . |
| Monoastable |
Demostracion Teórica:
¿Que es un Circuito integrado LM555 ?
El circuito integrado LM555 es un dispositivo de alta estabilidad diseñado para construir retardos de tiempo y osciladores .
Por otro lado cabe destacar que el mismo incorpora dentro de sí mismo dos comparadores de voltaje , un flip flop , una etapa de salida de corriente , un divisor de voltaje resistivo y un transistor de descarga .
Dependiendo de como se interconecten estas funciones utilizando componentes externos es posible conseguir que dicho circuito realiza un gran numero de funciones tales como la del multivibrador astable y la del circuito monoestable entre otras .
¿Que aplicaciones tiene el LM555 ?
Este circuito integrado tiene la ventaja de que se lo puede utilizar para varias funciones ( recordar que nosotros lo utilizamos en este caso como un astable ) , algunas de sus funciones son las siguientes :
- Para la precisión de temporización
- Para la Generación de impulsos
- Tiempo secuencia
- Tiempo de generación de retraso
- Modulación de anchura de pulso
- Modulación de la posición
- Generador de rampa lineal
¿Como lo utilizamos nosotros en la práctica?
En este trabajo práctico conectamos al circuito integralo LM555 de tal manera de consegir un circuito astable .
Siendo un astable un multivibrador que no tiene ningún estado estable , lo que significa
que posee dos estados "cuasi-estables" entre los que conmuta ,
permaneciendo en cada uno de ellos un tiempo determinado
A continuación daremos una idea general , de lo que es un protoboard o placa de prueba y sus características mas salientes . Recordar que es el primer trabajo práctico de este año en el cual empleamos dicho dispositivo .
El Protoboard es una especie de tablero con orificios , en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para armar cualquier tipo de circuito .
Como su nombre lo indica , esta tableta sirve para experimentar con circuitos electrónicos , con lo que se asegura el buen funcionamiento del mismo .
|
| Circuito que permite utilizar al LM555 como un astable |
Esquema interno del componente :
Distribución de patas del LM555:
Datasheet del LM555 : http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm555.pdf
Protoboard:
A continuación daremos una idea general , de lo que es un protoboard o placa de prueba y sus características mas salientes . Recordar que es el primer trabajo práctico de este año en el cual empleamos dicho dispositivo .
¿Que es un protoboard ?
El Protoboard es una especie de tablero con orificios , en el cual se pueden insertar componentes electrónicos y cables para armar cualquier tipo de circuito .
Como su nombre lo indica , esta tableta sirve para experimentar con circuitos electrónicos , con lo que se asegura el buen funcionamiento del mismo .
Es en la actualidad una de las placas de prueba más usadas . Está compuesta por bloques de plástico perforados y numerosas láminas delgadas , de una aleación de cobre , estaño y fósforo , que unen dichas perforaciones , creando una serie de líneas de conducción paralelas .
En la cara opuesta del dispositivo se coloca un protector con pegamento , que sirve para sellar y mantener en su lugar las tiras metálicas .
 |
| Protoboard |
¿Como esta compuesto un protoboard ?
 | ||
| Estructura interna de un Protoboard |
 |
| Conexiones internas y los buses |
El protoboard esta dividido en dos áreas principales que son los buses y las pistas .
Los buses tienen conexion y por ende conducen a todo lo largo ( aunque algunos fabricantes dividen ese largo en dos partes ) . Las lineas rojas y azules indican como conducen los Buses .
Cabe destacar que no existe conexion física entre ellos , es decir no hay conducción entre ellas mismas .
En los Buses se acostumbra a conectar Vcc ( tensión de alimentación ) que usan los circuitos o las señales que se quiere inyectar a ellos desde un equipo externo .
Por su parte , las pistas proveen puntos de contacto para los pines o terminales de los componentes que se colocan en el protoboard .
Por su parte , las pistas proveen puntos de contacto para los pines o terminales de los componentes que se colocan en el protoboard .
Consejos a la hora de armar un circuito en el protoboard
1) La conexion entre nodos se hace mediante alambres, los cuales deben de ser lo mas corto posible, a fin de evitar problemas de ruido en el circuito.
En lo posible deben de estar aislados , para evitar cortocircuitos por contactos con otros cables
2) Al montar las componentes fijarse muy bien en las polaridades de los componentes , por ejemplo de condensadores , y valores de pines de los integrados , así como rangos de operación .
3) Si el circuito no funciona correctamente revise las alimentaciones y que los cables de interconexión de nodos no estén sueltos o haciendo mal contacto.
4) El protoborad tiene bastantes problemas de ruido por lo que no se recomienda para alta frecuencia
5) Recordar que esta herramienta es para ensamblado temporal . Si se desea mantaner el circuito se debe llevar a placa PCB , replicandolo , tratando en lo posible de usar otras componentes , a fin de poder identificar posibles problemas en la placa .
Bibliografia
Para la realización del presente trabajo práctico , utilizamos las páginas y textos que daremos a conocer a continuación :
- Pagina de Internet ( Blog ) http://carlos-protoboard.blogspot.com.ar/
- Página de Internet ( Blog ) http://sr-tlacuache.blogspot.com.ar
- Pagina de Internet : http://es.wikipedia.org
- Pagina de Internet : http://www.unicrom.com
- Revista / Fascìculo Electrónica enciclopedia práctica
Conclusiones
Para realizar las debidas mediciones utilizamos el instrumental del laboratorio ( Osciloscopio digital y fuente de alimentación )
Por otra parte conocimos y aprendimos las características y funcionamiento del LM555 ( recordando que lo utilizamos como astable en este caso )
Investigamos y aprendimos los tipos de osciladores digitales que existen en el mundo de la electrónica .
No hay comentarios:
Publicar un comentario