Electrnica No Lineal Generadores de Pulsos ndice Generadores

Electrónica No Lineal Generadores de Pulsos

Índice • Generadores de Pulsos • Generador de Pulso Análogo: • AO Diferencial de Corriente • AO Diferencial de Tensión • Generador de Pulso Digital: • CI 555 como P. P. M. • CI 555 como P. W. M. • Aplicaciones y Ejercicios • Bibliografía 1

Generadores de Pulso Análogo AO Diferencial de Tensión: T = t 1 + t 2 = 1 / f 2

Generadores de Pulso Análogo AO Diferencial de Tensión: T = t 1 + t 2 = 1 / f Con t 1 y t 2 variable 3

Generadores de Pulso Digital CI 555 como Generador de Pulso: T = t 1 + t 2 = 1 / f 4

Generadores de Pulso Digital CI 555 como P. P. M. : (MODULADOR POSICIÓN DE PULSO) 5

Generadores de Pulso Digital CI 555 como P. W. M. : TAREA: Dibujar la señal de salida en secuencia de fase si la señal de modulación es una onda triangular Aplicación 6

Generadores de Pulso Digital CI 555 como P. W. M. : 7

Aplicación y Ejercicios Generadores de Pulso Análogo Generadores de Pulso Digital Circuitos de Aplicación Ejercicios Resueltos Hoja de Datos 556 – LM 741 – TCA 785 8

Bibliografía 1. Schilling, Donald L. Circuitos electrónicos: discretos e integrados. Madrid. Mc. Graw-Hill. 963 p. Enc. Materia: Ctos. Electrónicos. Ctos. de transistores 2. Burr-Brown Nelson, Troy Nagle, Carroll, “Análisis y diseño de ctos. lógicos 3. Cuesta, Gil Padilla, Remiro, “Electrónica Digital”, Mc. Graw Hill, 1996 4. Remiro, “Lógica Programable” Mc. Graw Hill, 1994 5. Mano, “Logica digital y diseño de computadoras”, 1990 www. i-une. com/cgi-bin/go. cgi? 0 http: //obelix. umh. es/99 -00/teleco_sist/mpcm/public_html/nyquist. htm www. biopsychology. org/tesis_esteve/confund. htm http: //svc. sony-Spa. com/Tech. Support/Entrenamiento/discocompacto /FIGURAS/2 -1. htm www. national. com 9

Circuitos Sample & Hold

Índice n n n n Introducción Circuito básico de muestreo y retención Teorema del muestreo ¿Qué es un Amplificador Sample & Hold? • Circuito práctico • Uso del FET como interruptor Muestreo y retención en Audio Muestreo y retención del Sonido • Diferentes frecuencias de muestreo Aplicaciones Bibliografía 11

Introducción Los circuitos de muestreo y retención se utilizan para muestrear una señal analógica en un instante dado y mantener el valor de la muestra durante tanto tiempo como sea necesario. Los instantes de muestreo y tiempo de retención depende de la aplicación a la que se destine el circuito. 12

Muestreo y Retención La mayoría de los circuitos de muestreo y retención utilizan un condensador para mantener la tensión de muestra

Teorema del Muestreo Si una señal continua s(t), tiene una banda de frecuencia tal que fm sea la mayor frecuencia comprendida dentro de dicha banda, dicha señal podrá reconstruirse sin distorsión a partir de muestras de la señal tomadas a una frecuencia fs siendo fs > 2 fm. Esquema simplificado del proceso de muestreo

Teorema del Muestreo S(t) : señal a muestrear d : señal muestreadora Ss(t) : señal muestreada 15

Teorema del Muestreo Función de transferencia de un Filtro Pasa Bajos 16

¿Que es un Amplificador Sample & Hold? Ó tan bien llamado Amplificador de Retención, es un circuito que captura y retiene un voltaje analógico a un punto específico en un tiempo determinado bajo el mando de un circuito externo, como un microprocesador. Este tipo de circuito tiene muchas aplicaciones; sin embargo, su uso primario está en sistemas de adquisición de datos que requieren que el voltaje sea capturado y sea retenido durante el proceso analógico de la conversión digital.

¿Que es un Amplificador Sample & Hold?

Circuito práctico Los circuitos prácticos de muestreo y retención usan operacionales para obtener una baja impedancia en el circuito de excitación y una alta impedancia de carga en el condensador de retención. Estos circuitos utilizan conmutadores FET en vez de BJT a causa de la linealidad y carencia de offset en sus características de transferencia en la proximidad del origen, donde tiene lugar la acción de conmutación. Ecuación de diseño Circuito con interruptor

Circuito inversor de muestreo y retención: uso del interruptor FET 20

Muestreo y Retención en Audio Muestreo: El material que sometemos a análisis, y que contiene la información acústica del comportamiento verbal, suele estar almacenado en una cinta de cassette o en un video, aunque a veces lo tomamos directamente de la fuente (radio, TV, micrófono, etc. ) Muestreo

Integración (Sub – Muestreo) No estamos interesados en el estudio de las propiedades acústicas de la señal verbal, sino que nos interesa el comportamiento articulatorio presente en dicha señal. Para poder acceder a esta información, se hace necesario introducir un proceso de submuestreo en la serie (xr)obtenida del muestreo A/D anterior. 22

Muestreo y Retención del Sonido Amplitud de las tensiones de muestreo v/s frecuencia de muestreo. 23

Frecuencia de muestreo Muestras por segundo Calidad del sonido 11 KHz 22 KHz 11, 025 22, 050 Baja Media 44 KHz 44, 100 Alta 24 Tabla Nº 1: Frecuencias de muestreo más usadas

Muestreo de una señal de Audio de 22 Khz por una señal de muestreo de 178 Khz. note que la forma De la envolvente de la señal PAM resultante es bastante semejante a señal original. 25 Muestreo a 178 KHz.

La misma señal de audio de 22 Khz muestreada ahora por una señal de 44 Khz. La forma de la envolvente de la señal PAM resultante sigue siendo semejante a señal original, aunque ahora el trazo de esta envolvente no es tan claro Diferentes Señales PAM Muestreo a 44 KHz. 26

El sonido filtrado parece bastante real. Solo percibo una muy leve diferencia en la Intensidad de las notas altas Eliminación de las componentes de frecuencia superiores a 20 Khz. 27

Prevención contra la formación de falsas armónicas mediante la inclusión de un filtro pasa bajo previo al circuito de muestreo y retención. 28

Aplicaciones 1. - Generador de rampa con nivel variable de reset. En este circuito la ecuación de diseño para el tiempo de la rampa es con R 2 > 10 K. Ejercicios resueltos 29

Aplicaciones 2. Detector de Peak Además se puede notar que estas son una pequeña parte de las grandes aplicaciones que tienen este tipo de circuito como por ejemplo, en la instrumentación de equipos electrónicos de medición, en estos se encuentra una rama muy importante que son los equipos de mediciones médicas, que son muy importantes en la actualidad y en la vida de todos. Ejercicio propuesto 30

Bibliografía n n Torres Portero, Manuel: Circuitos Integrados Lineales. 6ª Edición, Editorial Paraninfo S. A. – Madrid, España, 1994. Rashid, Muhammad Harunur: Electrónica de Potencia: Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones, Editorial Prentice Hall Hispanoamericana, México, 1995. Millman, Jacob: Electrónica Integrada: Circuitos y Sistemas Analógicos y Digitales, 8ª Edición, Editorial Hispanoeuropea, Barcelona – España, 1989. Malvino, Albert Paul: Principios de Electrónica, 31 6ª Edición, Editorial Mc. Graw Hill Interamericana

Conversor Digital a Análogo

Señales digitales y analógicas. Señales analógicas: Son variables eléctricas que evolucionan en el tiempo en forma análoga a alguna variable física. Señales digitales: Son variables eléctricas con dos niveles bien diferenciados que se alternan en el tiempo transmitiendo información según un código previamente acordado. 33

Códigos Binarios. Habitualmente los códigos binarios representan números (que a su vez representan valores que va asumiendo una variable física o eléctrica), o bien señales de control, de mando o de estado (informando sobre el estado de una operación o proceso). • Codigo binario natural. • Codigo decimal binario (BCD) 0111 0010 732 34

Estructura Básica. Estructura de un conversor digital-analógico. Xref es la referencia, dn. . . d 1 la entrada digital y x la respuesta analógica. 35

Característica. Relación entre la entrada digital D y la salida analógica x de un conversor digital-analógico. 36

Métodos de Conversión. Conmutación de Corrientes Ponderadas. Circuito equivalente de un conversor digital-analógico de resistencias ponderadas. 37

Redes escalera. Conversor digital-analógico de red escalera. 38

Redes escalera R-2 R. Una red R-2 R. La resistencia vista es siempre R. 39

Redes escalera R-2 R. Conversor analógico-digital R-2 R en modo de corriente. La masa virtual en la entrada inversora del amplificador operacional garantiza que la propiedad de la red R-2 R se cumpla. 40

Redes escalera R-2 R. Conversor digital-analógico R-2 R en modo de tensión. 41

Conversor de 8 Bits. Terminales. Señales de salida. DAC-08 alambrado para voltajes de salida positiva 42

Especificaciones de los DAC. Resolución. Exactitud. Error de exactitud. 43

Error de escala. 44

Error de offset. 45

Error de No linealidad. 46

Error de No linealidad diferencial. Error de No linealidad Diferencial. 47

Monotonía. Tiempo de establecimiento. Slew-Rate. Sobrepico y Glitch. 48

Muestreo y Retención. Se denomina muestreo a la acción de tomar muestras (valores) de una señal en una sucesión de instantes sin importar lo que sucede el resto del tiempo. Circuito de muestreo y ejemplo de su comportamiento. 49

Compatibilidad con Microprocesadores. • Principios de interfase. • Registros temporales de memoria. • El procedimiento de selección. 50

• El procedimiento de selección. Para seleccionar un DAC, el microprocesador coloca su dirección en el canal de direcciones. Como respuesta al código de dirección correspondiente, unas de las salidas del decodificador va a un nivel de voltaje bajo y habilita la terminal de selección del circuito integrado de la terminal de selección, CS del DAC elegido. 51

El AD 588 es un convertidor D/A de 8 bits compatible con microprocesadores; 52 se muestran sus terminales.

Aplicaciones. Potenciómetro digital. Potenciómetro controlado digitalmente. 53

Conversor con características mejoradas. Amplificador con Ganancia, mejorado. 54

Amplificador con ganancia controlada inversamente. Amplificador controlado inversamente. 55

Multiplicador de capacidad. Multiplicador de Capacidad controlado. 56

DAC 0808 8 -Bit D/A Converter 57

DAC 0808 8 -Bit D/A Converter 58

Conversor Análogo Digital

Introducción n La creciente actualidad de las técnicas digitales es un hecho incuestionable. No obstante, si se tiene en cuenta que nosotros los humanos somos “analógicos”, resulta evidente la necesidad de establecer, de una u otra forma, la unión entre ambos mundos. Debido a esto surge el conversor análogodigital que tiene la capacidad de realizar esta unión entre el mundo real con el mundo digital. Los conversores análogo-digitales, denominados también ADC’s, son elementos que transforman un nivel de tensión en una información digital en un código determinado, con una precisión y resolución dada. 60

Nociones básicas sobre adquisición de datos. n Un sistema de adquisición de datos es un equipo que nos permite tomar señales físicas del entorno y convertirlas en datos que posteriormente podremos procesar y presentar. 61

Los bloques principales en un S. A. D. son: El transductor. n El acondicionamiento de señal. n El conversor análogo-digital. n La etapa de salida (interfaz con la lógica). n 62

El transductor. n El transductor es un elemento que convierte la magnitud física en una señal de salida (puede ser corriente o voltaje). Ejemplo : LDR, NTC, detector de Rpm, etc. 63

La etapa acondicionadora de señal. n El acondicionamiento de señal es la etapa encargada de filtrar y adaptar la señal proveniente del transductor a la entrada del convertidor analógico/digital. Posee las siguientes. etapas: • Amplificación. • Excitación. • Filtrado. • Multiplexado. • Aislamiento. • Linealización. 64

El conversor análogo digital. n n n El conversor Analógico / Digital es un sistema que presenta en su salida una señal digital a partir de una señal analógica de entrada, (normalmente de tensión) realizando las funciones de cuantificación y codificación. Características básicas del ADC. Errores en los ADC. 65

Características básicas del ADC. n n n n Impedancia de entrada. Rango de entrada. Nº de bits. Resolución. Tensión de fondo de escala. Tiempo de conversión. Error de conversión. 66

Errores en los ADC. Error de offset. n Error de cuantificación. n Error de linealidad. n Error de apertura. n 67

Resolución. n Es el mínimo valor que puede distinguir el convertidor en su entrada analógica, o dicho de otro modo, la mínima variación, Vi, en el voltaje de entrada que se necesita para cambiar en un bit la salida digital. 68

Tiempo de conversión. n Es el tiempo que tarda en realizar una medida el convertidor en concreto, y dependerá de la tecnología de medida empleada. Evidentemente nos da una cota máxima de la frecuencia de la señal a medir. 69

Error de offset. n El error de offset es la diferencia entre el punto nominal de offset (cero) y el punto real de offset. 70

Características del A/D • • • Ecuación de entrada-salida Error de cuantificación Respuesta en frecuencia Comparadores analógicos Compatibilidad con microprocesadores Especificaciones de los fabricantes 71

Ecuación de entrada-salida Si n = 4 , Vifs = 15 Vn-1) • • Resolución = Vifs/(2 • Resolución=15 V/(24 -1) Resolución= 1 V/LSB • Código Salida = D • Si Vi = 5 V • D = 5 V / (1 V/LSB) • D = Vi / Resolución D = 5 LSB D = 5, o sea, 0101 72

Error de Cuantificación • n= 4 y Vifs= 15 V • E. C = 0. 94 1 V. 73

Respuesta en Frecuencia • Error de apertura • Amplificador Muestreador y Retenedor 74

Comparadores Analógicos • Vo sgn( Va – Vb ) = 1 si Va Vb • Vo sgn( Va – Vb ) = 0 si Va < Vb 75

Compatibilidad con Microprocesadores 76

Especificaciones de los Fabricantes • Señal de entrada: Unipolar = 0 a 10 V. Ejemplo: = de 5 V, 10 V, • Convertidor de 10 bits, Bipolar con señal entrada de etc. 0 a • Tiempo 10 V. de Conversión: A/D. Ultrarrápidos = 10 -60 ns. A/D. Aprox. Sucesivas = 1 -100 s. • Error de Cuantificación = 10 m. V. • Formato de salida: - Binario bipolar, offset. • Error Analógico = 10 m. V. • Error Total = 20 m. V. - Complemento a uno, a dos. - Códigos • Implica que el A/D funciona comoestándar. uno de 9 bits, sin • error analógico, Incluye ya que E. C. = 20 Precisión: errores de m. V. las partes analógicas y digitales del sistema. 77

Tipos de Conversores A/D • Bucle Abierto: • Bucle Cerrado: ü Conversión A/D Directa. ü Rampa en Escalera. ü De Rampa o Simple Pendiente. ü De Cuenta Continua. ü De Doble Rampa. ü Aprox. Sucesivas. 78

Conversión A/D Directa • ADC con Comparadores 79

Conversor de Rampa o de Simple Pendiente 80

Conversor A/D de Doble Rampa 81

Conversor A/D Rampa en Escalera 82

Conversor A/D de Cuenta Continua 83

Aproximación Sucesivas 84

Otros A/D • Conversores No Lineales: ü Conversor A/D Logarítmico. ü Conversor A/D con Coma Flotante. 85

Medidas de las INL/DNL. Definiciones de la INL y la DNL. n Lazo Analógico Integrador. n Ventajas e inconvenientes del método. n Ventajas de un circuito promediador. n Prueba dinámica de la INL y la DNL. n 86

Definición de la INL y la DNL. n El error DNL está definido como la El error INL se describe como la desviación, en LSB o porcentaje del diferencia entre el ancho real de un fondo de escala (FSR), de la función de escalón y el valor ideal de un LSB. Para transferencia respecto de una línea un ADC ideal (en el que DNL=0 LSB), recta. La magnitud del error INL cada escalón analógico es igual a un depende por tanto directamente de la LSB y los valores de transición están posición escogida para esa línea recta. separados por 1 LSB exactamente. 87

Característica deun un. ADC. INL de Característica DNL 88

Lazo Servo Analógico. n n Otro método para determinar los parámetros de linealidad estática de un ADC, similar al precedente pero más sofisticado, consiste en un lazo servo analógico e integrador. Este método se reserva generalmente para procedimientos de pruebas enfocados a medidas de alta precisión en lugar de velocidad. Un típico lazo servo analógico consiste en un integrador y dos fuentes de corriente conectadas a la entrada del 89

Lazo servo analógico. 90

Efectos de la incertidumbre en el período de muestreo de un S. A. D. n n La teoría de muestreo periódico de señales analógicas supone que las muestras cuantificadas de la señal se encuentran exactamente equiespaciadas en el tiempo. En la práctica diferentes fenómenos circuitales originan que el espaciamiento entre muestras no sea constante, denominándose esta aperiodicidad «Jitter del período de muestreo» . Jitter del período de muestreo. 91

Jitter del período de muestreo. n Cuantifica la variación del período de muestreo respecto a su valor medio. 92

Aplicación del ADC. Voltímetro digital. n Interfaz para Conversores. n 93

Interfaz para ADC. n Para comunicar el mundo analógico con el digital, es necesario hacerlo por medio de circuitos muy concretos: multiplexores analógicos, circuitos de muestreo y retención, filtros, etc. 94

CONVERSORES ANALOGO – DIGITAL CON SALIDA A DISPLAY LCD O LED 95

MEDIDOR DE PANEL CON DISPLAY LCD 96

MEDIDOR DE PANEL CON DISPLAY LCD 97

MEDIDOR DE PANEL CON DISPLAY LED 98

ADC 0800 8 - Bit A/D CONVERTER 99

ADC 0800 8 - Bit A/D CONVERTER 100

ADC 0801/ADC 0802/ADC 0803/ADC 0804/ADC 0805 8 Bit µP COMPATIBLE A/D CONVERTERS 101

ADC 0801/ADC 0802/ADC 0803/ADC 0804/ADC 0805 8 Bit µP COMPATIBLE A/D CONVERTERS 102

ADC 0801/ADC 0802/ADC 0803/ADC 0804/ADC 0805 8 Bit µP COMPATIBLE A/D CONVERTERS 103

ADC 0801/ADC 0802/ADC 0803/ADC 0804/ADC 0805 8 Bit µP COMPATIBLE A/D CONVERTERS 104

ADC 0801/ADC 0802/ADC 0803/ADC 0804/ADC 0805 8 Bit µP COMPATIBLE A/D CONVERTERS 105

CONVERSORES FRECUENCIA - VOLTAJE 106

Introducción Un conversor frecuencia voltaje , es un sistema que en su salida entrega una tensión continua, proporcional a la frecuencia de entrada. 107

APLICACIONES 108

APLICACIONES 109

Tabla de Valores Frecuencia & Tensión Vout = F * C 1 * R 1* Vcc Velocidad Frecuencia Voltaje [R. P. M] [ Hz ] [ Volts ] 200 3. 33 0. 033 1000 16. 67 0. 1667 2400 0. 400 9000 150 1. 5 20000 333. 33 110

APLICACIONES 111

APLICACIONES 112

APLICACIONES 113

APLICACIONES 114

APLICACIONES 115

APLICACIONES 116

APLICACIONES 117

APLICACIONES 118

APLICACIONES 119

APLICACIONES 120

APLICACIONES 121

APLICACIONES 122

APLICACIONES 123

APLICACIONES 124

CONVERSOR CORRIENTE - VOLTAJE 125

n XTR 110 126

APLICACIONES 127

128