UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA IEO – 211 LABORATORIO DE CIRCUITOS I GUÍA DE LA PRÁCTICA N° 4A ENCENDIDO DE LUZ MEDIANTE APLAUSO: USO DEL AMPLIFICADOR OPERACIONAL COMO COMPARADOR Y COMO AMPLIFICADOR 1. MARCO TEÓRICO RESUMIDO El objetivo de esta práctica será el de montar un circuito capaz de detectar el sonido de un aplauso y, partiendo de él, prender o apagar algún dispositivo. En este caso, para hacer más simple la práctica, simplemente apagaremos o encenderemos un led. Sin embargo, este mismo circuito podría usarse para encender y apagar otro tipo de dispositivos, haciéndole pequeñas modificaciones. Figura 1. Utilidad del circuito a montar en esta práctica. Funcionamiento general del circuito Lo primero que hay que tener en cuenta es que para detectar el sonido del aplauso, usaremos un micrófono electret, el cual es un tipo de micrófono sencillo y económico que será útil para el propósito de esta práctica. como se muestra en la figura 3. de tal manera que cuando el aplauso ocurre. donde el pico más alto en cierto punto indica el momento en el que ocurrió el aplauso. tendremos un voltaje que varía en el tiempo según el sonido. . sabiendo que el voltaje del micrófono crece cuando hay un sonido fuerte como el del aplauso y conociendo la utilidad del amplificador operacional como comparador. existen varios problemas con este circuito. Comparación de las señales. el voltaje supera el de comparación y obtenemos una salida en el comparador alta que podremos usar para encender el led. Figura 2. teniendo esta señal.Usando el micrófono. Sin embargo. algo como lo que se ve en la figura 2. Señal generada por el micrófono Ahora. los cuales analizaremos uno por unoa continuación. Señal que se usará para encender el led Señal de sonido Figura 3. podríamos pensar en comparar este voltaje del micrófono con un valor determinado. es decir. Observe el siguiente circuito: Figura 5. así como lo indica su nombre. como se ve en la figura 4. Amplificador operacional usado como amplificador de voltaje. Necesidad de amplificación: La señal que genera el micrófono es muy pequeña.a. Salida Entrada Figura 4. Por este motivo. de la siguiente manera: . al amplificador operacional está sirviendo para amplificar el voltaje que llega a la entrada no inversora (Vin). el cual. lo primero que debemos hacer es amplificar la señal. En este caso. entregando a la salida un voltaje más alto (Vout). Amplificador. Los niveles de voltaje son del orden de los milivoltios. multiplicarla por una ganancia para que los voltajes sean más grandes. puede ser usado para amplificar una señal cualquiera. Para realizar esta amplificación podemos utilizar un amplificador operacional. tal como se explica a continuación. para poder trabajar más cómodamente. Por ejemplo. Otra posible configuración para amplificar es la del amplificador inversor. . Amplificador operacional usado como amplificador inversor de voltaje. el amplificador tiene una ganancia de 3. si R1/R2= 2. Figura 6. entonces Vout= 3*Vin. es decir el voltaje a la salida será 3 veces el que haya a la entrada o. Y en este caso se obtiene una ganancia negativa de la siguiente forma: Entonces. para la primera parte del circuito podemos usar el siguiente esquema. lo que es lo mismo. para el cual se conecta el amplificador de la siguiente manera. donde el capacitor c1 es necesario para el correcto funcionamiento del micrófono y las resistencias R2 y R3 manejarán la ganancia del amplificador. simplemente es más grande. Circuito de micrófono con amplificador. y como lo que queremos es que el led se quede encendido después del aplauso y que sólo se apague si llega a suceder otro aplauso. El problema con esto es que. tendremos el siguiente circuito: Figura 8. dado que el aplauso dura un tiempo corto. Entonces. entonces necesitamos algún otro dispositivo electrónico que nos ayude a hacer esto. . la forma de la señal es la misma.Figura 7. Circuito con amplificador mas comparador. b. Conservar el estado de encendido Aún después de haberse amplificado. adicionando esto al comparador. El potenciómetro se está utilizando como divisor de voltaje para establecer el voltaje de comparación. Donde el primer amplificador operacional está amplificando y el segundo está comparando. el estado alto a la salida del amplificador operacional será momentáneo como se ve en la figura 8. la salida cambiará de estado ("toggle" en inglés) cada vez que la entrada de reloj tenga un flanco de subida. Es decir. una salida Q y una salida negada. Figura 11. Estado activo del amplificador operacional. es decir. En el flip-flop tenderemos dos salidas. cuyo funcionamiento se describe a continuación y su conexión se muestra en la figura 8. utilizaremos un Flip-flop tipo D (referencia 74ls74). En la configuración biestable. Además se tendrá una entrada T y una entrada de reloj C.Encendido Apagado Apagado Figura 9. lo usaremos conectado en una configuración conocida como toggle o biestable. que es capaz de retener un determinado estado. el cual es un dispositivo con memoria. Respuesta deseada en el circuito En este caso. lo que queremos es obtener lo que se ve en la figura 9. De esta manera tendremos lo siguiente: . Conexión del flip-flop como toggle. Figura 10. para lograr el efecto deseado. En este caso. pase de 0V a 5V. Cuando al terminal c (clock) del flip-flop llegue un segundo pulso de entrada proveniente del comparador (la parte del circuito que ya vimos). su salida pasara de 0 V a 5V. Figura 12. vemos que a la salida tendríamos un tren de pulsos en lugar de un solo pulso. el circuito quedaría como se ve en la figura 12. se apaga con otro). amplificador. . su salida pasara de 5V a 0V. Circuito con micrófono. La figura 13 muestra una señal de sonido típica de un aplauso donde se ve que no se genera un único pico alto de voltaje. resumiendo lo que llevamos hasta el momento. Entonces. pudiendo usarse para encender un led. Rebote de señal Por último analizaremos un problema que es típico de muchos circuitos y se conoce como rebote. haciendo que el circuito empezara a prender y apagar el led repetidamente en lugar de obtener lo deseado (se enciende con un aplauso. sino que son una serie de variaciones rápidas generadas con cada aplauso. Cuando al terminal c (clock) del flip-flop llegue un primer pulso de entrada proveniente del comparador (la parte del circuito que ya vimos). De esta forma tendremos el comportamiento que estábamos buscado en el que con un aplauso de enciende el led y con otro se apaga. Al comparar esta señal con un voltaje fijo usando el amplificador como comprador. veamos más de cerca una señal producida por un micrófono. Para ilustrar lo que es el rebote. comparador y flip-flop. apagando el led. c. Figura 13. Figura 14. conectado como se muestra en la figura 14. Para esto se puede usar el integrado LM555 en configuración monoestable. Anti rebote con 555 . Para evitar esto y obtener un solo pulso por cada señal sonora (cada aplauso) se puede utilizar lo que se conoce como un circuito antirrebote. Rebote de señal y salida del circuito antirebote. d. Circuito completo Para terminar. . Observe que para un correcto funcionamiento. el circuito antirrebote debe ponerse ANTES del circuito con el flip-flop que se mostró anteriormente. El trabajo previo al laboratorio consiste en llevar el circuito montado y en consultar todo aquello que considere necesario para llevar a cabo el montaje del circuito que se describe en esta guía. no es necesario realizar un preinforme como trabajo escrito. A la salida tendremos un único pulso por cada aplauso. Y asegúrese de entender lo que se pide en cada parte del circuito. Circuito completo Teniendo en cuenta todo lo anterior. el amplificador y el comparador (el flip-flop vendría después de esta parte.Donde la fuente V está representando la señal que nos ha generado la parte del circuito compuesta por el micrófono.) En este circuito. el circuito total de esta práctica quedará de la siguiente forma. Figura 15. 2. Tenga en cuenta los siguientes puntos: LEA DETENIDAMENTE LA GUÍA DEL LABORATORIO. a la salida del circuito conectaremos un Led de la salida hasta tierra. PREINFORME Para esta práctica. la entrada sería por el terminal llamado trigger (pin 2) y la salida seria el pin 3. por su puesto adicionándole una resistencia de 220 0 330 ohmios para manejar la corriente. pues en las dos horas que hay disponibles no habrá tiempo suficiente para todo. En los esquemas se muestra el circuito usando un amplificador operacional lm324. Si tiene dudas. Si decide usar este amplificador operacional. Por último recuerde que en el informe que se debe elaborar en el laboratorio se harán algunas preguntas sobre el comportamiento del circuito y de los dispositivos que lo conforman. . Consulte la hoja de datos de todos los dispositivos a usar en la práctica y llévela el día del laboratorio. También puede usarse otro amplificador operacional que usted tenga disponible. si será importante saber qué papel cumplen dentro de este circuito y como lo hacen. En ella está la información que se necesita para saber cómo se monta el dispositivo y será muy útil a la hora de revisar el circuito. Se recomienda llevar el circuito montado al laboratorio. se recomienda que la alimentación sea dual (positiva y negativa) por las características del circuito. Consulte detalladamente la hoja de datos. asegúrese de cuáles son los voltajes de alimentación que requiere. El montaje de este circuito puede resultar más largo que los realizados hasta el momento. recuerde que a diferencia del lm339 (que se usó en la práctica pasada) este amplificador se alimenta tanto con voltajes positivos (en este caso 5 V) como negativos (-5 V). Por este motivo se recomienda consultar sobre estos dispositivos. Aunque no es necesario conocer a fondo el funcionamiento del lm555 y del flip-flop. En esta práctica se trabajará con elementos que no se ha visto teóricamente aún. Si decide usar otra referencia. pues en el informe que se hará en el laboratorio pueden hacerse preguntas sobre ellos. por favor consúltelas con tiempo o diríjase a su profesor para asesoría.