Semáforo

Rítmico

Índice

IntroducciónFuncionamientoAnálisis de resultadosConclusiónAnexos

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Introducción.

El semáforo rítmico a construir es un circuito que es alimentado por una batería de 9V y que al recibir en la entrada una frecuencia, ya sea alta o baja, encenderá diferentes luces, según sea el caso. Si en la entrada se conecta una señal de audio, las luces se encenderán según la señal, siguiendo el ritmo de la música.

Funcionamiento:

El semáforo consta de 6 partes: 1. Entrada: Alimenta a dos circuitos en paralelo. Filtra de modo muy grueso la

señal. Elimina la parte continua de la señal, y frecuencias muy bajas.2. Filtro activo Pasa bajos: Se puede distinguir, pues el condensador está conectado

en paralelo. Su función es filtrar las señales de alta frecuencia, dejando pasar las de baja frecuencia, las que son amplificadas a la salida.

3. Filtro activo Pasa altos: Se distingue, pues se conecta una resistencia en paralelo. Filtra las señales que tienen frecuencia alta, sólo deja pasar las altas, las que posteriormente son amplificadas a la salida .

4. Amplificadores Comparadores: El elemento fundamental es el potenciómetro, quién regula el voltaje. Así si es una señal con frecuencia alta se encenderá la luz roja, por el contrario si es una señal de baja frecuencia, se encenderá la luz amarilla.1

5. Leds Indicadores: Cuando la frecuencia es alta, la led roja funciona como un cortocircuito y la led amarilla como circuito abierto. Cuando la frecuencia es baja, la led roja se comporta como un circuito abierto y la led amarilla como cortocircuito.

6. Regulador del voltaje: Filtra y regula el voltaje a la salida del circuito.

Los elementos más importantes en el circuito son: Potenciómetros, los que son resistencias variables que al estar conectados en

serie regulan la diferencia de potencial, el que permite controlar el encendido de las leds.

Capacitores: Según como estén conectados: en serie o en paralelo corresponderá a un filtro pasa altos o pasa bajos.

Análisis de resultados1 Ver anexo 3: Imagen semáforo rítmico.

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Una vez terminadas las conexiones pertinentes entre las componentes que forman el semáforo rítmico, se procede a probar el circuito. Para ello se hizo uso de los dispositivos disponibles en el laboratorio, tales como: Fuente de poder, generador de funciones y osciloscopio2. Se entrega una alimentación al circuito de 9V y con el generador de funciones se varía la frecuencia de entrada. El circuito enciende la luz roja cuando la señal de entrada tiene una frecuencia alta y enciende la luz amarilla cuando la señal de entrada tiene una frecuencia baja. El comportamiento de la señal de salida en las diferentes partes que forman el circuito (entrada, filtro activo pasa bajos, filtro activo pasa altos, amplificadores comparadores, leds y regulador de voltaje), se puede observar en el osciloscopio.Así, podemos ver que la señal a la entrada del circuito 3 es sinusoidal, además al tener un filtro pasa altos, regula la señal y elimina la componente continua de la señal. En la imagen se distingue una ganancia, pues el voltaje de salida es mayor al de entrada.Luego para comprobar el funcionamiento del filtro pasa bajos, con el generador de funciones colocamos una frecuencia alta y medimos la señal a la salida del amplificador4. Tal como debiese ser la señal es atenuada, pues un filtro pasa bajos, sólo amplifica la señal de baja frecuencia, y filtra las de alta.Ahora si se observa la señal a la salida del filtro pasa altos con una frecuencia baja5, se comprueba que efectivamente éste filtra las señales de frecuencia baja y sólo amplifica las de alta frecuencia. También interesa observar la señal a la salida del amplificador comparador. Si observamos la resultante del amplificador comparador para frecuencia alta6, este deje pasar sólo la señal que tenga una frecuencia alta, pues actúa como un corto circuito, permitiendo que la luz roja se encienda, en cambio no dejará pasar frecuencias bajas, pues actúa como un circuito abierto y por ende la luz amarilla permanece apagada. Se observa que la señal fluctúa entre dos valores límites, pasando por el cero, dado que Cuando la tensión sinusoidal Vi toma valores positivos, el amplificador operacional se satura a negativo; esto significa que como la tensión es mayor en la entrada V- que en la entrada V+, el amplificador entrega a su salida una tensión negativa de -15 V. Ello también explica la saturación que se puede distinguir en el gráfico de la señal a la salida del amplificador.Finalmente se comprueba el perfecto funcionamiento del semáforo rítmico, el que responde a las diferentes frecuencias de la señal de entrada.

Conclusión

2 Ver anexo 4, 5 y 6: Imágenes de la fuente de poder, generador de funciones y osciloscopio usados en laboratorio.3 Anexo 8: Imagen de la señal a la entrada del circuito4 Anexo 11: Imagen de la señal a la salida de filtro activo pasa bajos con una frecuencia alta.5 Anexo 14: Señal a la salida de filtro activo pasa altos con una frecuencia baja.6 Anexo 20: Imagen de la señal a la salida de amplificador comparador pasa alto.

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Con esta experiencia práctica aprendimos tópicos interesantes, desde los más básicos a los más complejos. Tales como aprender a leer el código de colores de las resistencias, el código de los capacitores, entender el funcionamiento de una protoboard, identificar un filtro activo pasa bajos y pasa bajos, basándonos si el capacitor estaba conectado en paralelo o en serie con una resistencia en paralelo.De gran utilidad fue el uso del osciloscopio, pues nos permitió comprobar que lo visto físicamente en el semáforo rítmico (luces que prenden a diferentes frecuencias) se explica en el comportamiento de la señal a la salida de cada parte del circuito. Era fácil asociar que cuando se tenía una alta frecuencia se encendía la luz roja, pues para ello observábamos el osciloscopio que nos entregaba todos los datos necesarios, así mismo sucedió para frecuencias bajas y la luz color amarillo. Además de las imágenes entregadas por el osciloscopio aprendimos a identificar que es una saturación y una ganancia.Conocimos un potenciómetro, elemento con el cual nunca habíamos trabajado, y a la vez aprendimos a regularlo, para controlar la diferencia de potencial en el circuito.Además se llevó a la práctica todo lo aprendido durante el semestre, pues se hizo posible crear conexiones, simular en microcap, e identificar todos los elementos y partes de un circuito.

Anexos:

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Anexo1: Componentes del circuito

Anexo 2: Proceso de armado del circuito

Anexo 3: Semáforo rítmico

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Anexo 4: Fuente de poder

Anexo 5: Generador de funciones

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Anexo 6: Osciloscopio

Anexo 7: Circuito de entrada en Microcap

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Anexo 8: Imagen de la señal a la entrada del circuito

Anexo 9: Simulación Microcap de la señal a la entrada del circuito:

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Anexo 10: Circuito en Microcap de entrada y filtro activo pasa bajos

Anexo 11: Imagen de la señal a la salida de filtro activo pasa bajos con una frecuencia alta.

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Anexo 12: Simulación Microcap de la señal que pasa por la entrada y el filtro pasa bajos

Anexo 13: Circuito en Microcap de entrada y filtro activa pasa altos

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Anexo 14: Señal a la salida de filtro activo pasa altos con una frecuencia baja.

Anexo 15: Simulación Microcap de la señal que pasa por la entrada y el filtro pasa altos.

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Anexo 16: Circuito en Microcap filtro activo pasa bajos y amplificador comparador

Anexo 17: Imagen de la señal a la salida de amplificador comparador pasa bajos.

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Anexo 18: Simulación Microcap de la señal que pasa por filtro activo pasa bajos y amplificador comparador

Anexo 19: Circuito en Microcap filtro activo pasa altos y amplificador comparador

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Anexo 20: Imagen de la señal a la salida de amplificador comparador pasa alto

Anexo 21: Simulación Microcap de la señal que pasa por filtro activo pasa alto y amplificador comparador

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