MEMORIA – LABORATORIO 1 TRABAJO DE SEÑAL CON PWM

INSTRUMENTACION ELECTRÓNICA

MEMORIA – LABORATORIO 1

TRABAJO DE SEÑAL CON PWM

Autores:
Sergio Andrés Hernández Duarte.

dte_shernandez162@pedagogica.edu.co

Carlos Arturo Moreno Susatama

dte_cmoreno639@pedagogica.edu.co

        RESUMEN: El siguiente documento tiene el propósito de presentar un trabajo escrito sobre PWM a través del uso de arduino y programación en Simulink.

PALABRAS CLAVE

PWM, arduino, simulink, Amplificador Operacional.

INTRODUCCIÓN

En el PWM (Modulación de ancho de pulso), se produce un pulso rectangular con un ciclo de trabajo determinado  este ciclo de trabajo puede variar de 0 a 100%.

Donde

V(promedio)=[pic 2]

[pic 3]

Para generar un PWM a través de arduino y programación en simulink con un ancho de pulso de 8 bits, se hace se hace la conversión de una señal analógica a nivel digital, a partir de un circuito compuesto con Amplificadores Operacionales, condensadores y resistencias.

OBJETIVOS:

 GENERAL:

1. Implementar el circuito.  

ESPECIFICOS  

1. excitar el circuito con una señal sinusoidal y verificar la acción amplificadora del operacional.
2. calcular la ganancia del circuito con operacional y verificarla en simulación y el circuito práctico.
3. Hacer un análisis en frecuencia del filtro RC.
4. Hacer una justificación del porqué del divisor de voltaje y el condensador de acople.

EQUIPOS, ELEMENTOS E INSTRUMENTOS DE MEDIDA:

• Circuito integrado LM358.
• 3 resistencias de [pic 4]
• 1 resistencias de .[pic 5]
• 1 resistencias de .[pic 6]
• 1 resistencias de .[pic 7]

Todas las resistencias de 0.25 vatios o 0.5 vatios.

• 1 condensador electrolíticos de  a 16 voltios.[pic 8]
• 1 condensadores electrolítico de  a 16 voltios.[pic 9]

DESARROLLO DE CONTENIDOS

[pic 10]

Figura 1: Circuito

1). Análisis en frecuencia del circuito:

Respuesta en frecuencia de la primera etapa:

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

Se hace el diagrama de bode de la etapa numero 1

[pic 14]

El resultado es un filtro pasa bajas cuya frecuencia de corte es cercana a los -3dB.

Ya que las frecuencias que vamos a manejar se encentran dentro del rango de operación del filtro lo que hacemos es remover todos los armónicos de la señal que no necesitamos (altas frecuencias).

Al hacer nuestra simulación en proteus se verifica esta información.

[pic 15] 

[pic 16]

Esta etapa garantiza que la señal no va a ser expuesta a cargas adicionales debido a que puede producir perdidas a la hora de trabajar con la señal,  esto garantiza que la impedancia será alta y entregaremos una señal limpia a la otra etapa.

• Seguido a la etapa uno, nos encontramos con un condensador de 68 cuya función es:[pic 17]

• El condensador de acople controla la impedancia de entrada, Divide las etapas de manera que pueda mantener la función de transferencia del filtro pasa bajas. si estuviera en corriente directa estaría desconectado. Por lo que el condensador de acople limpia todas las señales  DC, esto hace que el amplificador operación se polarice como un seguidor de voltaje.

Respuesta en frecuencia de la segunda etapa:

[pic 18]

[pic 19]

Donde tenemos:

[pic 20]

Donde

[pic 21]

• La etapa 2 se vuelve un seguidor en corriente directa en la salida tendría 2.5 voltios.
• Se sube la señal a 2.5 voltios para poder amplificarla 2.5 hacia arriba y 2.5 hacia abajo.

Se verifica la simulación en proteus  y luego se implementa a través del uso de arduino y MATLAB

[pic 22]

1. Se Ejecuta el archivo llamado “OP_Amp_Arduino_Mega.slx” el cual permite excitar el circuito con una señal sinusoidal y verificar la acción amplificadora del operacional.

[pic 23]

[pic 24]

[pic 25]

Consideramos:

• Frecuencia=Está a 490 Hz (Señal generada por simulink).
• Señal Amarilla Esta modulando el PWM.
• En entrada tenemos el PWM.
• Cada 10 ms cambia el ancho de pulso de la señal debido al tiempo real de ejecución del PC.

• EL periodo más pequeño de muestreo que podría tener es 1/490Hz= 2mSeg.

• Los armónicos deben ser múltiplos enteros de la señal fundamental. Espectro de Fourier de la señal.

• El ancho de la señal Sin x/x depende del ciclo útil.
• Depende del ancho de pulso, las magnitudes de los espectros de Fourier, 0.72 HZ(ES la amplitud del sistema).

CONCLUSIONES

• El ancho de banda es proporcional a la amplitud de la señal.
• Como el sistema entrega una señal de pulsos, está modulando una sinusoide que pasa los pulsos a un nivel análogo y entrega la señal seno; para ello usa un filtro pasa bajas antes de la primera etapa, que es un amplificador configurado en modo seguidor. El seguidor permite trabajar la señal sin aplicar ninguna carga y permite trabajar sin ninguna alteración en su amplitud y se entrega a la segunda etapa. Después de la primera etapa se ve un capacitor de acople que filtra la señal dc que  acompaña la señal análoga, esto permite polarizar el amplificador de la segunda etapa en modo amplificador y subir offset de la señal a 2.5
• Este ejercicio permite trabajar varios tipos de señal tratarla de manera digital para tarjetas que trabajan con rangos específicos de trabajo en este caso la arduino trabaja con voltajes TTL y sus conversiones esta en 8 o 10 bits en sus tasas de transferencia  por tanto requiere tratar las señales para este tipo de trabajo y un tipo específico de frecuencia.
• Para lecturas análogas el sistema digital requiere una conversión con una tasa específica para la trasferencia de datos a mayor cantidad de bits de trabajo puede tener lecturas mejores pero ocupa mucha capacidad de procesamiento en la maquina por tanto para tener mejores lecturas y trabajos requiere uno tener cálculos específicos para los requerimientos finitos de manipulación de señales.

BIBLIOGRAFIA

• INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA por Miguel A. Pérez García. Editorial THOMSON.

•  SENSORES Y ACONDICIONADORES DE SEÑAL. R. Pallas Areny. Editorial MARCOMBO

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