DIBUJO ELECTRONICO I Canales Licla Russel S. Wilder Román Munive Munive
IIEE – 1
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El presente informe esta trabajado con la intención de ayudar a cada uno de nosotros a aprender más sobre los componentes electrónicos en este caso me centrare en tratar de brindar la información necesaria a cerca del del comparador LM311 el cual cumple un rol muy importante dentro de la electrónica permitiéndonos permitiéndonos como su nombre nombre dice hacer comparaciones pero de onda de voltaje. El comparador LM311 es parte de la familia de comparadores LM las cuales son fabricadas por la compañía National Semiconductors. El LM311 es uno de los primeros comparadores de tensión que se comercializaron por lo cual se podría decir que es uno de los comparadores más conocidos y es sobre la cual tratare.
ALCANCES El LM311 es un comparador de voltaje cuyas corrientes de entrada son cientos de ve ces menores que las que manejan dispositivos tales como el LM306 o el LM710C. Su diseño le permite funcionar con una amplia gama de voltajes de alimentación Estos chips (generalmente con 8 patas) tienen una e ntrada para Vref, otra para Vin, una de salida Vout, una para el voltaje de alimentación (Vcc) y otra de Tierra.
Primeramente definiremos que es un comparador: Un comparador es un circuito analógico que monitorea dos entradas de voltaje. Uno es llamado voltaje de referencia (Vref) y el otro voltaje de entrada (Vin). Cuando Vin se incrementa por encima o se reduce por debajo de Vref, la salida (Vout) del comparador cambia de estado entre bajo y alto. Algunos circuitos integrados (como el IC-339, IC-311 etc.) se han diseñado específicamente como comparadores otros como el IC-741 aunque son e n realidad amplificadores operacionales pueden ser usados como comparadores. Estos chips (generalmente con 8 patas) tienen una entrada para Vref, otra para Vin, una de salida Vout, una para el voltaje de alimentación (Vcc) y otra de Tierra.
El esquema que sigue es un diagrama de c omo conectar un circuito integrado del tipo IC -741 como comparador. Como puede observarse el voltaje de alimentación se conecta a la pata número 7 y la 4 a tierra. Las patas 2 y 3 son las patas de entrada de los voltajes a comparar, y el voltaje de salida se obtiene por la pata 6. En este caso cuando Vin exceda a Vref la salida pasa de alto voltaje (casi Vcc) a bajo voltaje (pequeño remanente de voltaje), no exactamente o voltios. Por tal motivo se habla de los estados alto y bajo.
A continuación un esquema de un circuito práctico de un comparador de voltaje que se utiliza para apagar y encender un Led indicador. indicador. Construyendo este simple circuito se puede aprender lo básico de un comparador. R1 y R2 funcionan como divisores de voltaje los que suministran un rango de voltaje a ambas entradas del IC-741 (Vref y Vin). El transistor Q1 establece corriente al Le d cuando la salida del IC-741 pasa a alta. Si asumimos que R1 está calibrado al centro entonces dará 4.5v como Vref, luego moviendo R2 (Vin) podemos apagar y encender el Le d de acuerdo a que sea mayor o menos que Vref.
Un comparador es un circuito electrónico, ya sea analógico o digital, capaz de comparar dos señales de entrada y variar la salida e n función de cuál es mayor.
En un circuito electrónico, se llama comparador a un amplificador operacional en lazo abierto (sin realimentación entre su salida y su entrada) y suele usarse para comparar una tensión variable con otra tensión fija que se utiliza como referencia. Como todo amplificador operacional, un comparador estará alimentado por dos fuentes de corriente contínua (+Vcc, -Vcc). El comparador hace que, si la tensión de entrada en el borne positivo (en el dibujo, V1) es mayor que la tensión conectada al borne negativo (en el dibujo, V2), la salida (Vout en el dibujo) será igual a +Vcc. En caso contrario, la salida tendrá una tensión -Vcc. Lo podemos resumir de la siguiente manera: si V1 > V2 => (V1-V2)>0 => Vout = +Vcc. si V1 < V2 => (V1-V2)<0 => Vout = -Vcc. (suponiendo que V2 es la tension de referencia) Los comparadores monolíticos tienen una estructura similar a los OAs, excepto que utiliza unas técnicas circuitales especiales que mejoran la velocidad y facilitan la interfase de salida para hacerlo compatible con otros circuitos.Un parámetro importante de un comparador es su respuesta temporal definida como el tiempo necesario en alcanzar el 50% del nivel de salida cuando se aplica un escalón a la entrada. Los comparadores típicos tienen tiempos que varían entre 50 y 200ns. Sin embargo, los convertidores A/D, como por ejemplo los convertidores flash, precisan de comparadores de muy alta velocidad con tiempos de respuesta del orden de 10ns. Tales circuitos se pueden lograr usando configuraciones basadas en las familias lógicas ECL y Schottky TTL. Ejemplos de este tipo de comparadores son el LM361 (14ns) de National Semiconductor, ME521 (12ns max) de Signetics, el LT1016 (10ns) de Linear Technology y el Am-685 (6.5ns) de Avanced Micro-Devices Por último, ciertos comparadores monolíticos tienen incorporados líneas de strobing a la entrada para habilitar/deshabilitar el dispositivo y biestables a la salida para retener el resultado de la última comparación. Estas aplicaciones son muy útiles en determinados convertidores A/D y en interfases con microcomputadores
LM111, LM211 y LM311 forman una familia de comparadores de voltaje.
Ilustración de un encapsulado DIP8 del DIP8 del comparador LM311
Están diseñados para operar en un amplio rango de tensiones de alimentación: desde los 15+15v de amplificadores operacionales hasta los 5v utilizados en circuitos lógicos. Sus salidas son compatibles con RTL, DTL, TTL y la mayoría de los circuitos lógicos de tecnología MOS. Tanto la salida como la entrada de estos comparadores puede ser asilada de la tierra del sistema, y la salida puede manejar cargas referidas a tierra o fuente (tanto positiva como negativa). Incorporan el balance de offset y el pin strobe off. Admiten conexión directa de salidas de varios integrados del tipo OR.
Distribución de los pines del comparador
Temperatura de operación LM111 -25°C a +85°C +85°C LM211 -55°C a +125°C +125°C LM311 0°C a +70°C
Fabricado por National Semiconductors
La serie 311 de National Semiconductor es una de las familias más populares en comparadores integrados. Puede operar con tensiones duales de ±15 V o con tensión simple de +5 V y la salida es en colector abierto (open-colector) con tensiones de alimentación independientes para seleccionar los niveles de tensión de salida. Posee además un circuito de protección que limitan la intensidad máxima de salida a 50mA. Las correcciones de offset se puede realizar mediante un potenciómetro variable conectado a las entradas 5 y 6, similar a la técnica utilizada en amplificadores operacionales.
La formas más sencillas de utilizar este comparador se muestran en la figura 9.4.a y 9.4.b. En la figura 9.4.a, el transistor de salida tiene conectado una resistencia RL y dos tensiones de polarización independientes. Los niveles de tensión de salida son
La configuración seguidor de emisor de la figura 9.4.b resulta muy útil cuando se precisa de interfases a masa tal como sucede en los SRC. Los niveles de tensión de salida son
La gráfica de la figura 9.5 indica la VTC de las configuraciones de las figuras 9.4.a y 9.4.b proporcionadas por el fabricante. El seguidor de emisor presenta una polaridad contraria a la de resistencia de colector y su rango de tensiones de entrada en modo diferencial es mucho mayor. Este comparador tiene versiones de baja potencia inferiores inferiores a 500µ W: (LP311), duales (LH2311) y con entrada JFET (LF311)
Estudiemos el siguiente circuito:
En este circuito, se alimenta el amplificador operacional con dos tensiones +Vcc = 15V y Vcc = -15 V. Se conecta la patilla V+ del amplificador a masa (tierra) para que sirva como tensión de referencia, en este caso 0 V. A la entrada V- del amplificador se conecta una fuente de tensión (Vi) variable en el tiempo, en este caso es una tensión sinusoidal. Hay que hacer notar que la tensión de referencia no tiene por qué estar en la entrada V+, también puede conectarse a la patilla V-, en este caso, se conectaría la tensión que queremos comparar con respecto a la tensión de referencia, a la entrada V+ del amplificador operacional.
A la salida (Vo) del amplificador operacional puede haber únicamente dos niveles de tensión que son en este caso 15 o -15 V (considerando el AO como ideal, si fuese real las tensiones de salida serían algo menores).
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.
El LM311 es un comparador de voltaje cuyas corrientes de entrada son cientos de veces menores que las que manejan dispositivos tales como el LM306 o el LM710C. Su diseño le permite funcionar con una amplia gama de voltajes de alimentación: desde las fuentes para el amplificador operacional estándar de ±15 V, hasta fuente de 5V que se emplea en circuitos lógicos. Su salida es compatible con circuitos RTL, DTL, TTL y MOS. Además, es capaz de activar focos, relevadores, voltajes de conmutación de hasta 40V, con una intensidad de corriente de hasta 50Ma.
Ganancia de tensión: 200 V/mV Tiempo de respuesta: 200 nseg. Máxima tensión de entrada diferencial: ± 30V Margen de tensión de entrada en modo común: - 14.5 V a 13 V (para alimentación de ± 15V) Tensión Offset máximo: 7,5 mV Corriente de entrada máxima: 250 nA Corriente Offset(desvio) máxima: 50 nA Tensión de alimentación: duales ± 15 V o simple + 5V Potencia consumida: 135 mW (para alimentación de ± 15V) Funciona con una entrada única de 5V Corriente máxima de entrada: 250nA Consumo de potencia: 135Mw a ±15V
Es posible aislar de la tierra del sistema tanto la entrada como la salida del LM311; la salida puede alimentar cargas referidas a tierra, alimentación positiva o alimentación negativa. Cuenta con capacidad para anulación de desvió y para habilitación; sus salidas se pueden conectar en OR. No obstante que es mas lento que el LM306y el LM710C (tiempo de respuesta de 200ns, en comparación con 40 ns). Este dispositivoes menos propenso a oscilaciones parasitas. El LM311 tiene la misma configuración de terminales que el LM306 y LM710C. Si necesita orientación en cuanto a aplicaciones, véase la parte “sugerencias para aplicaciones” del LM311
APLICACIONES DEL COMPARADOR LM311
Generador de onda cuadrada de 100kHz
Carga conectada a tierra
Carga de relé
….
El zéner D1 protege al LM111 en la Conmutación de la bobina bobina del relé
Interfaz lógica de 30V – 30V – TTL TTL
Comparador de tensión de uso general LM311 El LM311 es uno de los primeros comparadores de tensión que se comercializaron. Entre sus principales características encontramos que se puede alimentar con fuente doble ±15 o simple de +5 V. Además posee una salida a colector abierto lo que permite seleccionar los niveles de la tensión de salida. En el circuito interno simplificado podemos observar la etapa de entrada consistente en dos seguidores de tensión Q1 y Q2 que se acoplan a una etapa diferencial Q3-Q4. Cuya salida en forma diferencial se acopla a una nueva etapa también diferencial constituida por Q5-Q6. Y luego acoplada a Q7 (seguidor) y a Q8 (etapa en base común) que provee una corriente para excitar el transistor de salida Q0. En tanto que Q9 es la protección contra sobre corriente de Q0. La razón de utilizar la etapa seguidora PNP de entrada Q1 y Q2 es que de esta forma permite al circuito llegar a tensiones de entrada por debajo de VEE y además soportar altas tensiones diferenciales. Cuando Q0 conduce puede absorber hasta 50 mA y cuando esta cortado tiene una corriente de fuga típica de 0,2 nA. Observar en el diagrama que tengo acceso a los terminales 1 GND (emisor de Q0) y 7 OUTPUT (colector de Q0) lo cual nos permite elegir los niveles de tensión que desee para la salida. Además el terminal 1 GND no necesariamente debe conectarse a masa, puede tener una tensión negativa (que puede o no ser VEE), de acuerdo a mis necesidades, para excitar la etapa siguiente
SIMBOLOGIA DEL COMPARADOR Comparador, símbolo general El asterisco debe ser reemplazado por el símbolo literal apropiado para la magnitud o los operandos cuyos valores van a compararse. Puede omitirse este símbolo literal si no se produce con ello ninguna confusión.
Circuito interno simplificado del LM311:
Del presente trabajo he llegado a concluir lo siguiente: si bien es cierto existen muchos componentes electrónicos los cuales cumplen roles importantes dentro de la electrónica cada uno aportando lo suyo para hacer poder funcionar un determinado circuito, bueno en este caso mi conclusión seria que el LM311 LM311 es pues un comparador de voltaje, voltaje, y tiene la forma de un chip que por lo generan posee 8 patas, como anteriormente mencione estos comparadores fueron los primeros en fabricarse y es a ello su importancia y popularidad .
El LM311 destaca de entre los demás comparadores porque su diseño le permite funcionar con una amplia gama de voltajes, además es capaz de activar focos, relevadores, voltajes de conmutación de hasta 40V y Posee además un circuito de protección que limitan la intensidad máxima de salida a 50mA.
BIBLIOGRAFIA Y WEBGRAFIA
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http://tecnoface.com/component/content/article/27-integrados/43-comparadoreslm111-lm211-lm311
http://www.sigmaelectronica.net/comparadores-voltaje-c-115_97_172.html
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http://www.comolohago.cl/2009/02/07/como-hacer-un-comparador-de-voltaje/ http://www.electronicafacil.net/tutoriales/COMPARADOR-TENSION.php
http://www.fceia.unr.edu.ar/eca2/Files/Apuntes/COMPARADORES%20%20_v-2011_.pdf
http://books.google.com.pe/books?id=JdTIqo3EkIC&pg=PA487&lpg=PA487&dq=lm311&source=bl&ots= TIqo3EkIC&pg=PA487&lpg=PA487&dq =lm311&source=bl&ots=sCgiVCfycu&sig=_skepCi7R sCgiVCfycu&sig=_skepCi7R 489_l_P_iMGujFSpWM&hl=es419&sa=X&ei=E4uAULqgJoam9gTGjoC4BQ&ved=0CDAQ6AEwAzgU#v=onepage&q=lm311 &f=false http://www.cps.unizar.es/~te/Docencia_archivos/eaa_archivos/t7_otros.pdf
