MODULACIÓN PWM
I. INTRODUCCION
En la
presente práctica se va a realizar la modulación de una señal de audio, con la
utilización de los circuitos moduladores
usando el uA741 y el LM555. Los circuitos que emplean estos elementos
varían en tamaño pero se puede obtener una señal modulada en PWM con cualquiera
de los circuitos moduladores. En esta práctica se emplearan los dos circuitos
moduladores para producir la modulación.
II. OBJETIVOS
• Implementar un modulador por ancho de
pulso con uA741.
• Estudiar las características y circuitos básicos
de LM555.
• Implementar un modulador por ancho de
pulso con LM555.
• Medición y evaluación de un circuito
modulador por achos de pulso.
III. MARCO TEORICO
A. Modulación por ancho de pulso
La
modulación por acho de pulso o PWM es una técnica de modulación que convierte
una señal análoga en una señal digital para transmisión.
La PWM convierte
una señal de audio en una secuencia de pulsos con una constante de frecuencia y
amplitud, donde el ancho de cada pulso es proporcional a la amplitud de la
señal de audio.
Fig. 1 Relación entre las señales de
audio y PWM.
El ciclo de
trabajo describe la cantidad de tiempo que la señal está en un estado lógico
alto, como un porcentaje del tiempo total que esté toma para completar un ciclo
completo. La frecuencia determina que tan rápido se completa un ciclo.[1]
Señales de PWM son utilizadas comúnmente en el control de aplicaciones.
Su uso principal es el control de motores de corriente continua, aunque también
pueden ser utilizadas para controlar válvulas,
bombas, sistemas
hidráulicos, y algunos otros dispositivos mecánicos. La frecuencia a la cual la
señal de PWM se generará, dependerá de la aplicación y del tiempo de respuesta
del sistema que está siendo controlado. A continuación, se muestran algunas
aplicaciones y sus respectivas frecuencias:
• Calentar elementos o sistemas con tiempos
de respuesta lentos: 10-100 Hz o superior.
• Motores eléctricos de corriente continua:
5-10 kHz o superior.
• Fuentes de poder o amplificadores de
audio: 20-200 kHz o superior.
Fig. 2
Señal cuadrada o rectangular
B. Amplificador
uA741
El
circuito que emplea el amplificador uA741 es un generador cuadrado cuya salida
de ancho de pulso depende de los valores de R2, C2 y Vin(+).
Fig. 3 Modulador de ancho de pulso
basado en uA741.
El
amplificador operacional actúa como un comparador de voltaje, la referencia de
voltaje d entrada Vin(+) es
determinada por la resistencia R1 y VR1. Combinado con R2 y C2 se provee una
ruta para la carga y descarga. Si no se aplica una señal de audio el voltaje de
referencia DC de la entrada de Vin(+) puede ser cambiada ajustando VR1. Si el nivel de DC de Vin(+) es
fija y se aplica una señal de audio a la entrada de audio la señal de audio se
añade al nivel de DC fijo y la
referencia del voltaje seria cambiada con el cambio de amplitud de audio. El
resultado de la señal PWM presente en la salida del comparador.
C. LM555
Es un
circuito integrado de bajo costo y gran fiabilidad capaz de producir pulsos.[2]
Fig. 4
LM555
Si no se
aplica una señal de al control de voltaje la referencia de voltaje del comparador alto o bajo será de 2Vcc/3 y Vcc/3,
respectivamente. Estos voltajes pueden ser aplicados externamente al control de
voltaje.
Fig. 6
Formas de onda del multivibrador estable
En un
multivibrador estable con LM555 la salida es una formad e onda cuadrada y la
frecuencia es determinada por los valores de R1, R2 y C1. De acuerdo
a la fórmula de contante de tiempo, el tiempo de carga t1=0.693x(R1+R2)xC1 y la descarga en un tiempo t2=0.693xR2xC1,
y el periodo es T=t1+t2=0.693x(R1+2xR2)xC1.
Un circuito
multivibrador monoestable implementando un LM555. Cuando el nivel trigger
cambia de alto (+12V) a bajo (0V), un pulso ocurrirá a la salida del terminal y
el ancho de pulso T es determinado por R1xC1
y aproximadamente 1.1xR1xC1.
Conectando una
señal de audio al control de voltaje, la señal PWM aparecerá en la salida.
Fig. 8 Modulador de ancho de pulso
Un circuito
modulador de ancho de pulso usando dos LM555, donde U1 y U2 realizan un
multivibrador estable y monoestable respectivamente. Al combinar estas dos
secciones se forma un modulador de ancho de pulso completo. La señal de audio
es conectada a la entrada del control de voltaje de U2
y la señal PWm aparece en la salida.
IV. DESARROLLO
MODULADOR DE
ANCHO DE PULSO USANDO
uA741
1. Localizar
el circuito modulador
PWM LM741
en el módulo KL94002.
2.
Ajustar
VR1, obtener 0V de voltaje a la entrada de Vin(+), y conectar el plug en J1.
3.
Conectar
una entrada de audio de onda sinusoidal a 4Vp-p, 500Hz.
4.
Usar
el osciloscopio, observar la forma de onda de entrada y salida y registrarlo en
la tabla 11-1.
5.
Remover
la conexión del plug de J1 y la señal de entrada de audio, obtener un voltaje
de 6V en Vin(+).
6.
Conectar
el plug y la señal de entrada de audio.
7.
Usando
el osciloscopio, observar la entrada y salida de audio y registrarlo en la tabla 11-1.
8.
Remover
el conector plug de J1 y la señal de audio. Ajustar VR1 y obtener -6V en la
entrada del terminal Vin(+).
9.
Reconectar
el plug y la señal de entrada de audio.
10.
Usando
el osciloscopio, observe la formad e onda de la entrada y salida y regístrelo
en la tabla.
11.
Remover
la conexión del plug y la señal de audio. Ajustar VR1 y obtener 0V en la
entrada del terminal y volver a conectar el plug en J1.
12.
Cambiar
la amplitud de audio a 10Vp-p. Repetir los pasos 4 a 10 y registre los
resultados en la tabla 11-2.
MODULADOR DE
ANCHO DE PULSO
USANDO LM555.
1.
Localizar
el circuito modulador PWM en el módulo KL-94002.
2.
Conectar
una señal de audio cuadrada de 5Vp-p y 1 KHz.
3.
Usando
el osciloscopio observe el punto de prueba T1 y la forma de onda de salida y
ajustar VR1, obtener una onda rectangular en T1.
4.
Eligiendo
el modo de acoplamiento del osciloscopio a la posición DC. Observe y registre
la forma de onda a la salida en la tabla 11-3.
5.
Cambiar
la señal de entrada a una señal triangular y repetir el paso 4.
6.
Cambiar
la amplitud de entrada a 3Vp-p y repetir
los pasos desde el 4 al 6 y registrar los resultados en la tabla 11-4.
V. RESULTADOS
MODULADOR DE ANCHO DE PULSO USANDO uA741
VI. PREGUNTAS
¿Cuál es la función de VR1 en las figuras 11-2 y 11-7?
En la
figura 11-2 el VR1 funciona como un
potenciómetro que aumenta o
disminuye el voltaje en la entrada no inversora del amplificador operacional
lm741 utilizado.
En la
figura 11-7 su función es de aumentar el nivel de voltaje para el pin trigger o
de disparo
great job
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