Problema 3 · Electrónica UB 2017

Dibuixeu el diagrama de blocs de l'etapa i l'esquema del circuit de generació d'alarma.

Solución: a. Diagrama de blocs del condicionador: Sensor $\rightarrow$ Amplificador no inversor (guany $A_v = 75$) $\rightarrow$ Restador (resta de tensió de referència fixa de $7{,}5\text{ V}$) $\rightarrow$ Sortida $V_{\text{out}} \in [0, 15]\text{ V}$. b. Esquema del circuit d'alarma: Entrades $V_1, V_2$ dels dos condicionadors $\rightarrow$ Sumador inversor ($V_{\text{sum}} = -(V_1 + V_2)$) $\rightarrow$ Comparador de tensió connectant $V_{\text{sum}}$ al terminal inversor ($-$) i referència fixa de $-15\text{ V}$ al terminal no inversor ($+$), alimentat entre $0\text{ V}$ i $5\text{ V}$.

a. Per a cada sensor individual, dissenyeu una etapa amb amplificadors operacionals que transformi el rang d'altures d'interès d'entre 15 m i 25 m en una tensió de sortida proporcional d'entre 0 V i 15 V. Dibuixeu el diagrama de blocs de l'etapa.

Solución: Guany $A_v = 75$ i resta d'una referència de $7{,}5\text{ V}$. - Per a $h = 15\text{ m} \Rightarrow V_s = 0{,}1\text{ V}$ - Per a $h = 25\text{ m} \Rightarrow V_s = 0{,}3\text{ V}$ $$A_v = \frac{15\text{ V} - 0\text{ V}}{0{,}3\text{ V} - 0{,}1\text{ V}} = \frac{15}{0{,}2} = 75$$ Etapa 1 (Amplificador no inversor): guany $1 + \frac{R_1}{R} = 75$. Si $R = 1\text{ k}\Omega$, $R_1 = 74\text{ k}\Omega$. Etapa 2 (Restador amb resistències iguals $R$): connectat per realitzar $V_{\text{out}} = V_{\text{amp}} - 7{,}5\text{ V}$.

b. Per activar l'alarma, dissenyeu un circuit que generi 5 V quan la suma de les sortides dels condicionadors anteriors superi els 15 V, i 0 V quan aquesta suma sigui inferior a 15 V.

Solución: Circuit format per un sumador inversor amb tres resistències iguals $R$ seguit d'un comparador de tensió en bucle obert amb tensió de referència a $-15\text{ V}$.

c. Indiqueu i justifiqueu les tensions d'alimentació (Vcc+ i Vcc-) seleccionades per a tots els amplificadors operacionals utilitzats.

Solución: - Primer amplificador: $V_{cc+} \ge 25\text{ V}$ (ex. $+30\text{ V}$) i $V_{cc-} = 0\text{ V}$. - Segon amplificador (restador): $V_{cc+} = 15\text{ V}$ i $V_{cc-} = 0\text{ V}$. - Tercer amplificador (sumador inversor): $V_{cc+} = 0\text{ V}$ i $V_{cc-} = -30\text{ V}$. - Quart amplificador (comparador): $V_{cc+} = 5\text{ V}$ i $V_{cc-} = 0\text{ V}$.