DISEÑO ANALOGICO Y ELECTRONICA - DAC 8 BITS
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La práctica involucró el diseño de un circuito DAC de 8 bits utilizando resistencias, OpAmp, contadores y otros componentes. El circuito generó una señal de escalera binaria como voltaje de salida al inyectar voltajes de entrada iguales. Aunque los resultados de la simulación y la práctica difirieron levemente, el circuito funcionó según lo esperado y proporcionó aprendizaje sobre la resolución de problemas.
![Universidad Autonoma de Baja California
.
2
𝑉𝑜 = −
𝑅 𝑓
2𝑅
( 𝑉𝐴) −
𝑅 𝑓
4𝑅
( 𝑉𝐵 ) −
𝑅 𝑓
8𝑅
( 𝑉𝑐) (5)
Cuando los voltajes de entrada son iguales se
aplica la ecuación 6, que es mas simplificada.
Si Va=Vb=Vc
𝑉𝑜 = −
𝑅 𝑓 𝑉
𝑅
[
1
2
+
1
4
+
1
8
] (6)
4 DESARROLLO
El desarrollo de la práctica fue con los siguientes
materiales y/o equipo:
- 2 Potenciómetros de 10 kΩ
- 6 Potenciómetros de 100kΩ
- 2 Resistencias de 100kΩ
- 1 Resistencia de 10kΩ
- 1 Resistencia de 1kΩ
- 1 Resistencia de 2kΩ
- 2 CI 74LS163 contador binario
- 1 OpAmp LM741
- Cables para conexión
- 2 Protoboard
- 3 Pares Cable banana-caimán
- 1 Punta de Generador de frecuencias
- 1 Punta de Osciloscopio
- 1 Fuente de Voltaje
- 1 Generador de Frecuencias
- 1 Osciloscopio RIGOL
Procedimiento
Con los materiales se monta el circuito de la Figura 3.
Figura 3. Circuito con la función de escalera binaria.
Para poder armar el circuito, se necesitan las
resistencias mas aproximadas a las resistencias de la
Figura 3, para poder tener valores más exactos o
semejantes a lo requerido se utilizan los
potenciómetros, y se complementan con las
resistencias de 100kΩ si es necesario.
En el circuito hay ciertas características
importantes, en este caso es la resistencia RF
(Mostrada en el circuito de la Figura 3) debido a que
esta resistencia establecerá la ganancia de la señal que
se quiera obtener, por lo cual se debe elegir
adecuadamente, para determinarla solo vasta realizar
una operación muy sencilla, se sustituyen datos en la
ecuación 5 para obtener la RF apta para nuestras
necesidades, por supuesto de despeja RF. En nuestro
caso es una resistencia de aproximadamente 2kΩ
(Mostrada en la Figura 3) para así obtener una
ganancia de voltaje de 10V en la salida.
El circuito ya montado se puede observar en la
Figura 3.1.
Figura 3.1. Circuito de un contador binario.
Armado el circuito lo que prosigue es alimentar
cada uno de los componente del circuito.
El OpAmp se alimenta con 12 V, la polarización de
esta es la mostrada en la Figura 3.2.
Figura 3.2. Forma de polarizar un OpAmp
Los integrados son polarizados con los valores
establecidos en la Figura 3, por supuesto en los pines
correspondientes.
Posteriormente de haber alimentado el circuito, lo
que se prosigue es medir la señal de salida del circuito
con el osciloscopio así tal cual lo muestra la Figura 3.
La señal obtenida se puede aprecia en la Figura
3.2.
Figura 3.3. Señal de escalón binario practica
La señal se puede observar de manera mas
detallada en la Figura 3.4.
Figura 3.4. Señal de escalón binario Práctica
U1
LM741AH/883
3
2
4
7
6
51
R1 10kΩ
R2 2kΩ
R3 4kΩ
R4 8kΩ
R5 16kΩ
VCC 12V
VEE
-12V
RF 2007.84Ω
V1
100 Hz
5 V
XSC1
A B
Ext Trig
+
+
_
_ + _
U6 74163N
QA 14
QB 13
QC 12
QD 11
RCO 15
A3
B4
C5
D6
ENP7
ENT10
~LOAD9
~CLR1
CLK2
U4 74163N
QA 14
QB 13
QC 12
QD 11
RCO 15
A3
B4
C5
D6
ENP7
ENT10
~LOAD9
~CLR1
CLK2
R10 32kΩ
R11 64kΩ
R12 128kΩ
R13 256kΩ
VCC
12V](https://image.slidesharecdn.com/dac8bits-200410005316/85/DISENO-ANALOGICO-Y-ELECTRONICA-DAC-8-BITS-2-320.jpg)
![Universidad Autonoma de Baja California
.
3
Después de haber observado los resultados en la
práctica, sigue los simulados. El circuito de la Figura
3se simulo en Multisim, la señal obtenida se puede
apreciar en la Figura 3.5.
Figura 3.5. Señal escalón binario Multisim
5 DATOS EXPERIMENTALES Y DATOS
CALCULADOS
Tabla 1
Datos Obtenidos
Excel Multisim Practica
Rf (Ω) 2008Ω 2008 Ω 2008 Ω
Vo (Vpp) 10 9,999 7,06
6 ANALISIS DE RESULTADOS
6.1 Discusión de la precisión y exactitud
de las mediciones.
Las señales de salida obtenidas en la simulación y
el la practica fueron diferentes,la variación obtenida fue
aproximadamente del 20%, la señal obtenida en la
simulación fue de aproximadamente 10 Vpp y en la
práctica de 7.06 Vpp,
6.2 Análisis de los posibles errores de
medición.
Los errores de medición surgidos fueron debido a
que para la realización de la practica se necesitaba el
Circuito Integrado 74LS160,pero en este caso se utilizó
el CI 74LS163, con este Integrado se obtuvieron 15
escalones,esto fue correcto, porque a cada circuito se
les ingreso 4 bits, pero el problema fue que no se
obtuvo la ganancia deseada en la salida.
6.3 Descripción de cualquier resultado
anormal.
Mientras se realizaba la práctica surgieron
problemas debido a malas conexiones,por ejemplo,los
potenciómetros no se ajustaban a los orificios del
Protoboard y esto ocasionaba que se distorsionara la
señal, lo que pasa era que la cantidad de escalones
disminuía de 15 a 8 escalones.
6.4 Interpretación de los resultados
Los resultados obtenidos son verídicos
definitivamente, la práctica se realizó dos veces para
comprobar que las señales de salida eran
efectivamente las mismas, y estas mismas dos veces
se analizó el circuito para checar posibles errores de
conexión o de contacto. Surgió algo interesante, la
señal medida en la práctica fue más uniforme en
comparación con la simulada, pero en la simulación el
escalón si alcanzo los 10 Vpp y en la práctica solo
alcanzó los 7.06 Vpp.
7 APENDICE
Para modelar el circuito de la Figura 3, el valor de
algunas resistencias fueron elegidas y otras fueron
calculadas,dependiendo de la ganancia que se quisiera
obtener en la salida del circuito.
Las operaciones realizadas son con la ecuación 6:
𝑉𝑜 = −
𝑅 𝑓
2𝑅
( 𝑉0 ) −
𝑅 𝑓
4𝑅
( 𝑉1) −
𝑅 𝑓
8𝑅
(𝑉2) −
𝑅 𝑓
8𝑅
(𝑉3) −
𝑅 𝑓
8𝑅
(𝑉4 )
−
𝑅 𝑓
8𝑅
( 𝑉5) −
𝑅 𝑓
8𝑅
( 𝑉6) −
𝑅 𝑓
8𝑅
( 𝑉7) (7)
Si 𝑉0 = 𝑉1 = 𝑉2 = 𝑉3 = 𝑉4 = 𝑉5 = 𝑉6 = 𝑉7 = 𝑉 (8)
𝑉𝑜 = −
𝑅 𝑓 𝑉
𝑅
[
1
2
+
1
4
+
1
8
+
1
16
+
1
32
+
1
64
+
1
128
+
1
256
] (9)
Ahora si R=1k, Vo=10V,V=5V
Se sustituyen datos en la Ecuación 9, por lo tanto
queda de la siguiente manera:
10𝑉 = −
𝑅 𝐹(5𝑉)
1𝑘Ω
[
255
256
] (10)
Se despeja RF para poder así obtener su valor
𝑅 𝐹 = −
10 ∗ 1𝑘 ∗ 256
5𝑉 + 255
= 2008Ω (11)
8 CONCLUSION
El objetivo de la practica fue obtener una escalera
binaria,el desarrollarla fue interesante, personalmente
creo que todo los tipos de problemas que surgieron nos
ayudaron a mejorar nuestra capacidad para resolverlos
y entender las causas, por ejemplo, la señal obtenida
en la práctica no fue similar a la obtenida en la
simulación, pero el problema fue que no se utilizó el
integrado correcto, aun así en la forma de la señal era
uniforme en cada escalón, lo cual nos dio la seguridad
de que el procedimiento utilizado era el correcto, no se
logró lo esperado,pero si se obtuvo un resultado lógico
de acuerdo a la forma en que se elaboró el circuito.
9 BIBLIOGRAFIA
http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/19255/Enriq
ueBuenoGimeno.pdf?sequence=1
http://www.el.uma.es/marin/Practica3.pdf](https://image.slidesharecdn.com/dac8bits-200410005316/85/DISENO-ANALOGICO-Y-ELECTRONICA-DAC-8-BITS-3-320.jpg)
DISEÑO ANALOGICO Y ELECTRONICA - DAC 8 BITS
- 1. Universidad Autonoma de Baja California . 1 DAC 8 BIT´S Marcos Marcos Fernando fmarcos@uabc.edu.mx RESUMEN: La práctica realizada fue el diseñar un circuito, un DAC y para su elaboración se utilizaron diferentes tipos de resistencias, OpAmp, contadores, Al circuito armado se le inyectaron voltajes de entrada, en este caso todas iguales. En esta práctica se aplicó el principio de superposición, por ende se utilizaron las ecuaciones que cumplían con esta propiedad, y su aplicación hicieron posible la realización de esta práctica, el circuito se diseñó de tal forma que el voltaje de salida fuera la requerida para nuestras necesidades. 2 INTRODUCCIÓN Nosotros como seres humanos, en cualquier momento nuestros sentidos están siendo bombardeados por todo tipo de señales, las señales que captamos son analógicas,el dominio de estas son continuas en el tiempo,por que pueden tomar cualquier valor en ella. Hay posibilidad de hacer que estas señales continuas se conviertan en discretas,ósea que tomen valores en solo un conjunto discreto de valores que sean posibles, por esto el tratamiento de señales continuas se puede hacer ahora pero por medios digitales. Las señales digitales a comparación con las analógicas, las primeras mejoran las señales, ya que esta tienen inmunidad al ruido, la distorsión, estos también son mas flexibles y mejor modularidad,menos requerimientos de consumo y computación. Así los sistemas no se hacen tan complejos, y por lo tanto las técnicas de procesamiento son más fáciles de aplicar. 3 TEORIA Los parámetros característicos DAC son: Precisión: Es la comparación entre la salida real de un DAC y la salida esperada. Se expresa como un porcentaje de la tensión de salida máxima. Linealidad: El la desviación (error lineal) de la salida ideal. Monotonicidad: Un DAC es monótono si no produce escalones inversos cuando se le aplica secuencialmente su rango completo de bits de entrada. Resolución: Se define como la diferencia en voltios que se produce a la salida del convertidor para un cambio sucesivo de su valor binario. Escala completa de salida: Se define como el máximo valor analógico de salida posible, es decir, cuando se aplica a la entrada el máximo valor binario. Proceso de cuantización Dac: Digital to Analog Converte (Convertidos de escalera binaria) Figura 2. Sistema (Caja negra) que convierte señal discreta (binario) a continua. # a b c Vo 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 2 0 1 0 2 3 0 1 1 3 4 1 0 0 4 5 1 0 1 5 6 1 1 0 6 7 1 1 1 7 Figura 2.1. Escalera Binaria Modelo Electrónico. Figura 2.2. Caja blanca Si hay más de dos entradas,aplicamos el análisis de superposición. 𝑉𝑜 = 𝑉𝑜𝑉𝐴 + 𝑉𝑂𝑉𝐵 + 𝑉𝑂𝑉𝐶 (1) Aplicando teorema de superposición Caso 1. Con Va actuando y Vb=Vc=0. 𝑉𝑂𝑉𝐴 = − 𝑅 𝑓 2𝑅 ( 𝑉𝐴) (2) Caso 2. Con Vb actuando y Va=Vc=0. 𝑉𝑂𝑉𝐵 = − 𝑅 𝑓 4𝑅 ( 𝑉𝐵 ) (3) Caso 4. Con Vc actuando y Va=Vb=0 𝑉𝑂𝑉𝑐 = − 𝑅 𝑓 8𝑅 ( 𝑉𝑐) (4) Aplicando superposición, todo queda expresado en la ecuación 5, pero solo cuando son voltajes de entrada diferentes. U1 LM741AH/883 3 2 4 7 6 51 R1 10kΩ R2 2kΩ R3 4kΩ R4 8kΩ VCC 12V VEE -12V Rf 0Ω VA 5 V VB 5 V VC 5 V
- 2. Universidad Autonoma de Baja California . 2 𝑉𝑜 = − 𝑅 𝑓 2𝑅 ( 𝑉𝐴) − 𝑅 𝑓 4𝑅 ( 𝑉𝐵 ) − 𝑅 𝑓 8𝑅 ( 𝑉𝑐) (5) Cuando los voltajes de entrada son iguales se aplica la ecuación 6, que es mas simplificada. Si Va=Vb=Vc 𝑉𝑜 = − 𝑅 𝑓 𝑉 𝑅 [ 1 2 + 1 4 + 1 8 ] (6) 4 DESARROLLO El desarrollo de la práctica fue con los siguientes materiales y/o equipo: - 2 Potenciómetros de 10 kΩ - 6 Potenciómetros de 100kΩ - 2 Resistencias de 100kΩ - 1 Resistencia de 10kΩ - 1 Resistencia de 1kΩ - 1 Resistencia de 2kΩ - 2 CI 74LS163 contador binario - 1 OpAmp LM741 - Cables para conexión - 2 Protoboard - 3 Pares Cable banana-caimán - 1 Punta de Generador de frecuencias - 1 Punta de Osciloscopio - 1 Fuente de Voltaje - 1 Generador de Frecuencias - 1 Osciloscopio RIGOL Procedimiento Con los materiales se monta el circuito de la Figura 3. Figura 3. Circuito con la función de escalera binaria. Para poder armar el circuito, se necesitan las resistencias mas aproximadas a las resistencias de la Figura 3, para poder tener valores más exactos o semejantes a lo requerido se utilizan los potenciómetros, y se complementan con las resistencias de 100kΩ si es necesario. En el circuito hay ciertas características importantes, en este caso es la resistencia RF (Mostrada en el circuito de la Figura 3) debido a que esta resistencia establecerá la ganancia de la señal que se quiera obtener, por lo cual se debe elegir adecuadamente, para determinarla solo vasta realizar una operación muy sencilla, se sustituyen datos en la ecuación 5 para obtener la RF apta para nuestras necesidades, por supuesto de despeja RF. En nuestro caso es una resistencia de aproximadamente 2kΩ (Mostrada en la Figura 3) para así obtener una ganancia de voltaje de 10V en la salida. El circuito ya montado se puede observar en la Figura 3.1. Figura 3.1. Circuito de un contador binario. Armado el circuito lo que prosigue es alimentar cada uno de los componente del circuito. El OpAmp se alimenta con 12 V, la polarización de esta es la mostrada en la Figura 3.2. Figura 3.2. Forma de polarizar un OpAmp Los integrados son polarizados con los valores establecidos en la Figura 3, por supuesto en los pines correspondientes. Posteriormente de haber alimentado el circuito, lo que se prosigue es medir la señal de salida del circuito con el osciloscopio así tal cual lo muestra la Figura 3. La señal obtenida se puede aprecia en la Figura 3.2. Figura 3.3. Señal de escalón binario practica La señal se puede observar de manera mas detallada en la Figura 3.4. Figura 3.4. Señal de escalón binario Práctica U1 LM741AH/883 3 2 4 7 6 51 R1 10kΩ R2 2kΩ R3 4kΩ R4 8kΩ R5 16kΩ VCC 12V VEE -12V RF 2007.84Ω V1 100 Hz 5 V XSC1 A B Ext Trig + + _ _ + _ U6 74163N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A3 B4 C5 D6 ENP7 ENT10 ~LOAD9 ~CLR1 CLK2 U4 74163N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A3 B4 C5 D6 ENP7 ENT10 ~LOAD9 ~CLR1 CLK2 R10 32kΩ R11 64kΩ R12 128kΩ R13 256kΩ VCC 12V
- 3. Universidad Autonoma de Baja California . 3 Después de haber observado los resultados en la práctica, sigue los simulados. El circuito de la Figura 3se simulo en Multisim, la señal obtenida se puede apreciar en la Figura 3.5. Figura 3.5. Señal escalón binario Multisim 5 DATOS EXPERIMENTALES Y DATOS CALCULADOS Tabla 1 Datos Obtenidos Excel Multisim Practica Rf (Ω) 2008Ω 2008 Ω 2008 Ω Vo (Vpp) 10 9,999 7,06 6 ANALISIS DE RESULTADOS 6.1 Discusión de la precisión y exactitud de las mediciones. Las señales de salida obtenidas en la simulación y el la practica fueron diferentes,la variación obtenida fue aproximadamente del 20%, la señal obtenida en la simulación fue de aproximadamente 10 Vpp y en la práctica de 7.06 Vpp, 6.2 Análisis de los posibles errores de medición. Los errores de medición surgidos fueron debido a que para la realización de la practica se necesitaba el Circuito Integrado 74LS160,pero en este caso se utilizó el CI 74LS163, con este Integrado se obtuvieron 15 escalones,esto fue correcto, porque a cada circuito se les ingreso 4 bits, pero el problema fue que no se obtuvo la ganancia deseada en la salida. 6.3 Descripción de cualquier resultado anormal. Mientras se realizaba la práctica surgieron problemas debido a malas conexiones,por ejemplo,los potenciómetros no se ajustaban a los orificios del Protoboard y esto ocasionaba que se distorsionara la señal, lo que pasa era que la cantidad de escalones disminuía de 15 a 8 escalones. 6.4 Interpretación de los resultados Los resultados obtenidos son verídicos definitivamente, la práctica se realizó dos veces para comprobar que las señales de salida eran efectivamente las mismas, y estas mismas dos veces se analizó el circuito para checar posibles errores de conexión o de contacto. Surgió algo interesante, la señal medida en la práctica fue más uniforme en comparación con la simulada, pero en la simulación el escalón si alcanzo los 10 Vpp y en la práctica solo alcanzó los 7.06 Vpp. 7 APENDICE Para modelar el circuito de la Figura 3, el valor de algunas resistencias fueron elegidas y otras fueron calculadas,dependiendo de la ganancia que se quisiera obtener en la salida del circuito. Las operaciones realizadas son con la ecuación 6: 𝑉𝑜 = − 𝑅 𝑓 2𝑅 ( 𝑉0 ) − 𝑅 𝑓 4𝑅 ( 𝑉1) − 𝑅 𝑓 8𝑅 (𝑉2) − 𝑅 𝑓 8𝑅 (𝑉3) − 𝑅 𝑓 8𝑅 (𝑉4 ) − 𝑅 𝑓 8𝑅 ( 𝑉5) − 𝑅 𝑓 8𝑅 ( 𝑉6) − 𝑅 𝑓 8𝑅 ( 𝑉7) (7) Si 𝑉0 = 𝑉1 = 𝑉2 = 𝑉3 = 𝑉4 = 𝑉5 = 𝑉6 = 𝑉7 = 𝑉 (8) 𝑉𝑜 = − 𝑅 𝑓 𝑉 𝑅 [ 1 2 + 1 4 + 1 8 + 1 16 + 1 32 + 1 64 + 1 128 + 1 256 ] (9) Ahora si R=1k, Vo=10V,V=5V Se sustituyen datos en la Ecuación 9, por lo tanto queda de la siguiente manera: 10𝑉 = − 𝑅 𝐹(5𝑉) 1𝑘Ω [ 255 256 ] (10) Se despeja RF para poder así obtener su valor 𝑅 𝐹 = − 10 ∗ 1𝑘 ∗ 256 5𝑉 + 255 = 2008Ω (11) 8 CONCLUSION El objetivo de la practica fue obtener una escalera binaria,el desarrollarla fue interesante, personalmente creo que todo los tipos de problemas que surgieron nos ayudaron a mejorar nuestra capacidad para resolverlos y entender las causas, por ejemplo, la señal obtenida en la práctica no fue similar a la obtenida en la simulación, pero el problema fue que no se utilizó el integrado correcto, aun así en la forma de la señal era uniforme en cada escalón, lo cual nos dio la seguridad de que el procedimiento utilizado era el correcto, no se logró lo esperado,pero si se obtuvo un resultado lógico de acuerdo a la forma en que se elaboró el circuito. 9 BIBLIOGRAFIA http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/19255/Enriq ueBuenoGimeno.pdf?sequence=1 http://www.el.uma.es/marin/Practica3.pdf